NGV-Geonieuws 149

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 931 Mammoet at ondermeer mest
• 932 Catastrofale leegloop van ijsmeer op Groenland
• 933 Koude delen van China ondervinden gevolgen van temperatuurstijging
• 934 Cellulose uit boomringen toont fluctuaties in herkomst van stormactiviteit
• 935 'Extreem hoge' rivierstanden in 2002 waren helemaal niet extreem
• 936 Meer atmosferisch CO₂ leidt tot grotere hoeveelheden plankton met kalkskeletjes
• 937 Sahara droogde langzaam uit
• 938 Aardkorst moet ouder zijn dan 4,5 miljard jaar
• 939 Onvoorstelbaar grote tsunami trof Chili in het Plioceen
• 940 Devonische vis oudst bekende levendbarende gewervelde dier

  << Vorige uitgave: 148 | Volgende uitgave: 150 >>

931 Mammoet at ondermeer mest Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In 2002 werden de kop, de voorpoten en delen van de maag en het darmkanaal van een mammoet (Mammuthus primigenius) gevonden in de permafrost aan de rand van een hoefijzermeer in het noorden van Yakutia (Siberië). Uit 14C-dateringen blijkt dat het dier ongeveer 22.500 jaar geleden moet hebben geleefd. Zijn woongebied was toen vrij van een bedekking door landijs, maar er heerste wel een koud klimaat.

De mest waaruit de resten van een grote variatie aan planten afkomstig waren

Restanten van wilgenbladeren

In de dikke darm werd verteerd voedsel aangetroffen in de vorm van mest. De plantenresten werden met diverse technieken onderzocht om inzicht te krijgen in het dieet van het dier, het seizoen waarin het overleed, en het milieu waarin hij rondzwierf. Uit de mest werd een grote variëteit aan plantenresten geïsoleerd, die voor een groot deel nog konden worden gedetermineerd. Het gaat onder meer om blaadjes, twijgen en mos; van de planten waren niet alleen de microscopisch kleine vertegenwoordigers zoals stuifmeel en sporen aanwezig, maar ook iets grotere onderdelen zoals zaden en vruchtlichamen van schimmels.


Het pollen van een composiet (Asteraceae)

Een en ander betekent uiteraard niet dat mammoeten hun maal voor het uitkiezen hadden. In de restanten van de mestbal werden vooral zegge en grassen gevonden, aangevuld met een aanzienlijke hoeveelheid twijgen van een kleine wilgensoort die in het heersende klimaat kon overleven, en daarnaast nog een grote verscheidenheid aan allerlei kruiden en mossen. Dit bevestigt het al eerder ontstane idee dat mammoeten grazers waren.

het zaad van de ganzerik (Potentilla)

Een plukje mos (Entodon concinnus)

De samenstelling van de planten en de karakteristieken van de jaarringen in de wilgentwijgen wijzen erop dat het dier in de vroege lente moet zijn overleden. Opvallend is dat resten van de els, de berk en de spar ontbreken; ze zijn wel gevonden in de uitwerpselen van diverse andere mammoeten. Dat ze bij deze mammoet uit Yakutia ontbreken is een bewijs dat het leefgebied een boomloze steppe moet zijn geweest; het klimaat was kennelijk te koud voor de vestiging van bomen.


Sporangiën van mos

In de mest uit de dikke darm werden ook de vruchtlichamen aangetroffen van een schimmelsoort die van uitwerpselen leeft; de sporen van dergelijke schimmels ontwikkelen zich niet in de ingewanden, maar komen pas tot kieming als de mest buiten het lichaam terechtgekomen is. De aanwezigheid van de vruchtlichamen van mestschimmels in het darmkanaal kan daarom alleen worden verklaard als de mammoet (ondermeer) mest heeft gegeten. Ook chemisch onderzoek heeft uitgewezen er mammoetmest werd geconsumeerd.

Referenties:

• van Geel, B., Aptroot, A., Baittinger, C., Birks, H.D., Bull, I.D., Cross, H.B., Evershed, R.P., Gravendeel, B., Kompanje, E.J.O., Kuperus, P., Mol, D., Nierop, K.G.J., Pals, J.P., Tikhonov, A.N., van Reenen, G. & van Tienderen, P.H., 2008. The ecological implications of a Yakutian mammoth's last meal. Quaternary Research 69, p. 361-376. Website van het tijdschrift: www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/622937/description

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Bas van Geel en Jan van Arkel, Universiteit van Amsterdam.

932 Catastrofale leegloop van ijsmeer op Groenland Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In juli 2006 liep een meer op de ijskap van Groenland (een zogeheten supraglaciaal meer) plotseling leeg. Voor het eerst in de geschiedenis kon zo'n bijzondere gebeurtenis - toevallig - door onderzoekers met hun instrumenten worden gedocumenteerd. Nu is daarvan uitgebreid verslag gedaan. Het leeglopen van het meer, dat een oppervlakte had van 5,6 km² en een inhoud van ca. 40 miljoen m³, was een catastrofale gebeurtenis. Het water verdween twee uur in een spleet (crevasse) van 980 m diep die zich had gevormd tot aan de basis van het ijs. De waterval die daarmee gepaard ging was groter dat de beroemde Niagara-watervallen.

