Supercontinenten zijn grote, aaneengeschakelde landmassa's die zich verspreid over de hele planeet hebben gevormd. De beweging van deze continenten is te danken aan platentektoniek, die plaatsvindt op de gesmolten laag onder de aardkorst. Deze beweging is traag, gemiddeld drie tot vijf centimeter per jaar, waardoor veranderingen moeilijk waarneembaar zijn voor mensen. De theorie van de platentektoniek werd pas in de 20e eeuw voorgesteld en werd pas in de jaren '60 algemeen erkend.

Continentale drift en, meer specifiek, platentektoniek heeft de vorming van de Aarde beïnvloed wat heeft geleid tot meerdere uitstervingen en klimaatveranderingen. Een voorbeeld hiervan is de Sneeuwbal-aarde-theorie, die stelt dat het zó koud was dat de oceaan van de Noordpool tot de Zuidpool bevroren waren en dat het gehele aardoppervlak bedekt met een laag ijs. Er waren zelfs meerdere periodes van Sneeuwbal-aarde

Bewijzen van supercontinenten vóór Pangea zijn moeilijk te vinden, omdat de meeste gevonden aardkorstmaterialen minder dan 200 miljoen jaar oud zijn. Door onderzoek met koolstofdatering kunnen wetenschappers leren over de oorsprong en evolutie van supercontinenten. Tot nu toe zijn er zeven bekende supercontinenten, met het eerste, Vaalbara, dat 3,6 miljard jaar geleden zou zijn ontstaan.

De eerste supercontinenten

Bron beide afbeeldingen: GeologyIn.com

Ur, mogelijk pas ontstaan ná Vaalbara die zo'n 3,6 miljard jaar geleden zou zijn ontstaan, waarover is nog enige onduidelijkheid is, bestond uit een stabiele landmassa en was kleiner dan het huidige Australië. Vervolgens ontstond Kenorland uit de samensmelting van Vaalbara en andere continentale korst, gevolgd door het kortstondige Colombia, dat ongeveer 1,8 miljard jaar geleden ontstond. 

Rodinia, dat 1,1 miljard jaar geleden is gevormd, leek al op de samenstelling van de huidige continenten en leidde toen al tot de ontwikkeling van meercellige organismen. Pannotia vormde zich ongeveer 100 miljoen jaar later. Het bestond uit gletsjerland en splitste uiteindelijk in Laurentia, Gondwana en Baltica. Daar tussendoor 'bewoog zich' Avalonia, waar Nederland toen deel van uitmaakte.

Waar bevond zich Nederland tussen 458 en 306 miljoen jaar geleden

Een korte toelichting op het plaattektonische proces waarbij Nederland 458 miljoen jaar geleden betrokken was: Ons land bevond zich toen in de buurt van de evenaar. Deze afbeelding geeft inzicht van de plaattektonische processen die aan de basis liggen van de afzetting van steenkoollagen in het Zuid-Limburgse gebied: de planten waaruit de steenkool werd gevormd, zijn van tropische oorsprong: Zuid-Limburg had ooit een tropisch klimaat.

From Vaalbara to Supercontinent Pangaea

Vóór de vorming van Pangea waren er al levensvormen die het land begonnen te koloniseren, wat leidde tot een spreiding van leven toen de continenten samensmolten. Het supercontinent ontstond 335 miljoen jaar geleden door een geleidelijk proces van enkele honderden miljoenen jaren. Pangea bereikte zijn hoogtepunt met de opkomst van de dinosauriërs. Het supercontinent viel uit elkaar 175 miljoen kaar geleden.

Evolution of Earths continents 3 Billion years ago

Het uiteenvallen van Pangea

Er zijn verschillende tijdsperiodes te lezen over het uiteenvallen van Pangea. Dit varieert van 100 miljoen jaar tot 150 miljoen jaar en zelfs tot 240 miljoen jaar. Het is afhankelijk hoe volledig gescheiden men het uiteenvallen van Pangea definieert. Er zijn namelijk drie belangrijke fasen geweest in het uiteenvallen.

(Ma = miljoen jaar geleden)

• De eerste fase begon in het Midden-Jura (ongeveer 175 Ma), toen Pangea begon te scheuren van de Tethys-oceaan in het oosten naar de Stille Oceaan in het westen.
• De tweede fase van het uiteenvallen van Pangea begon in het vroege Krijt (ongeveer 140 Ma), toen het kleine supercontinent Gondwana zich splitste in meerdere continenten (Afrika, Zuid-Amerika, India, Antarctica en Australië).
• De derde en laatste fase van het uiteenvallen van Pangea plaats in het vroege Cenozoïcum (Paleoceen 66 Ma ).

