De eeuwenoude omgevingen van Australië – duizenden jaren lang gedocumenteerd in Aboriginal-liederen – onthullen nu diepere geheimen via een onverwachte bron: kosmische straling gevangen in minerale kristallen. Een nieuwe studie, gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences, laat zien hoe deze ‘kosmische klokken’ de evolutie van landschappen kunnen onthullen, van riviersystemen en kustlijnen tot de vorming van waardevolle minerale afzettingen.
Diepe tijd en het steeds veranderende oppervlak van de aarde
Het aardoppervlak is een slagveld tussen erosie en opwaartse kracht. Bergen rijzen op en brokkelen vervolgens af; kustlijnen rukken op en trekken zich vervolgens terug. Begrijpen hoe deze processen zich gedurende miljoenen of miljarden jaren hebben afgespeeld, is van cruciaal belang om te voorspellen hoe landschappen zullen reageren op toekomstige veranderingen, zoals klimaatveranderingen of schommelingen op het gebied van de zeespiegel. Het rechtstreeks meten van de evolutie van het oude landschap was tot nu toe moeilijk.
Onderzoekers hebben monsters gevonden van begraven kustlijnen langs de Nullarbor-vlakte in Australië, en onthulden een dramatische geschiedenis. Het gebied was ooit een zeebodem, later de thuisbasis van gigantische boomkangoeroes en buideldierleeuwen, en is tegenwoordig een van de vlakste en droogste plekken op aarde. Deze oude stranden bevatten hoge concentraties zirkoon, een mineraal dat fungeert als een opmerkelijk stabiele tijdcapsule.
De kosmische vingerafdruk: hoe het werkt
De aarde wordt voortdurend gebombardeerd door kosmische straling – hoogenergetische deeltjes van exploderende sterren. Wanneer deze stralen botsen met atomen in mineralen nabij het oppervlak, creëren microscopische “explosies” nieuwe elementen die kosmogene nucliden worden genoemd. Het meten van deze nucliden wordt al lang gebruikt om landschapsveranderingen in te schatten, maar veel ervan vervallen te snel voor oude tijdlijnen.
Deze studie maakte gebruik van kosmogene krypton die in zirkoonkristallen was opgeslagen. Krypton vergaat niet, waardoor informatie honderden miljoenen jaren bewaard blijft. Door duizenden zirkoonkorrels met een laser te verdampen en het vrijgekomen krypton te meten, bepaalden wetenschappers hoe lang elk kristal aan het oppervlak werd blootgesteld voordat het werd begraven. Hoe meer krypton, hoe langer de belichting.
Het verrassend stabiele verleden van Australië
Ongeveer 40 miljoen jaar geleden was Zuid-Australië warm, nat en bebost. Toch erodeerden landschappen in een uitzonderlijk langzaam tempo: minder dan één meter per miljoen jaar. Dit is langzamer dan in dynamische berggebieden, maar vergelijkbaar met sommige van de meest stabiele omgevingen op aarde van vandaag, zoals de Atacama-woestijn of Antarctica.
De studie volgde ook de beweging van zirkoonrijk strandzand: een opmerkelijk langzaam proces dat ongeveer 1,6 miljoen jaar in beslag neemt, van erosie tot begraving. Deze langzame beweging filterde op natuurlijke wijze minder duurzame mineralen eruit en concentreerde veerkrachtig zirkoon. Het resultaat? Economisch waardevolle afzettingen die nu worden gebruikt in alledaagse keramiek.
De toekomst van landschapsonderzoek
Deze ‘kosmische klok’ biedt een nieuwe manier om de geschiedenis van het aardoppervlak te begrijpen. Het verklaart de minerale rijkdom langs de Nullarbor-vlakte, inclusief de Jacinth-Ambrosia-mijn, die ongeveer 25% van de mondiale zirkoonmarkt levert. Door kosmische stralingsvingerafdrukken in zirkoon te lezen, hebben onderzoekers een geologisch hulpmiddel ontgrendeld voor het meten van oude processen.
De techniek kan worden verfijnd door moderne landschappen met onafhankelijk gemeten oppervlakteprocessen te bestuderen, maar het potentieel ervan is enorm. Het kan worden toegepast op perioden in de geschiedenis van de aarde van honderden miljoenen jaren geleden, waardoor potentieel kan worden onthuld hoe de opkomst van landplanten het oppervlak en de atmosfeer van de planeet heeft veranderd.
De landschappen van de aarde bevatten herinneringen in mineralen gevormd door kosmische straling. Door deze ‘kosmische klok’ te leren lezen, krijgen we een nieuw inzicht in het verleden – en een blauwdruk voor de veranderingen die ons te wachten staan.