Iedere zomer ontstaan nieuwe meren en poelen op de ijskap van Groenland door de warmte van de zon

Scheuren in het ijsoppervlak worden direct gevuld met smeltwater

De onderzoekers hebben aanwijzingen gevonden dat supraglaciale meren door het gewicht van hun water scheuren in de onderliggende ijskap kunnen veroorzaken. Het smeltwater zakt dan uiteraard in die spleet, waardoor het watergewicht ter plaatse nog groter wordt, zodat de spleet zich kan verbreden en verdiepen. Als er voldoende water op het ijsoppervlak aanwezig is - en dat is er 's-zomers in ruime mate door de warmte van de zon - kan zo op den duur een crevasse ontstaan tot aan de basis van het ijs. Bij een dikke ijskap zoals op Groenland zijn er tal van plaatsen waar (deels met smeltwater gevulde) tunnels lopen. Dat komt doordat de warmte die uit het binnenste der arde komt, vanwege de isolerende werking van het ijs niet snel genoeg kan worden afgevoerd. Aan de basis van het ijs wordt het daardoor geleidelijk iets warmer, waardoor het ijs plaatselijk smelt. Indien een met water gevulde crevasse uitmondt in zo=n tunnel onder het ijs, loopt de crevasse leeg. Dat catastrofale proces is nu dus op Groenland direct waargenomen.

Sarah Das (links) en Maya Bhatia bekijken een crevasse

Enkele onderzoekers (linksboven) lopen langs de rand van een grote crevasse die in het ijsoppervlak is uitgeschuurd door jarenlang transport van smeltwater

Hoewel het leeglopen van het ijs lang niet altijd zo catastrofaal zal verlopen als in het waargenomen geval gebeurde, moet het plotseling leeglopen van een supraglaciaal meer op zichzelf vrij vaak voorkomen. Iedere zomer ontstaan er op de ijskap van Groenland namelijk duizenden meren (die na de warme zomerperiode weer tot ijs bevriezen). Uit satellietfoto’s was al bekend dat dergelijke meren binnen een dag konden leeglopen, maar hoe snel dat precies ging was niet bekend. Zelfs bij grote meren blijkt dat nu dus binnen enkele uren te kunnen gebeuren.


Sarah Das voor een ijsblok dat 6 m werd opgeheven
bij het plotseling leeglopen van een supraglaciaal meer

Het plotseling aanzienlijk toenemen van de watermassa onder het ijs had allerlei gevolgen. Zo werd het ijs in de omgeving opgetild, plaatselijk zelfs 1,2 m. In het midden van het (verdwenen) meer werd een blok ijs van 750 m in doorsnede zelfs 6 m opgetild. De plotselinge watermassa onder het ijs kan echter ook grotere gevolgen hebben, omdat het als een soort smeermiddel fungeert voor het altijd langzaam omlaag stromende ijs. Zo bleek het ijs ter plaatse (tijdelijk) ongeveer tweemaal zo snel te gaan stromen als voor hert leeglopen van het meer.

Referenties:

• Das, S.B., Joughin, I., Behn, M.D., Howat, I.M., King, M.A., Lizarallalde, D. & Bhatia, M.P., 2008. Fracture propagation to the base of the Greenland ice sheet during supraglacial lake drainage. Science 320, p. 778-781.
  
• Joughin, I., Das, S.B., King, M.A., Smith, B.E., Howatt, I.M. & Moon, T., 2008. Seasonal speedup along the western flank of the Greenland ice sheet. Science 320, p. 781-783.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Sarah Das, Department of Geology and Geophysics, Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, MA (Verenigde Staten van Amerika).

933 Koude delen van China ondervinden gevolgen van temperatuurstijging Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In China hebben de veranderingen in het wereldwijde klimaat in de afgelopen 45 jaar duidelijk hun sporen nagelaten. Die sporen zijn vooral te vinden in de zogeheten 'cryosfeer’ (de onregelmatige ruimten waarin ijs en sneeuw voorkomen; vgl. Lithosfeer en hydrosfeer) van China, waar een duidelijke afname van 'koude’ verschijnselen is geconstateerd. Een en ander betekent dat China als geheel deel uitmaakt van dat gedeelte van de aarde waar de huidige klimaatveranderingen leiden tot een stijging van de temperatuur. Veranderingen binnen de cryosfeer zijn van belang vanwege de consequenties voor de water- en energiehuishouding van de aarde.


Verspreiding en omvang van de gletsjers in China

Momenteel telt China ruim 46.000 gebergtegletsjers, die samen een gebied beslaan van ruim 59.000 km², dat is bijna tweemaal zoveel als de oppervlakte van Nederland. Deze enorme oppervlakte van de gletsjers is iets meer da dat van alle overige gebergtegletsjers in Azië samen. Zelfs rekening houdend met de uitgestrekte ijskappen op Antarctica en Groenland gaat het ook om ca. 11% van het totale ijsoppervlak (op land) van de hele aarde. Dit tekent het belang van de Chinese cryosfeer. De totale ijsinhoud van de Chinese gletsjers wordt berekend op 5600 km³, en jaarlijks levert die ijsmassa ruim 60 miljard kubieke meter smeltwater.


Verspreiding en dikte van de jaarlijkse sneeuwval in China

De hoeveelheid sneeuw in China is eveneens zeer groot. Een gebied van ruim 3 miljoen km² is jaarlijks gemiddeld langer dan 2 maanden met sneeuw bedekt (ongeveer anderhalf miljoen km² zelfs meer dan 4 maanden), en in deze gebieden bedraagt de jaarlijkse sneeuwval gemiddeld - omgerekend in water - bijna 100 miljard m³. Deze hoeveelheid wordt jaarlijks weer als smeltwater afgevoerd; de hoeveelheid is vergelijkbaar met 10% van het debiet van de Yangtze (Gele Rivier).


Verspreiding van de permafrost en van de in de winter bevroren bodems

Een groot deel van China (ca. 1,72 miljoen km²) - bepaald door de hoogte van het gebied en/of de geografische breedtegraad - heeft een permanent bevroren bodem (permafrost) en in een driemaal zo groot gebied is de bodem seizoensgebonden bevroren. Gezamenlijk beslaan deze gebieden 72% van het totale landoppervlak in China. De bevroren bodem bevat een enorme hoerveelheid ijs. Alleen al voor de Tibetaanse Hoogvlakte (door de auteurs als een onderdeel van China aangeduid en het “Quinghai-Tibetaans Plateau” genoemd) gaat het om ca. 11.000 km³.