De Tethys Oceaan

Een continent zo groot als Pangea zou nooit lang kunnen duren. Het was uitgestrekt en besloeg meerdere tektonische platen, en zou uiteindelijk uiteen beginnen te vallen toen de aardkorst bleef verschuiven. Ongeveer 300 miljoen jaar geleden begon het enorme supercontinent uiteen te vallen en begonnen de fragmenten geleidelijk aan hun reis om de continenten te worden die we nu herkennen. De eerste stap was dat Pangea in tweeën splitste en een paar continenten vormde, bekend als Laurasia en Gondwana. De nieuw gevormde oceaan ertussen zou de Tethys Oceaan worden. Maar deze pasgeboren zee kan ook een hand hebben gehad in het actief uiteenvallen van Pangea.

Wanneer de tektonische platen van de Aarde tegen elkaar botsen, begint de ene soms onder de andere te schuiven, onder de aardkorst te zinken en langzaam op te lossen in het magma eronder. Gebieden waar dit gebeurt, staan bekend als subductiezones, en het waren mogelijk dit soort bewegingen dat Pangea uiteenscheurde. Subductiezones zouden miljoenen jaren geleden spanning hebben veroorzaakt op de tektonische platen van de Aarde. Toen de aardse zwaartekracht de oceanische platen verder naar beneden trok in de subductiezones aan de rand van de Tethyszee, zou dit een enorme druk hebben uitgeoefend op een specifiek deel van Pangaea - de regio tussen wat uiteindelijk Afrika en Noord-Amerika zou worden. Uiteindelijk was dit waarschijnlijk wat het oude supercontinent uit elkaar scheurde.

De Tethys Oceaan was echter niet slechts een uitgestrekt oceanisch watergebied. Er waren verschillende kleinere landmassa's en vulkanen verspreid over de oceaan, talloze kleine eilanden waarvan sommige nog steeds bestaan, hoewel geen eilanden meer zijn.

Bovendien heeft de aanwezigheid en ruimtelijke verdeling van de warme Tethys Oceaan , en niet de temperatuurverschillen tussen land en zee, de belangrijkste factoren zijn die de megamoesson veroorzaken. Tijdens deze megamoessons zouden de droge woestijngebieden in Pangea natter zijn geweest door de verhogingen van de neerslag. Dit gaf de mogelijkheid voor vegetatie om te groeien en microklimaten te creëren. Deze veranderingen zouden grote invloed hebben gehad op de flora en fauna in die gebieden. Straks kom ik hierop terug

Gebergtevorming tijdens de vorming en na het uiteenvallen van Pangea

Formation of the Himalayas 

De beweging van tektonische platen is de reden waarom Pangea ontstond, uiteenviel en waarom continenten vandaag de dag nog steeds van positie veranderen.

Het supercontinent dreef met 'snelheid' van zeg maar tussen de 4 en 10 centimeter per jaar uit elkaar, gedurende een periode van ongeveer 100 miljoen jaar, wat resulteerde in de huidige positie van de continenten. Er zijn namelijk verschillende interpretaties van de verspreidingssnelheden. Het uit elkaar drijven van de Euraziatische en Noord-Amerikaanse tektonische platen bij Þingvellir, IJsland, verloopt met een langzame maar constante snelheid, waarbij de platen elk jaar ongeveer 2,5 centimeter uit elkaar drijven. Dit komt doordat de tektonische krachten daar en op dit moment veel minder hevig zijn.

Hier zijn enkele punten m.b.t. het spreidingsproces van Pangea:

• Tektonische beweging
  Aardplaten: Pangea was samengesteld uit verschillende aardplaten die, door tektonische krachten, langzaam uit elkaar begonnen te bewegen.
  Divergentie en Convergentie: De beweging van de platen kan leiden tot divergentie (uit elkaar drijven) en convergentie (samenkomen), wat weer invloed heeft op de geologie van de continenten.
• Mantelconvectie: Stromingen in de mantel van de Aarde kunnen de beweging van de platen versnellen of vertragen.
• Geologische activiteit
  Vulkanisme en Aardbevingen: De beweging van de platen veroorzaakt geologische activiteit, zoals vulkanisme en aardbevingen, die bijdragen aan de dynamiek van de aarde.

• Geografische variaties: Verschillende regio's kunnen verschillende bewegingssnelheden hebben.