Afname (rood) en toename (groen) van het vergletsjerde oppervlak

Uit langdurige waarnemingen blijkt dat de omvang van de cryosfeer geleidelijk afneemt. In de onderzoeksperiode van 45 jaar zijn de door gletsjers bedekte gebieden met 2-10% in omvang afgenomen, gemiddeld met 5,5%. Er zijn slechts enkele plaatsen waar de omvang van de gletsjers is toegenomen. Daar staat tegenover dat de neerslag van de sneeuw licht is toegenomen. De permafrost neemt duidelijk in omvang af. Dit betreft zowel de omvang van het gebied met permafrost als de dikte van de permafrost: de zogeheten 'actieve laag' (dat is het bovenste deel van de bodem waarin het ijs 's zomers smelt) wordt steeds dikker, en de onderkant van het ijs in de bodem komt steeds hoger te liggen. Ook de diepte tot waar de bodem bevriest in de gebieden met alleen 's winters bevroren bodem neemt in omvang af.

Het is waarschijnlijk dat de huidige tendens zich zal voortzetten. Volgens sommige modellen zal het vergletsjerde gebied in 2050 zelfs met een kwart zijn verminderd; het afsmelten zal steeds sneller gaan, totdat in 2030 een maximumwaarde zal zijn bereikt. Ook de permafrost zal in omvang blijven afnemen; op de Tibetaanse Hoogvlakte zal volgens modellen een derde tot de helft van de permafrost in 2100 zijn verdwenen.

Referenties:

• Li, X., Cheng, G., Jin, H., Kang, E., Che, T., Jin, R., Wu, L., Nan, Z., Wang, J. & Shen, Y., 2008. Cryospheric change in China. Global and Planetary Change 62, p. 210-218.

Figuren uit het aangehaalde artikel.

934 Cellulose uit boomringen toont fluctuaties in herkomst van stormactiviteit Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De bristelcone den (Pinus longaeva) is een bijzondere boom. In de Amerikaanse staat California komen exemplaren voor van zo'n 8000 jaar oud. Daarmee zijn ze veel ouder dan de enorme sequoia's die door de meeste mensen als de oudste bomen op aarde worden beschouwd.


De bristlecone den kan zo'n 8000 jaar oud worden

Hun hoge ouderdom maakt de oudste exemplaren van de bristlecone den tot een uitzonderlijke vorm van 'levend archief'. Zo is het mogelijk allerhande organische materialen, op basis van vergelijking met de waarden die voor de 14C-dateringen van jaarringen in deze bomen worden gevonden, tot op het jaar nauwkeurig te dateren. Dat lost veel problemen op, want de hoeveelheid 14C in de atmosfeer fluctueert, zodat er geen sprake is van een regelmatig verloop met de tijd van 14C in organische stoffen.


De naalden van de bristlecone den

De jaarringen van de bristlecone den zijn echter niet alleen belangrijk voor de nauwkeurigheid van dateringen, maar ze vormen ook een archief dat aanwijzingen geeft over het locale klimaat in de afgelopen 8000 jaar. De breedte van de jaarringen hangt namelijk vooral af van de temperatuur en de hoeveelheid water. Deze eigenschap is gebruikt door twee onderzoekers van de Universiteit van Zuid-California om de klimaatgeschiedenis van de laatste 300 jaar te reconstrueren, jaar voor jaar. Ze deden dat door eerst het 14C-gehalte van de desbetreffende jaarringen in twee exemplaren uit de White Mountains te meten zodat zekerheid bestond wat betreft de ouderdom van de ringen, en vervolgens uit die jaarringen cellulose te isoleren waarvan ze de verhouding van de zuurstofisotopen maten. Op de uitkomsten moesten ze overigens nog een aantal correcties toepassen, want bij wisselende luchtvochtigheid geven de bomen vocht af aan de lucht (evapotranspiratie) met een andere verhouding tussen de zuurstofisotopen dan door de bomen werd opgenomen. Het onderzoek was dus behoorlijk gecompliceerd.


Jaarringen van de bristlecone den

De resultaten maakten echter veel goed. Hoewel de uitgevoerde correcties kleine fluctuaties in de isotopenverhouding van de zuurstof niet significant maken, moeten grote uitslagen echter wel iets betekenen, en vergelijking met recente omstandigheden wijst uit dat dergelijke fluctuaties niet alleen stormactiviteit weergeven maar ook inzicht geven over het herkomstgebied van die stormen. Relatief geringe maar niettemin herkenbare fluctuaties vertonen een 20-jarige cyclus, wat er dus op wijst dat stormactiviteit langs de kust van de Stille Oceaan een 20-jarige cycliciteit vertoont. Er komt echter een grote verandering voor in het midden van de 19e eeuw; die wijst erop dat de eerdere aanvoer (gedurende de Kleine IJstijd) van regen door stormen vanuit het subtropische zuiden veranderde in een patroon dat sindsdien is blijven overheersen, en waarbij de regenstormen vooral 's winters optraden en vanuit het polaire noorden kwamen. Dit is een extra aanwijzing voor een veranderend circulatiepatroon van de luchtstromen op het noordelijk halfrond. De onderzoekers suggereren dat die verandering een gevolg is van onder meer een meer zuidelijke route van de straalstroom op gematigde breedte.


Lowell Stott, een van de onderzoekers

Referenties:

• Berkelhammer, M.B. & Stott, L.D., 2008. Recent and dramatic changes in Pacific storm trajectories recorded in ä18O from bristlecone pine tree ring cellulose. Geochemistry Geophysics Geosystems 9, Q04008, doi:10.1029/2007GC001803.

935 'Extreem hoge' rivierstanden in 2002 waren helemaal niet extreem Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Op 8 en 9 september 2002 trad in de Zuid-Franse rivier de Gardon een extreem hoge waterstand op. Mede door het aanzienlijke relief in het gebied veranderde de rivier in een kolkende massa die het leven eiste van 23 personen, en die voor 1,2 miljard euro schade aanrichtte.Circa 100 huizen werden volledig verwoest, 1500 huizen kwamen ten minste 2 m diep onder water te staan, en zo'n 7000 huizen werden beschadigd. Dezelfde zomer en herfst traden overigens vergelijkbare situaties op bij andere rivieren in Frankrijk, maar ook bij rivieren in Italië, Duitsland, Hongarije, Tsjechië en Rusland. In totaal kwamen daarbij 230 mensen om, en de schade wordt geschat op 18.5 miljard euro. Autoriteiten waren verrast over de gebeurtenissen omdat dergelijke situaties sinds mensenheugenis niet waren voorgekomen, en er dus ook geen rekening mee was gehouden.


Een brug over de Gardon, 13 km ten zuiden van La Baume onder normale omstandigheden (links) en tijdens de overstroming van 2002 (rechts)

Onderzoek naar eerdere situaties van gelijke aard wijst echter uit dat er wel degelijk eerder gelijke situaties zijn opgetreden, en dat de waterhoogten daarbij nog veel hoger waren dan in 2002. Voor het geval van de Gardon is dat nu uitvoerig gedocumenteerd aan de hand van sedimenten die door de rivier werden afgezet in grotten waarvan de ingang 17-19 m boven het gemiddelde niveau van de rivier stond, en 3 m hoger dan in 2002. Op basis van 14C-dateringen en de stratigrafie van die grotafzettingen konden de onderzoekers vaststellen dat dergelijk hoog water in de afgelopen 500 jaar zeker vijfmaal is voorgekomen. In die tijd was het dal van de Gardon bewoond, wat eens te meer bewijst dat het geheugen van de mens via overlevering niet ver teruggaat.

In 2002 was de maximale afvier van de Gardon circa 6600 m³/s. Bij de eerdere hogere waterstanden moet dat, volgens berekeningen op basis van de lokale topografie, driemaal 6850-7100 m³/s zijn geweest en tweemaal zelfs meer dan 8000 m³/s. Dit betekent dat de situatie van 2002 bepaald niet uitzonderlijk is geweest. Soortgelijke conclusies zijn ook getrokken voor de rivieren die elders in 2002 hoge waterstanden bereikten. Met die gegevens is het moeilijk vol te houden (zoals onder meer door Rijkswaterstaat wordt gedaan) dat er sprake is van een toename van hoogwater in rivieren, en dat de waterstanden bij uitzonderlijke situaties ook steeds hoger zullen worden. Het lijkt veel eerder te gaan om natuurlijke processen die al zeer lang optreden, en die geen verband houden met de huidige klimaatverandering (zo daarvan al sprake is).


De hoge waterstand in 2002 zorgde voor erosie hoog langs de dalwand, waar (bij punt GZ) echter ook materiaal werd afgezet

Wel geeft het onderzoek aan dat er geen aanleiding is om aan te nemen dat de omstandigheden van 2002 uitzonderlijk waren. Integendeel, zeker in gebieden waar overstromingen veel slachtoffers kunnen eisen en grote schade berokkenen, lijkt het verstandig om maatregelen te treffen die de schadelijke gevolgen van een dergelijke hoge waterstand kunnen verminderen. In Nederland zijn er na de overstromingen van de Maas destijds dergelijke maatregelen genomen, onder meer in de vorm van een verbod om in de uiterwaarden te bouwen. Het geheugen van de overheid in Nederland is in dat verband echter wel zeer kort, want het provinciehuis van Limburg is niettemin een nieuw obstakel, en ook is het verbod om in de uiterwaarden te bouwen versoepeld of zelfs ingetrokken. Het wachten is daarom op een nieuwe overstroming; als die zal plaatsvinden, zullen de verantwoordelijke autoriteiten ongetwijfeld hun handen in onschuld wassen, en de Tweede Kamer zal ongetwijfeld geschokt zijn. Maar daaraan zijn we in Nederland intussen wel gewend.

Referenties:

• Sheffer, N.A., Rico, M., Enzel, Y, Benito, G. & Grodek, T., 2008. The palaeoflood record of the Gardon River, France: a comparison with the extreme 2002 flood event. Geomorphology 98, p. 71-83.

Foto's uit het aangehaalde artikel.

936 Meer atmosferisch CO2 leidt tot grotere hoeveelheden plankton met kalkskeletjes Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Algemeen wordt aangenomen dat de stijgende concentratie van CO₂ in de atmosfeer en de daaruit voortvloeiende verzuring van de oceanen zal leiden tot een steeds verdere afname van mariene organismen die een kalkskelet maken (zoals koralen) of een kalkschaaltjes (zoals coccolithen, die deel uitmaken van het fytoplankton). Vooral de afname van fytoplankton zou ernstige gevolgen hebben, omdat de planten en dieren die daarvan deel uitmaken de basis vormen van talrijke voedselketens. Uiteindelijk zou daardoor het mariene ecosysteem sterk ontregeld kunnen raken, wat bijvoorbeeld voor de visvangst ernstige consequenties zou kunnen hebben.


Scanning electron microscope (SEM) opname van de coccolith liania huxleyi

De angst voor afname van de organismen met kalkskeletjes in het fytoplankton lijkt echter ongegrond. Verdere toename van de CO₂-concentratie in de atmosfeer zou volgens nieuw onderzoek de hoeveelheid van dergelijke organismen zelfs juist sterk doen toenemen. Dat is althans de conclusie die onderzoekers trekken op basis van laboratoriumexperimenten met een van de meest bekende coccolithen: Emiliania huxleyi. Hun bevinden stemmen overeen met wat kan worden opgemaakt uit sedimenten van de diepzeebodem (waar de skeletjes van afgestorven mariene organismen terechtkomen: in de afgelopen 220 jaar (ruwweg de periode sinds het begin van de industriële revolutie) blijkt de hoeveelheid kalkskeletjes van coccolithen met circa 40% te zijn toegenomen. Datzelfde blijkt het geval te zijn voor het Paleoceen-Eoceen Thermisch Maximum, toen de atmosferische CO₂-concentratie ook hoog was en er ook een duidelijke verzuring van de oceanen optrad.