Het uiteenvallen van Pangea ging gepaard met het vromen van grote hoeveelheden koolstofdioxide uit continentale slenken, wat bijdroeg aan het zeer warme klimaat van het vroege Krijt. De opening van de Tethysoceaan droeg eveneens bij aan de opwarming van het klimaat. De zeer actieve mid-oceanische ruggen, die verband hielden met het uiteenvallen van Pangea, verhoogden de zeespiegel.

De broeikasklimaatomstandigheden op Aarde, lange tijd voordat de mens veel bijdroeg, werden veroorzaakt door het uiteenvallen van het supercontinent Pangea. Onderzoek vanuit Australië en Duitsland toont aan dat stijgingen van het kooldioxidegehalte tijdens twee perioden, van 160 tot 100 miljoen jaar geleden en ongeveer 55 miljoen jaar geleden,  beide samenhingen met de ontwikkeling van spleetsystemen in Pangea.

Pangea, ontstaan ongeveer 335 miljoen jaar geleden, bestond voornamelijk op het zuidelijk halfrond en viel ongeveer 175 miljoen jaar geleden uit elkaar in de huidige continenten. Een onderzoeksteam modelleerde het effect van deze splitsing en de hoeveelheid kooldioxide die hierdoor in de atmosfeer kwam. Onderzoek toonde aan dat het meeste kooldioxide diep in de aarde vastzit, en dat een deel vrijkomt door vulkaanuitbarstingen en rifting, dit betekent scheuren 

Ondanks de aanzienlijke koolstofuitstoot die voortkwam uit rifting, waarschuwt het onderzoek dat dit slechts een fractie is van de huidige, door de mens veroorzaakte koolstofuitstoot. Het biedt echter belangrijk inzicht in de diepe koolstofcyclus en zijn rol in klimaatverandering op lange termijn.

Bron: Cosmos online

De enorme vulkanische uitbarstingen die gepaard gingen met het breken van de supercontinenten zorgden voor grote uitstoot van vulkanische gassen, waaronder CO₂. Dit proces, bekend als "Large Igneous Provinces" (LIP), heeft in verschillende periodes van de geologische geschiedenis geleid tot aanzienlijke veranderingen in het klimaat.

De cyclus van supercontinenten

Pangea begon ongeveer 240 miljoen jaar geleden uiteen te vallen. Het was de laatste in een lange reeks supercontinenten die zich op Aarde vormden, aangezien de drijvende continenten herhaaldelijk samenkwamen in een cyclus van ongeveer 500 miljoen jaar. Dit wordt de Wilson cyclus genoemd.

Kort na de vorming van de aarde 4,5 miljard jaar geleden begon deze Wilson cycle  al d.w.z. het openen en sluiten van de oceaanbekkens.

Op dit moment zijn we halverwege de huidige cyclus. Over nog eens 250 miljoen jaar zal zich een nieuw supercontinent vormen. Supercontinenten blijven ongeveer 100 miljoen jaar bij elkaar. 

Vóór Pangea, ongeveer 'n miljard jaar geleden, bezette een ander supercontinent equatoriale regio's en werd Rodinia genoemd. Het is het continent waarop het vroege complexe leven zich voor het eerst ontwikkelde (vandaar de naam, Rodinia is Russisch voor "moederland"). De continenten waarop we vandaag de dag leven, zijn in beweging, en in de loop van honderden miljoenen jaren worden ze uit elkaar getrokken en weer tegen elkaar geslagen. Af en toe brengt dit tektonische, door platen gevoede proces de meeste landmassa's van de wereld samen om een enorm supercontinent te vormen.

Wetenschappers hebben drie definitieve supercontinenten in de geschiedenis van de Aarde geïdentificeerd en voorspellen dat de landmassa's waarop we vandaag leven in de toekomst weer bij elkaar zullen komen:  A history of Earth's supercontinents

Plaatbewegingen vanaf Pangea tot heden

Meerdere gebergten op Aarde zijn gevormd tijdens het proces van continentale samenvoeging of het uiteenvallen van het supercontinent. We zagen al de vorming van het Himalayagebergte toen de Indische Plaat botste met de Euraziatische Plaat.

Atmosferische circulaties 

De Hadley-circulatie is een atmosferische circulatie die een cruciale rol speelt in klimaatverandering. Warme lucht stijgt op nabij de evenaar tot de tropopauze op een hoogte van 12-15 km, stroomt richting beide polen, koelt af en daalt in de subtropen op 30° noorder- en zuiderbreedte, waarna deze terugkeert aan de oppervlakte richting de evenaar. De Hadley-circulatie, is één van de belangrijkste atmosferische circulaties. Het is de reden waarom er woestijnen en regenwouden zijn.