Planktonbloei veroorzaakt door coccolithen, gezien vanuit de ruimte (foto NASA).

Coccolithen zijn in dit kader vooral van belang omdat ze ongeveer een derde van de totale kalkproductie in de oceanen voor hun rekening nemen. De reden waarom coccolithen anders op de verzuring van de oceanen reageren dan eerder werd gedacht, is hun tweeledige rol in de koolstofcyclus: wanneer ze een kalkskeletje vormen, geven ze CO₂ af; omdat het om planten gaat, gebruiken ze echter ook CO₂ bij de fotosynthese waaraan ze hun energie ontlenen. Waar het om gaat is of ze meer CO₂ opnemen dan ze gebruiken (ze zouden in dat geval een opslagplaats (vaak aangeduid met de Engelse term 'sink') van CO₂ vormen; andersom zouden ze juist extra CO₂ vrijmaken. Volgens de experimenten die de onderzoekers uitvoerden, houden beide processen elkaar ruwweg in evenwicht.


Virginia Armbrust, een van de onderzoeksters.

Dat er niettemin sprake is van extra kalkproductie bij een hoge atmosferische CO₂ concentratie komt doordat de coccolithen (in dit geval E. huxleyi, maar er is geen reden om aan te nemen dat andere soorten anders reageren) daarop reageren door grotere cellen en grotere kalkplaatjes te vormen. Die plaatjes vormen ze binnen hun cellen, wat betekent dat het proces vooral door biologische factoren wordt gereguleerd. Dit hoeft dus niet te gelden(en geldt waarschijnlijk ook niet) voor mariene organismen die kalk buiten hun cellen afscheiden (zoals koralen); die blijven wel degelijk gevoelig voor verzuring van het oceaanwater.

Vooralsnog is niet duidelijk hoe de mariene ecosystemen in hun totaliteit op de extra kalkvorming door coccolithen reageren. Het is echter wel duidelijk dat veel van de huidige prognoses omtrent de gevolgen voor voedselketens van de eerder veronderstelde vermindering van de hoeveelheden fytoplankton moeten worden herzien.

Referenties:

• Iglesias-Rodriguez, M.D., Halloran, P.R., Rickaby, R.E.M., Hall, I.R., Colmenero-Hidalgo, E., Gittins, J.R., Gree, D.R.H., Tyrell, T., Gibbs, S.J., Von Dassow, P., Rehm, E., Armbrust, E.V. & Boessenkool, K.P., 2008. Phytoplankton calcification in a high-CO2 world. Science 320, p. 336-340.

937 Sahara droogde langzaam uit Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Temidden van de barre woestenij van de Sahara ligt, in het noorden van Tsjaad, al duizenden jaren lang het Yao-Meer. Het heeft zich aan uitdroging weten te onttrekken doordat het gevoed wordt door water uit een ondergrondse watervoerende laag (aquifer). Doordat dit meer al zolang bestaat, en doordat zich voortdurend nieuwe afzettingen op de bodem ophoopten, vormt het meer nu een archief waarin de ontwikkeling ligt opgeslagen van het gebied gedurende de tijd dat eromheen de savanne overging in woestijn. Uit dat archief zijn nu duizenden bladzijden (in de vorm van duizenden laagjes uit de meerafzettingen) gelezen, waardoor de geschiedenis van de Sahara in groot detail bekend is geworden. Dat lezen van het archief was overigens niet gemakkelijk, want daarvoor moesten boorkernen uit het meer worden genomen, en dat boren vond plaats onder zeer primitieve omstandigheden. Niettemin werden boorkernen met een totale lengte van ca. 9 m opgehaald. Het resultaat bleek de inspanningen echter meer dan waard.


Het Yoa-Meer waar een belangrijk deel van het onderzoek plaatsvond

Op basis van wat tot nu toe bekend was, werd vrij algemeen aangenomen dat de Sahara ontstond door een plotselinge verandering van het klimaat, waardoor snelle woestijnvorming plaatsvond. Nu blijkt echter dat het klimaat slechts langzaam veranderde. Dat kan worden opgemaakt uit het stuifmeel dat van de begroeiing in het gebied rondom het meer in het water terechtkwam, daarin bezonk en zo in het bodemsediment werd opgenomen. Er trad een geleidelijke verandering op waarbij bomen bij gebrek aan voldoende regenval langzaam plaatsmaakten voor struiken die op hun beurt weer langzaam plaatsmaakten voor grassen, die uiteindelijk de strijd om het bestaan door nog verdere uitdroging moesten opgeven, waardoor een echte woestijn ontstond. Dat hele proces zou zo'n 3000 jaar in beslag hebben genomen.


Boringen op het Yoa-Meer vonden op primitieve wijze plaats

Omstreeks 5500 jaar geleden sloeg volgens de eerdere inzichten de zogeheten 'Vochtige Afrikaanse Periode' waarin moessons zorgden voor overvloedige regenval om in een periode van droogte. Dat zou volgens die inzichten binnen enkele eeuwen zijn gebeurd. Dat past goed in een beeld dat ook uit boorkernen uit zee naar voren komt: in dezelfde periode nam namelijk ook de hoeveelheid stof die uit Afrika de zee in werd geblazen plotseling sterk toe. Daarbij moet echter wel worden aangetekend dat het nog onduidelijk is of al dat stof kon opwaaien vanuit een al grote woestijn, of dat het ging om een droge zone rondom het meer die kan zijn ontstaan doordat het waterniveau in het meer toen zakte.


Onderzoeksleider Stefan Kröpelin (foto Universität Köln)

Volgens de analyse van het stuifmeel is het tijdsverloop echter heel anders geweest. Het gebied zou tot ongeveer 12.500 jaar geleden een woestijn zijn geweest. Toen veranderde het gebied, door de komst van zomermoessons, in een groen 'paradijs', maar 7000 jaar geleden kwam daaraan een eind doordat de moessons, mogelijk als gevolg van verminderde zonnestraling, ophielden. Dat leidde tot de geleidelijke veranderingen in vegetatie zoals uit het stuifmeel naar voren komt. Overigens zetten sommigen ook weer vraagtekens bij de conclusies over een zeer langzame verandering van het milieu die op basis van het stuifmeel uit de meerafzettingen zijn getrokken. Niet iedereen is er bij voorbaat van overtuigd dat dat stuifmeel afkomstig is van begroeiing in de directe omgeving van het meer. Als stof duizenden kilometers door de wind kan worden meegenomen, kan stuifmeel immers ook ver door de lucht worden meegevoerd. Dergelijke overwegingen lijken echter meer theoretisch dan praktisch: als het zou gaan om van ver weg aangevoerd stuifmeel, zou het immers wel erg toevallig zijn dat het door de lucht aangevoerde stuifmeel precies de veranderingen in vegetatie vertegenwoordigen die ook in de omgeving van het meer moeten hebben plaatsgevonden.

Vast staat in ieder geval dat de klimatologische verandering grote invloed op de bewoning gehad moet hebben, onder meer in de vorm van volkverhuizingen uit het centraal-noordelijke deel van Afrika. Diverse onderzoekers menen zelfs dat de opkomst van de Egyptische beschaving (in de tijd van de farao's) daarmee verband houdt.

Referenties:

• Kröpelin, S., Verschuren, D., Lézine, A.-M., Eggermont, H., Cocquyt, C., Francus, P., Cazet, J.-P., Fagot, M., Rumes, B., Russell, J.M., Darius, F., Conley, D.J., Schuster, M., Von Suchodoletz, H. & Engstrom, D.R., 2008. Climate-driven ecosystem succession in the Sahara: the past 6000 years. Science 320, p. 765-768.
  
• Holmes, J.A., 2008. How the Sahara became dry. Science 320, p. 752-753.

Foto van de boring: Stefan Kröpelin, Instituut voor Prehistorische Archeologie, Universiteit van Keulen, Keulen (Duitsland).

938 Aardkorst moet ouder zijn dan 4,5 miljard jaar Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De oudste fase van de aardgeschiedenis waarin al sprake moet zijn geweest van een (plaatselijke?) aardkorst, het Hadeïcum, duurde van 4,5 tot 4,0 miljard jaar geleden. De naam is afgeleid van het Griekse woord 'hades', dat 'hel' betekent, en is gekozen omdat er destijds helse omstandigheden moeten hebben geheerst, waarbij sprake was van een nog zo geringe stolling van de buitenkant van de aarde dat het overal opspuitende magma nauwelijks meer als een vulkanisch verschijnsel is te karakteriseren: de aarde was als het ware één groot vulkanisch lichaam. Dat er plaatselijk toch aardkorst heeft kunnen ontstaan, moet worden toegeschreven aan plaatselijk relatief sterke afkoeling.


Een van de extreem oude zirkonen uit de Jack Hills (foto Mark Harrison)

Dat er al aardkorst in het Hadeïcum moet hebben bestaan, valt af te leiden aan de vondst van zirkoonkristallen die bij datering een veel hogere leeftijd (namelijk van meer dan 4 miljard jaar) blijken te hebben dan de gesteenten waarin ze nu worden aangetroffen. Ze moeten in die jongere gesteenten terecht zijn gekomen doordat het magma waarin ze uitkristalliseerden tot een korst afkoelde die vervolgens weer vrijwel geheel opsmolt (waarbij de zirkoonkristallen echter niet alle opsmolten) of doordat het magma waarin de zirkoon was begonnen uit te kristalliseren zelf later weer heter werd en geheel smolt maar bij een zo 'lage' temperatuur dat de zirkoonkristallen niet opnieuw opsmolten. Zo kunnen die kristallen een hogere (radiometrisch vastgestelde) ouderdom hebben dan het stollingsgesteente waarin ze nu voorkomen.

Met de moderne, steeds verfijndere technieken leveren dergelijke zirkoonkristallen steeds meer informatie op over de omstandigheden die in de helse eerste fase van de aarde moeten hebben geheerst. De 'extra' informatie komt vooral uit insluitsels in de kristallen. Die insluitsels zijn vaak zo klein dat er vroeger geen technieken bestonden om er alle mogelijke informatie uit te halen. Nu daartoe wel mogelijkheden zijn ontwikkeld, zijn dergelijke zirkoonkristallen uit de Jack Hills in West-Australië met diverse nieuwe technieken onderzocht, en zijn de resultaten vergeleken met astronomische gegevens voor het beginstadium van de ontwikkeling van de aarde.


Onderzoeksleider Mark Harrison (foto: University of California at Los Angeles)

Omdat de nieuwe gegevens berusten op analyses van extreem kleine hoeveelheden materiaal - en daarbij gaat het bijvoorbeeld om de verhouding tussen twee isotopen van het op zichzelf al zeer zeldzame chemische element hafnium (Hf-176 en Hf-177) - leveren de analyses vaak wel iets verschillende resultaten op. Daar komt bij dat de insluitsels in de kristallen in de extreem lange tijd sinds hun vorming iets in samenstelling kunnen zijn veranderd door diffusie (het migreren van materiaal door een vaste stof heen, bijv. vanuit het insluitsel naar het omgevende kristal of omgekeerd). De interpretatie van de bij de analyses gevonden resultaten is daarom zeer complex. Er kan echter meer duidelijkheid worden verkregen door op die resultaten geavanceerde statistische bewerkingen toe te passen, zodat toch met grote zekerheid betrouwbare uitkomsten zijn te verkrijgen.