De Hadley circulatie tijdens het Pangea tijdperk

Tijdens Pangea, toen de Supercontinenten samengevoegd waren, zorgde de Hadley-circulatie voor sterke winden en regenval langs de randen van de continenten. Dit leidde tot uitgestrekte woestijnen binnenin de continenten en dichte regenwouden langs de kusten. De circulatie was ook verantwoordelijk voor de verspreiding van warmte en vochtigheid over het continent, wat invloed had op de verspreid heersende klimaatpatronen.

Analyses tonen aan dat de verzwakking en verbreding van de Hadley-circulatie veroorzaakt worden door toenemende stabiliteit in tropische en subtropische gebieden. De poolwaartse verschuivingen van de opgaande takken van circulatiecellen tijdens de Pangeaanse winter, hangen samen met de geografische configuratie van het supercontinent.

Het Pangea-tijdperk wordt gekenmerkt door zijn broeikasklimaat. Daarom wordt verwacht dat de atmosferische circulatie in het Pangea-tijdperk grotendeels anders was dan die van de moderne wereld. Dit blijkt echter tóch van niet! In een studie wordt de Hadley-circulatie in het Pangea-tijdperk namelijk vergeleken met die van het heden, door klimaatsimulaties uit te voeren. De resultaten laten zien dat de jaarlijkse gemiddelde Hadley-cellen ongeveer 20% tot 45% zwakker zijn, en hun poolwaartse randen ongeveer 2° breder in de breedtegraad dan die in het pre-industriële klimaat.

Dus de Hadley-cellen in de Pangea-periode waren zwakker en breder. Dit wordt veroorzaakt door de geografische configuratie van het supercontinent Pangea. Die verbreding is vergelijkbaar met de huidige situatie van opwarming van het klimaat!!!!

Bron: The Hadley Circulation and Widening of the Tropics

Samengevat:

• Verzwakking van Hadley-cellen: Door de verhoogde tropische en subtropische statische stabiliteit tijdens het Pangea-tijdperk, werden de Hadley-cellen zwakker.

• Uitbreiding van Hadley-cellen: Deze cellen strekten zich verder uit naar hogere breedtegraden, wat leidde tot een bredere circulatieband.

• Geografische Configuratie van Pangea: De enorme landmassa van Pangea en zijn geografische spreiding hebben een belangrijke rol gespeeld in deze veranderingen in de Hadley-circulatie.

• Deze observaties zijn vergelijkbaar met de huidige klimaatmodellen die voorspellen dat de opwarming van de aarde zal leiden tot een verzwakking en uitbreiding van de Hadley-circulatie, te wijten aan de toenemende concentraties van broeikasgassen zoals CO₂  

Pangeïsche megamoesson

De megamoesson verwijst naar de theorie dat het supercontinent een duidelijke seizoensgebonden omkering van winden meemaakte, wat resulteerde in extreme overgangen tussen droge en natte periodes. 

Deze zouden hebben geleid tot immens droge gebieden in het binnenland van het continent. Die gebieden zouden bijna onbewoonbaar zijn geweest, met extreem hete dagen en ijskoude nachten. De kusten ondervonden echter seizoensgebondenheid en gingen over van regenachtig weer in de zomer naar droge omstandigheden in de winter.

Tijdens de seizoensgebonden moessons zouden de droge woestijngebieden in Pangea natter zijn geweest door de verhogingen van de neerslag. Dit gaf de mogelijkheid voor vegetatie om te groeien en microklimaten te creëren. Deze veranderingen zouden grote invloed hebben gehad op de flora en fauna in die gebieden.

Hoe zag het leven op Pangea er 250 miljoen jaar geleden uit?

In de tijd van Pangea werd het oude land- en zeefauna vervangen. Toen Pangea werd gevormd, tijdens het Perm, waren die ondiepe zeeën sterk verminderd. Dit betekende een drastische verandering in het klimaat voor de levensvormen die in die warme ondiepten floreerden.