De zo verkregen resultaten wijzen onder meer uit dat tussen 4,5 en 4,2 miljard jaar geleden regelmatig materiaal uit een toen al bestaande (plaatselijke en dunne) aardkorst weer moet zijn opgenomen in het onderliggende magmatische materiaal (dat het beste met de huidige aardmantel kan worden vergeleken), en dat er ook binnen de toen bestaande korst al recycling optrad. Dat kan uiteraard allemaal alleen gebeuren wanneer er 4,5 miljard jaar geleden als een vroege vorm van aardkorst heeft bestaan: de eerste aardkorst is dus ouder dan tot nu toe werd aangenomen. Waarschijnlijk gaat het overigens "slechts" om enkele tientallen miljoenen jaren. Het blijft niettemin verbazingwekkend dat al zo kort na het ontstaan van de aarde, toen er nog 'helse' omstandigheden heersten, plaatselijk al een soort continentale korst kon ontstaan.

Referenties:

• Harrison, T.M., Schmitt, A.K., McCulloch, T. & Lovera, O.M., 2008. Early (>4.5 Ga) formation of terrestrial crust: Lu-Hf, ä18O, and Ti thermometry results for Hadean zircons. Earth and Planetary Science Letters 268, p. 476-486.

939 Onvoorstelbaar grote tsunami trof Chili in het Plioceen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Tsunami’s komen regelmatig voor, en veel kusten worden er dan ook vaak door getroffen. Dat is vooral een gevolg van de aardbevingen die frequent optreden waar twee lithosfeerschollen tegen elkaar opbotsen, zoals in de 'ring van vuur’ (zo genoemd vanwege het ook frequent met de schollentektoniek samenhangende vulkanisme) rondom de Stille Oceaan. Slechts in enkele gevallen gaat het -gelukkig - om tsunami’s die vanwege de hoogte van de series golven een verwoestende uitwerking hebben. Soms echter worden die golven bij het oplopen tegen de kust zo hoog dat ze een catastrofale uitwerking hebben en veel slachtoffers eisen.


Intrusies van zandsteen waren het gevolg van de plotselinge bedekking door een dik pakket van tsunami-afzettingen (zie hamer in rechthoek voor schaal)

Geologisch zijn tsunami’s onder meer interessant omdat het gaat om een serie van hoge golven die zowel bij het oplopen tegen een laaglandkust als bij het teruglopen een laagje sediment achterlaten. Op basis van structuren in die laagjes (die gewoonlijk slechts enkele centimeters tot hooguit enkele decimeters dik zijn) kan worden bepaald of dat laagje door een oplopende of een teruglopende golf is afgezet. Omdat iedere golf eerst oploopt en dan weer terugloopt, en omdat gewoonlijk enkele golven op elkaar volgen, is het resultaat een pakket (vrijwel nooit meer dan een meter dik, vaak veel minder) waarin boven elkaar structuren te vinden zijn die afwisselend wijzen op op- en teruglopende golven. Dit wordt wel aangeduid als 'shuttle afzettingen’.

In enkele gevallen is een tsunami zo heftig dat een dikker pakket sedimenten wordt afgezet. Langs de kust van Zuid-Chili is zo’n afzetting gevonden (met een Pliocene ouderdom) die zo dik is dat het niet eens mogelijk was om aan de hand van ontsluitingen langs de kust de totale dikte vast te stellen. Het pakket moet echter minimaal 30 m dik zijn, en dit hele pakket blijkt te zijn afgezet door het teruglopen van slechts één enkele golf. Die teruglopende golf moet dus aanzienlijk hoger dan 30 m zijn geweest. Omdat de oplopende golf per definitie veel hoger is dan de teruglopende golf, moet de tsunami onvoorstelbaar hoge golven hebben veroorzaakt.


Detail van een geïntrudeerde laag van fijnkorrelig materiaal

De ravage die dergelijke golven tot diep in het achterland moeten hebben veroorzaakt, moet enorm zijn geweest. Geologisch leidde deze natuurramp echter tot een aantal bijzondere verschijnselen. De teruglopende golf erodeerde duinen en strand, en voerde het geërodeerde materiaal als een met veel zeer veel sediment beladen stroom terug de zee in, waar het als een tot tientallen meters dik merendeels zandig pakket werd afgezet op het continentaal plat en zelfs voor een deel op de continentale helling. De sedimenten daar bestonden vooral uit fijnkorrelige (kleiige) afzettingen die slechts gedeeltelijk waren geconsolideerd. Ze waren dan ook nauwelijks bestand tegen het plotselinge gewicht van het dikke pakket dat plotseling op hen werd afgezet.

Op tal van plaatsen drong het zandige materiaal dat door de teruglopende golf werd afgezet daardoor als omlaag gerichte intrusies in de zeebodem door. Waar in het mariene pakket duidelijke grensvlakken tussen opeenvolgende lagen bestonden, volgden de intrusies soms de (min of meer horizontale) gelaagdheid, zoals opstijgend magma dat soms ook doet en dan zogeheten sills vormt. In sommige gevallen waren de omlaaggerichte intrusies zeer dik, en ook de horizontale intrusies (sills) waren in tal van gevallen vele decimeters dik. Een boring door dit pakket zou dan ook een vreemde afwisseling te zien geven van verschillende typen sedimenten.


Door eencombinatie van grotere en kleinere intrusies gevormde breccie

De kracht waarmee het materiaal van de 'tsunami-afzetting’ vertikaal en horizontaal in het mariene sediment binnendrong, moet extreem groot zijn geweest. Zo groot dat zich bijv. in de zandige sills stroomribbels konden ontwikkelen. In veel gevallen kwamen er vanuit de grote verticale en horizontale intrusies bovendien tal van secundaire intrusies, waardoor het bestaande mariene pakket in grotere en kleinere hoekige fragmenten werd opgedeeld, zodat het beeld van een breccie ontstond. Die fragmenten werden bovendien door de intruderende massa’s vaak weer meer of minder ver verplaatst, zodat in die brokstukken de gelaagdheid kan variëren van horizontaal tot vertikaal, en zelfs geheel ondersteboven.