Het leven werd gedwongen zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden. Een van de manieren waarop het dat deed, was door eierschalen te ontwikkelen die bestand waren tegen droge omstandigheden. Aan het einde van Pangea waren alle belangrijke groepen organismen aanwezig. Dinosauriërs ontstonden, met pterosaurussen in de lucht en ichthyosaurussen in de oceanen. Behalve de eerste dinosauriërs ontstonden in het Trias ook de eerste zoogdieren die toen nog net zo klein en kwetsbaar waren als de eerste dinosauriërs. Je kunt bijvoorbeeld denken aan dieren die wel een beetje leken op muizen, zoals de Megazostrodon of de Morganucodon. Toch zijn uit soortgelijke kleine diertjes uiteindelijk alle zoogdieren die wij vandaag de dag kennen ontstaan.

Bron: Discover Sciences

Megazostrodon

Een Megazostrodon is een uitgestorven spitsmuisachtig zoogdier. In plaats van voort te schuifelen, met uitgespreide ledematen zoals reptielen, had dit dier ledematen die meer rechtop stonden, waardoor het ook vaardig was in boomklimmen. Ze jaagden op reptielen, maar vielen destijds vaak ten prooi aan pterosauriërs. 

De flora bestond voornamelijk uit paardenstaart (calamites) coniferen, varens, heermoes, cyaden (coniferen) en vaatplanten zoals lycofyten. Bloeiende planten waren zeer zeldzaam.

Hoewel Pangea een verscheidenheid aan plantensoorten ondersteunde, waaronder zoals genoemd varens, cycaden en ginkgo's, had het bijvoorbeeld geen fruitbomen of bloeiende planten die we vandaag de dag kennen. De voorouders van bloeiende planten (angiospermen), die de meeste vruchten produceren die wij kennen, begonnen pas 140 miljoen jaar geleden te verschijnen, ver in de periode nadat Pangea begon uiteen te vallen.

De combinatie van een warm, vochtig klimaat, concurrentie om licht, geavanceerde fysiologische aanpassingen en de evolutie van specifieke plantensoorten leidde tot de ontwikkeling van hoge bomen en reuzencyaden en  reuzen-paardenstaarten tijdens het Pangea-tijdperk. Deze factoren creëerden een ideale omgeving voor hun groei en ontwikkeling.

De biodiversiteit in Pangea was anders verdeeld dan vandaag de dag. Nu zijn de tropen divers, maar toen was de grootste diversiteit in de hogere breedtegraden. Ondanks het supercontinent hadden verschillende gebieden verschillende levensvormen, afhankelijk van het klimaat. In het Laat-Trias waren er extreem hoge CO₂ -niveaus, wat leidde tot droogtes en bosbranden, vooral in tropische gebieden. Dit resulteerde in een lage biodiversiteit in de tropen, die gedomineerd werden door kleine vleesetende dinosauriërs en andere reptielen.

Pangea had hoge CO₂ -niveaus, wat extreme weersomstandigheden veroorzaakte, maar er waren nog steeds seizoensgebonden bevriezingen op hoge breedtegraden. Dit hielp de opkomst van grote plantenetende dinosauriërs. Het einde van het Trias leidde tot een massa-uitsterving, mogelijk door een kouder klimaat. Dinosauriërs konden overleven dankzij hun aanpassingen, zoals haarachtige veren, terwijl krokodilachtige wezens uitstierf.

What was Earth like before the Dinosaurs

The Great Dying

Droogtes, branden, luchtvervuiling en zure regen vernietigden de weelderige bossen, waardoor het zuurstofgehalte in de atmosfeer daalde van 30 tot ongeveer 10 tot 15 procent en vervolgens vele miljoenen jaren op een laag niveau bleef. Het zuurstofgehalte zou nooit meer het niveau van het begin van het Perm bereiken. De effecten waren zo verstrekkend dat het bijna 15 miljoen jaar duurde voordat de bossen op Aarde volledig waren hersteld.

Hoe ontdekken wetenschappers dat geologische, ecologische en atmosferische processen van 100 miljoen jaar geleden vele miljoenen jaren hebben voortgeduurd?

Unlocking the secrets of Earth's early atmosphere

Samenvatting:

• De aanwijzingen voor de vroegere atmosfeer van de Aarde zijn verborgen in oude rotsen. Met behulp van een laser-oven en  de Advanced Photon Source (dit is wetenschappelijke apparatuur), konden de wetenschappers deze geheimen onthullen: het magma wisselde voortdurend gassen uit met de bovenliggende atmosfeer. 
• Deze wisselwerking maakt het mogelijk om te leren over de atmosfeer van die tijd. Wanneer magma afkoelt tot gesteente, behoudt het de opname van de atmosfeer. De oxidatietoestand van ijzer in deze gesteenten helpt wetenschappers de beschikbare zuurstof en daarmee de samenstelling van vroege atmosfeer te begrijpen.