Het pakket dat door de tsunami werd afgezet, verschilt in veel opzichten van andere tsunami-pakketten langs de kust van Chili. Die zijn niet alleen veel minder dik, maar bestaan voornamelijk uit materiaal dat uit de ondiepe kustzone werd geërodeerd. Duinzand, zoals in het hier onderzochte pakket, wordt niet of nauwelijks aangetroffen. Er is echter een ander, veel opmerkelijker verschil: in het nu onderzochte pakket komen verglaasde korrels voor. Die wijzen op blootstelling aan een zeer hoge temperatuur, zoals die in sedimenten aan de oppervlakte alleen wordt aangetroffen bij blootstelling aan vulkanische intrusies (die niet uit de directe omgeving bekend zijn) of bij blootstelling aan de hoge temperatuur en druk die bij inslag van een meteoriet voorkomt. Het is uit andere geologisch onderzoek bekend dat omstreeks dezelfde tijd (2,15 miljoen jaar geleden) een inslag plaatsvond in de Bellinghausen Zee. Mede omdat in de tsunami-afzetting (die over zeker zo’n 40 km parallel aan de kust is te vervolgen) glaskorrels voorkomen die waarschijnlijk tektieten zijn, komen de onderzoekers daarom tot de conclusie dat de tsunami mogelijk werd veroorzaakt door die inslag; vanwege de onvoldoende nauwkeurigheid van de dateringen houden ze echter een slag om de arm of de tsunami door die inslag (van de zogeheten Eltanin bolide) of door een andere inslag werd veroorzaakt.

Referenties:

• Le Roux, J.P., Nielsen, S.N., Kemnitz, H. & Henriquez, Á., 2008. A Pliocene mega-tsunami deposit and associated features in the Ranquil Formation, southern Chile. Sedimentary Geology 203, p. 164-180.

Foto’s uit het aangehaalde artikel.

940 Devonische vis oudst bekende levendbarende gewervelde dier Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Onderzoekers hebben een bijzondere vis aangetroffen op de bekende West-Australische vindplaats van Devonische vissen in de Gogo-Formatie. De vis, die behoort tot de uitgestorven groep van de Placodermi (pantservissen), moet ongeveer 380 miljoen jaar geleden hebben geleefd. Het fossiele exemplaar werd al tijdens veldwerk in 2005 gevonden, maar pas bij laboratoriumonderzoek werd het bijzondere karakter ervan herkend. Dat gebeurde toen onderzoeksleider John Long de vis aan het uitprepareren was uit de kalksteen waarin hij was gevonden, en daarbij de kalk beetje bij beetje verwijderde met azijnzuur.


Het fossiele exemplaar van Materpiscis attenboroughi

Bij die behandeling bleek de vis een embryo met zich mee te dragen. Hoewel het embryo niet compleet aanwezig is, was de fossilisatie zo goed dat er tal van details konden worden waargenomen die slechts zelden in visfossielen zijn te zien. Die details konden overigens slechts zeer gedeeltelijk direct worden waargenomen: de meeste gegevens kwamen naar voren bij röntgenonderzoek dat werd uitgevoerd met een speciale 3-dimensionale scanner die op de Australian National University was gebouwd.


De ligging van het embryo

Het röntgenonderzoek leverde onder meer als resultaat op dat een navelstreng aanwezig is. Op basis van deze ontdekking (en diverse andere bevindingen aan de hand van bewaard gebleven zachte weefsels) moet worden geconcludeerd dat de vis levendbarend was. Daarmee is dit het oudst bekende exemplaar van een gewerveld dier waarbij de voortplanting op deze wijze plaatsvond. Dat was zeker verrassend, hoewel paleontologen tot nu toe vergeefs hadden geprobeerd op grond van fossiele exemplaren te achterhalen hoe pantservissen zich precies voortplantten. Bij eerder onderzoek van mannelijke exemplaren van het verwante geslacht Austroptyctodus was overigens al gebleken dat deze soort een voortplantingsmechanisme had dat in veel opzichten vergelijkbaar is met dat van haaien, waarbij het vrouwtje via copulatie inwendig werd bevrucht.


Onderzoeker John Long op de vindplaats

Vanwege het feit dat de fossiele vis met het embryo als een echte 'moeder’ moet worden beschouwd, is het (nieuwe) geslacht waartoe zij behoort Materpiscis (moedervis) genoemd; de soortnaam (attenboroughi) is gekozen ter ere van Sir David Attenborough. Toen het levendbarende karakter van deze vissoort duidelijk was geworden, heeft Kate Trinajstic (van de Universiteit van West-Australië) andere Placodermi uit de museumcollectie in Perth op dezelfde wijze onderzocht. Daarbij vond ze drie embryo’s in een volwassen exemplaar van Austroptyctodus. Een en ander wijst erop dat het heel goed mogelijk is dat alle pantservissen levendbarend waren. Waarom een dergelijke voortplantingswijze zich zo vroeg in de evolutie van de gewervelde dieren ontwikkelde, is niet duidelijk. De onderzoekers hopen echter dat nieuwe onderzoek van de uitgebreide collectie pantservissen op de Australian National Universty met behulp van de bijzondere 3-dimensionale scanner meer licht zal werpen op de talrijke aspecten van deze vissen, waarover nog steeds relatief weinig bekend is.


Reconstructie van Materpiscis attenboroughi

Referenties:

• Long, J.A., Trinajstic, K., Young G.C. & Senden, T., 2008. Live birth in the Devonian period. Nature 453, p. 650-652

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Gavin Young, Victoria Museum, Melbourne (Australië).

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl