NGV-Geonieuws 150

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 941 Twee extreem snelle temperatuurstijgingen binnen 400 jaar
• 942 Herkomst en ouderdom van Amerikaanse reuzenduinen vastgesteld
• 943 Mantelpluim onderliggende oorzaak van grootste massauitsterving
• 944 Andes kwam plotseling snel omhoog
• 945 Verenpracht van fossiele vogels wordt duidelijker
• 946 Boring in Eocene inslagkrater onthult rekolonisatie door microorganismen
• 947 Complex netwerk van magmakamers onder IJsland
• 948 Enkele steen bewijst verbinding tussen Noord-Amerika en Antarctica
• 949 Lelies zorgen voor overstroming
• 950 Temperatuur minder belangrijk dan sneeuwval voor hoogte van ijskap op Antarctica

  << Vorige uitgave: 149 | Volgende uitgave: 151 >>

941 Twee extreem snelle temperatuurstijgingen binnen 400 jaar Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het einde van de laatste ijstijd werd - uiteraard - gekenmerkt door een stijging van de temperatuur. Dat ging niet overal op aarde even snel, en de temperatuurstijging was uiteraard ook niet overal gelijk. Door onderzoek op tal van plaatsen op aarde is echter steeds meer duidelijkheid ontstaan over de klimaatveranderingen die toen optraden. Daarbij bleek onder meer dat de ijskappen op Antarctica en Groenland een uiterst waardevol archief vormen, omdat de ouderdom van de afzonderlijke 'jaarlagen¡¦ in het ijs is vast te stellen, en omdat de in het ijs opgesloten luchtbelletjes - via onder meer isotopenverhoudingen en het voorkomen van diverse gasvormige verbindingen zoals CO² en CH⁴ - een beeld opleveren van de destijds heersende temperatuur. Zo kan de verandering van de temperatuur in de loop der tijd worden bepaald.


De locatie van boring GRIP2 op Groenland

Uit de kernen van boringen in dat ijs, zowel op Groenland als op Antarctica, bleek ca. 10 jaar geleden dat de opwarming aan het einde van de Jonge Dryas (11.710 jaar geleden), het laatste tijdsinterval van het Pleistoceen, zeer snel moet zijn gegaan. Dacht men aanvankelijk dat het ging om een stijging van enkele graden binnen een paar eeuw, inmiddels is komen vast te staan dat de temperatuur op Groenland toen binnen slechts enkele decennia steeg met niet minder dan 8 °C (plus of min 2,5 °C. Die temperatuurstijging was dus van een geheel andere orde dan die van de 20e eeuw (waarvan wel wordt beweerd dat de temperatuur, als gevolg van menselijk handelen, nooit eerder zo sterk steeg), toen de temperatuur met 0,5-1,0 °C toenam. Aan het eind van de Jonge Dryas vond dus echt een grote, abrupte klimaatverandering plaats.

Een boorkern van GRIP2 wordt uit zijn 'mantel' gehaald (foto Kendrick Taylor, University of Nevada, Reno)

Boorkern van GRIP2 (foto Marck Twickler, University of New Hampshire)

Intussen gaat het onderzoek van 'fossiel¡¦ ijs steeds verder, en ook met steeds nauwkeuriger apparatuur. Daardoor kunnen ook relatief kleine temperatuurschommelingen worden vastgesteld. Zo blijkt uit een kern van de boring GRIP2 op Groenland binnen het onderzochte deel dat een tijdsbestek beslaat van 1000 jaar (11.860-10.860 jaar geleden), dat maar liefst 4 duidelijke, plotselinge temperatuurveranderingen optraden. Twee daarvan zijn relatief bescheiden (onder andere de al eerder bekende zogeheten Preboreale Oscillatie die van 11.460-11.330 jaar geleden optrad en die een koude interruptie was van de langzame temperatuurstijging ervoor); de derde is de abrupte temperatuurstijging aan het einde van de Jonge Dryas. De vierde betreft de temperatuurstijging aan het einde van de Preboreale Oscillatie. Daarvan was wel bekend dat toen een duidelijke temperatuurstijging optrad, maar tot nu toe was onduidelijk hoeveel de temperatuur steeg en hoe snel dat gebeurde. De gegevens uit de kern van de boring GRIP2 brengen daarin nu duidelijkheid.

Opslagruimte voor de boorkernen van GRIP2

Bij de boring GRIP2 betrokken onderzoekers met onder andere Takuro Kobashi (tweede van links) en Jeffrey Severinghaus (derde van links)

De uitkomst van het nieuwe onderzoek is opzienbarend. Weliswaar was de stijging minder groot dan aan het einde van de Jonge Dryas (namelijk 4 °C plus of min 1,5 °C, maar dat gebeurde binnen slechts enkele jaren! Na deze extreem abrupte temperatuurstijging bleven verdere echt grote schommelingen uit. Daarom zou mogelijk het einde van de Preboreale Oscillatie nog een betere grens tussen Pleistoceen en Holoceen vormen dan het einde van de Jonge Dryas, hoewel toen de temperatuurstijging groter was.


De extreme temperatuurstijgingen aan het einde van de Jonge Dryas (links)
en het einde van de Preboreale Oscillatie (die grijs is aangegeven)

Referenties:

• Kobashi, T., Severinghaus, J.P. & Barnola, J.-M., 2008. 4 ¡Ó 1.5 ƒµC abrupt warming 11,270 yr ago identified from trapped air in Greenland ice. Earth and Planetary Science Letters 268, p. 397-407.

942 Herkomst en ouderdom van Amerikaanse reuzenduinen vastgesteld Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Op de grens van de Amerikaanse staten Colorado en New Mexico liggen, aan de voet van een gebergte en ver verwijderd van de kust, duinen die gezamenlijk een grote oppervlakte beslaan. De duinen zijn, behalve langs de randen van het gebied, onbegroeid en de wind heeft er vrij spel. Tal van duinvormen komen er tot ontwikkeling, en ze veranderen voortdurend van vorm. De hoogste duinen bereiken een hoogte van ca. 200 m. Schattingen voor de hoogte van de duinen in het verleden variëren van 183 tot 244 m; de hoogste duinen nu zijn omstreeks 230 m hoog, maar binnen enkele dagen kunnen de hoogtes van de duinen door de voortdurende windactiviteit met enkele meters toe- of afnemen. Het gebied waarin de duinen minimaal 20 m hoog zijn bedraagt momenteel 72 km², maar een gebied van nog eens 553 km² is met dunnere massa’s eolisch zand bedekt. Het totale volume van het duingebied wordt geschat op omstreeks 13 miljard m³ (wat een gemiddelde dikte van 140-188 m betekent) en het volume van het eolische zand eromheen is nog eens zo’n 2-5 miljard m³.


Uitzicht op de Great Sand Dunes

Dit merkwaardige gebied, dat bescherming geniet (maar wel toegankelijk is) als National Park en dat bekend staat als de Great Sand Dunes (Grote Zandduinen), heeft tal van geologen en geomorfologen voor raadsels gesteld die maar moeilijk konden worden opgelost. Zo waren er bijv. wel veel hypotheses omtrent de oorsprong en de ouderdom van de duinen, maar geen daarvan was onomstreden. Een uitgebreid onderzoek door medewerkers van de Geologische Dienst van de Verenigde Staten heeft nu een aantal resultaten opgeleverd waarmee de vragen over oorsprong en ouderdom lijken te kunnen worden beantwoord.


Ligging van de Great Sand Dunes

Om meer duidelijkheid te krijgen over de geologische context waarin de duinen tot ontwikkeling konden komen, hebben de onderzoekers een gedetailleerde kartering uitgevoerd van een gebied dat zich tot enkele tientallen kilometers naar het noorden, zuiden en westen van de Great Sand Dunes uitstrekt. Tevens werden gegevens geanalyseerd van 178 boringen van meestal 20-45 m diep. De ouderdom van de aan of nabij het oppervlak gelegen lagen werd bepaald met C-14 en met OSL (optically stimulated luminescence: een techniek waarmee kan worden vastgesteld wanneer een korrel voor het laatst aan zonlicht was blootgesteld). Van zirkoonkristallen werd de ouderdom radiometrisch bepaald om te kunnen vaststellen uit welke gesteenten in de omgeving ze afkomstig zouden zijn.


Alluvium in de vlakte nabij de Great Sand Dunes

Uit dit onderzoek blijkt dat de herkomst van het zand een laaggelegen gebied zonder afwatering is, iets ten noorden van de Rio Grande. Eerder werd aangenomen dat het zand afkomstig zou zijn van de vlakte waardoor de Rio Grande stroomt, en die aan het einde van het Pleistoceen vaak droog stond (door wisselende hoeveelheden smeltwater per seizoen) en waarop de wind vrij spel had (door gebrek aan begroeiing wegens de lage temperaturen). In die depressie was veel zand aanwezig dat werd aangevoerd door rivieren vanuit de Sangre de Cristo Mountains (het Bloed van Christus Gebergte) in het oosten, maar vooral vanuit de San Juan Mountains (het Sint Johannes Gebergte) in het westen. Een vraag die overigens nog niet kan worden beantwoord is hoe het mogelijk is dat zulke enorme hoeveelheden zand door de wind konden worden vervoerd. Het zand is namelijk merendeels niet zeer fijn, en het totale volume van de Great Sand Dunes is immers ontzagwekkend.

Tevens blijkt uit het onderzoek dat de duinen niet ontstonden in het Laat-Pleistoceen, maar dat ze ouder moeten zijn. De precieze ouderdom is niet vast te stellen, maar het duinzand moet zijn vrijgekomen nadat een groot glaciaal meer (Lake Alamosa) ongeveer 440.000 jaar geleden leegliep, maar voordat de stroomrichting van rivieren die afkomstig zijn van de westkant van de Sangre de Cristo Mountains omstreeks 130.000 jaar geleden werd omgebogen doordat zich al duinen aan de voet van het gebergte begonnen te vormen.

Referenties:

• Madole, R.F., Romig, J.H., Aleinikoff, J.N., VanSistine, D.P. & Yacob, E.Y., 2008. On the origin and age of the Great Sand Dunes, Colorado. Geomorphology 99, p. 99-119.

Foto’s uit het aangehaalde artikel.

943 Mantelpluim onderliggende oorzaak van grootste massauitsterving Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De grootste massauitsterving van de aardgeschiedenis vond ongeveer 251 miljoen jaar geleden plaats en kenmerkt de grens tussen Perm en Trias, dus ook tussen Paleozoïcum en Mesozoïcum. Over de oorzaak van de massauitsterving zijn tal van hypotheses opgesteld; het meest waarschijnlijk is dat een aantal extreme situaties in de tijd samenviel, en dat die gezamenlijk een milieu veroorzaakten waarin slechts weinig plant- en diergroepen konden overleven. Een van de factoren was waarschijnlijk het uitvloeien van onvoorstelbaar grote hoeveelheden basaltische lava in Siberië, maar de op de P/T-grens optredende grote veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer en het zeewater kunnen daar niet alle mee worden verklaard. Zo wijst de isotopenverhouding van koolstof in fossielen en kalkafzettingen erop dat er ten tijde van de overgang van Perm naar Trias een grote hoeveelheid 'fossiele’ koolstof moet zijn vrijgekomen; die zou afkomstig kunnen zijn van methaangas dat vrijkwam door het uiteenvallen van gashydraten in de zeebodem en/of periglaciale gebieden. Maar naar alle waarschijnlijkheid zijn er meer uitzonderlijke processen aan de gang geweest. Het lijkt er bijvoorbeeld op dat de vorming van kalksteen in zee meer weg had van de vorming in het Precambrium (door microorganismen) dan door de organismen (koralen, sponzen, etc.) die in het Paleozoïcum kalksteen opbouwden.


Schema van een mantelpluim (rood), die opstijgt van af de grens
tussen aardkern (zwart) en aardmantel (geel) (niet op schaal)

De veelheid van bijzondere omstandigheden heeft al vaker geleid tot de overweging dat er mogelijk een achterliggende oorzaak moet zijn, en daarbij is onder meer het optreden van een grote mantelpluim verondersteld. Een mantelpluim is een hoeveelheid magma die, vaak vanaf de onderzijde van de aardmantel, opstijgt en doordringt in de aardkorst. Voor het optreden van zo’n mantelpluim omstreeks de P/T-grens waren echter nooit duidelijke aanwijzingen gevonden. Een team van Amerikaanse en Iraanse onderzoekers heeft nu echter, op basis van veldonderzoek in Iran en China, een model opgesteld waarin alle verschijnselen een logische plaats hebben, en waarin inderdaad een mantelpluim de uiteindelijke oorzaak is van alle gebeurtenissen die de grootste massauitsterving op aarde veroorzaakten.


De eilanden van Hawaiï danken hun bestaan aan een mantelpluim
die vanaf de diepzeebodem hoge vulkanen heeft doen ontstaan
(figuur United States Geological Survey)

Volgens de onderzoekers veroorzaakten de intrusies vanuit de opstijgende mantelpluim in de gesteenten op het continentaal plat het uiteenvallen van gashydraten in de zeebodem. Daardoor kwam veel methaangas (CH₄) in het zeewater terecht. Geringere hoeveelheden methaan kwamen in het zeewater terecht door het versneld 'verkolen’ van organische stoffen in de bodemsedimenten en doordat de intrusies gas en olie uit reservoirgesteenten vrijmaakten via breukvorming. Door de zuurstof in het zeewater werd het overgrote deel van het methaan omgezet in koolzuurgas (CO₂), waarbij dit CO₂ een andere isotopensamenstelling had dan het atmosferische CO₂, omdat het voor een zeer groot deel uit fossiele’ koolstof bestond. Dit verklaart de afwijkende isotopenverhouding van zowel kalkhoudende gesteenten als fossielen uit die tijd. Beide zijn echter relatief schaars, want het vele opgeloste CO₂ leidde tot verzuring van het zeewater waardoor kalkgesteenten op het continentaal plat werden opgelost. Dat verklaart waarom mariene sedimenten op de P/T-grens voornamelijk uit siliciklastische gesteenten bestaan.

Het zeewater gaf geleidelijk steeds meer CO₂ en CH₄ af aan de atmosfeer. Beide zijn broeikasgassen (CH₄ veel meer dan CO₂), wat de sterke wereldwijde temperatuurstijging op het eind van het Perm verklaart. Deze opwarming leidde er toe dat in de polaire gebieden de in de permafrost aanwezige gashydraten ook uiteenvielen, waardoor nog meer methaan in de atmosfeer terechtkwam, waardoor uiteindelijk een 'Permisch inferno’ ontstond. Tegelijk kwamen er ook nog eens veel gassen vrij door de uitvloeiing van de enorme basaltmassa’s in Siberië. Ook op het land leidde dit in planten en carbonaten (onder meer in de vorm van caliches: kalkkorsten die bij bodemvorming kunnen ontstaan) tot afwijkende waarden voor de verhouding tussen de koolstofisotopen. Al deze ontwikkelingen zorgden voor zodanige veranderingen van het milieu, zowel op land als in de zee, dat de ecosystemen volledig van slag raakten en dat slechts weinig plant- en diergroepen konden overleven. Op het land speelde daarbij zure regen waarschijnlijk een belangrijke rol.


Model voor de gevolgen van de mantelpluim op de P/T-grens
(figuur uit het aangehaalde artikel

Toen de mantelpluim niet verder meer steeg en geleidelijk afkoelde gedurende het Vroeg-Trias, kwam er een eind aan de vrijzetting van methaangas, en stopten ook de basaltuitvloeiingen. Aanvankelijk kregen vooral primitieve organismen weer een kans; dat verklaart waarom toen 'primitieve’ kalksteenpakketten op de zeebodem werden afgezet. Het hele gebeuren, vanaf het opstijgen van de mantelpluim tot het herstel van de biosfeer moet volgens de onderzoekers zeker tweemiljoen jaar hebben geduurd.

Referenties:

• Heydari, E., Arzani, N. & Hassanzadeh, J., 2008. Mantle plume: the invisible serial killer - application to the Permian-Triassic boundary mass extinction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 264, p. 147-162.

944 Andes kwam plotseling snel omhoog Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Gebergten komen langzaam omhoog door plooiing en breukvorming in de bovenste aardkorst. Dat is althans de gangbare mening, die onder meer is gestoeld op wat we weten over schollentektoniek. Onderzoek van de Andes, waarvan eerder werd gedacht dat die in ca. 40 miljoen jaar was ontstaan, toont echter aan dat die mening moet worden herzien. Het blijkt dat het gebergte een plotselinge sterke groei vertoonde.


De Corque syncline op de Altiplano, een hoogvlakte in de Andes op ca. 3800 m, met gesteenten van 10-5 miljoen jaar oud.

Het onderzoek was niet op traditionele methoden gestoeld, maar op nieuwe technieken. Daarmee is het mogelijk om te meten hoe neerslag en oppervlaktetemperatuur door de loop der tijd de chemische samenstelling van de bodem hebben beïnvloed. Dergelijk onderzoek werd uitgevoerd in enkele hooggelegen bekkens van het gebergte. Op basis van de metingen kon het onderzoeksteam vaststellen op welke hoogte de sedimenten in deze bekkens oorspronkelijk zijn afgezet. Daarbij bleek dat de Andes inderdaad gedurende enkele tientallen miljoen jaren langzaam was opgerezen, maar dat er tussen 10 en 6 miljoen jaar geleden een plotselinge versnelling in de stijging optrad.


De Salla Formatie in de oostelijke Andes met 28-26 miljoen jaar oude gesteenten

Een parallel onderzoek van een promovendus van onderzoekleidster Carmalia Garzione toont overigens aan dat niet alleen de gebergteketen zelf maar een veel groter gebied (van meer dan 500 km breed) aan deze 'groeispurt’ meedeed, zij het dat de plotselinge versnelling van de stijging van dit gebied minder dramatisch was dan de groei van het gebergte zelf. Niettemin leidde de stijging van dit aangrenzende gebied tot een sterke insnijding door rivieren; de achterwaartse erosie die hiervan het gevolg was resulteerde ook in diepe dalen in de flanken van de Andes.


Onderzoekleidster Carmala Carzione in de Andes

De ontdekking van de 'groeispurt’ kan niet volledig verklaard worden op basis van de huidige theorie van de schollentektoniek. Aan die theorie moet daarom volgens de onderzoekers een nieuw aspect worden toegevoegd, dat zij omschrijven als 'delaminatie’. Dat is overigens geen opzienbarende uitspraak, want er wordt al tientallen jaren over een dergelijk proces gedebatteerd. Er waren namelijk al eerder (minder sterke) aanwijzingen voor, maar in de huidige modellen van gebergtevorming kan dit proces niet goed worden ingepast. De huidige theorie gaat ervan uit dat bij de botsing tussen een continentale en een oceanische aardschol plooiing van de continentale korst optreedt (waardoor een gebergte wordt opgestuwd), en dat tegelijkertijd onder het gebergte en soort 'wortel’ (ook van continentale korst) wordt gevormd, min of meer als spiegelbeeld van het gebergte. Deze wortel zou volgens de gangbare theorieën door convectiestromingen in de aardmantel geleidelijk worden geërodeerd, waardoor het lichte materiaal van de korst vervangen wordt door zwaarder mantelmateriaal, wat een geleidelijke verdere stijging van het gebergte veroorzaakt. De delaminatietheorie stelt daarentegen dat de wortel van het gebergte opwarmt, op een gegeven ogenblik afbreekt en dan in de mantel wegzakt. Dat afbreken is een plotseling proces, waardoor de plotseling versnelde stijging van het gebergte zou worden verklaard. De Andes zou hierdoor volgens de onderzoekers binnen 4 miljoen jaar maar liefst 2 km hoger zijn geworden.bij Altiplano: De Corque syncline op de Altiplano, een hoogvlakte in de Andes op ca. 3800 m, met gesteenten van 10-5 miljoen jaar oud.

Referenties:

• Garzione, C.N., Hoke, G.D., Libarkin, J.C., Withers, S., MacFadden, B., Eiler, J., Ghosh, P. & Mulch, A., 2008. Rise of the Andes. Science 320, p. 1304-1307.
  
• Kerr, R.A., 2008. The Andes popped up by losing their deep-seated rocky load. Science 320, p. 1275.

Foto’s uit het veld welwillend ter beschikking gesteld door Carmala Garzione, Department of Earth and Environmental Sciences, University of Rochester, Rochester, NY (Verenigde Staten van Amerika); foto van Carmala Carzione: University of Rochester.

945 Verenpracht van fossiele vogels wordt duidelijker Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De veren van fossiele vogels bevatten soms enig organisch materiaal. Dat is tot nu toe beschouwd als de resten van bacteriën die bij het vergaan van de afgestorven vogel een rol hebben gespeeld. Onderzoek met een scanning electron microscoop van een aantal veren van een vogel uit het Vroeg-Krijt heeft echter een ander - en opwindend - beeld opgeleverd. Het blijkt namelijk dat het organische materiaal op de veren bestaat uit zogeheten melanosomen; dat zijn langgerekte orgaantjes die een pigment bevatten.


Fossiele vogel uit het Eoceen van Denemarken met veren en een als organisch vliesje gefossiliseerd oog

Het opvallende hierbij is dat de 'igmentlichaampjes’ alleen blijken voor te komen op die delen van de veren die als donkere banden zichtbaar zijn. Die donkere banden wisselen af met lichtgekleurde banden (deze afwisseling kent haast iedereen uit de veren van diverse roofvogels), en deze lichtgekleurde banden blijken geen melanosomen te bevatten. Vergelijking van deze gegevens met de (ook gebande) veren van een recente specht keerden de onderzoekers dat bij de specht eenzelfde patroon optreedt.


Kleurstrepen in een veer van de vogel uit het Krijt (links) en van een recente specht (rechts)

De onderzochte fossiele veren behoren toe aan een vogel die ca. 100 miljoen jaar geleden in het huidige Brazilië moet hebben geleefd. Dat de veren van deze fossiele vogel niet een toevallige gelijkenis met recente vogels vertonen wat betreft het voorkomen van melanosomen, blijkt uit een onderzoek dat de wetenschappers verrichten aan een andere fossiele vogel, die zo’n 5 miljoen jaar geleden (Eoceen) in het huidige Denemarken rondvloog. Rondom de schedel vertoont dat fossiel eveneens veren waarop een banding te zien is, en waarop de melanosomen eveneens alleen voorkomen op de donkere banden. Die Eocene vogel bevatte echter ook nog een dun vliesje waar zijn ogen hebben gezeten, en dat vliesje bevat organisch materiaal waarin eveneens melanosomen werden aangetroffen. Die hadden dezelfde karakteristieken als de melanosomen die bij recente vogels verantwoordelijk zijn voor de kleur van de ogen.


Scanning Electron Microscope (SEM) opnames van donkere en lichte strepen in de veren van de fossiele vogel en een recente soort. De donkere banden bevatten melasonomen (langgerekte orgaantjes die een pigment bevatten), de lichte banden niet


De relatie tussen de donkere en lichte banden enerzijds en de aanwezigheid van melasonomen anderzijds (fossiel links, recent rechts).

Op basis van deze bevindingen verwachten de onderzoekers dat meer gericht onderzoek van fossielen meer organisch materiaal met melanosomen zal aantonen. Daarbij denken ze onder meer aan haren uit de vacht van fossiele zoogdieren en aan de huid van dinosauriërs. Omdat de diverse kleuren het resultaat zijn van pigmenten die in iets verschillende melanosomen zitten, achten de onderzoekers de kans groot dat het op den duur mogelijk zal worden om van tal van fossiele soorten vast te stellen welke kleur (of welke kleuren) ze hadden. Daarmee zou dan een eind komen aan de thans vrijwel volledig op fantasie berustende kleuren waarmee fossiele dieren worden afgebeeld.


Onderzoeksleider Jacob Vinther

Referenties:

• Vinther, J., Briggs, D.E.G., Prum, R.O. & Saranathan, V., 2008. The colour of fossil feathers. Biology Letters (July 9, 2008), doi:10.1098/rsbl.2008.0302, 4 blz.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Jakob Vinther, Department of Geology and Geophysics, Yale University, New Haven, CT (Verenigde Staten van Amerika).

946 Boring in Eocene inslagkrater onthult rekolonisatie door microorganismen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Zo’n 35,4 miljoen jaar geleden (Laat-Eoceen) sloeg wat nu de Amerikaanse staat Virginia is, een meteoriet (of komeet) in van ongeveer 2 km in doorsnede. Het gebied was destijds overigens bedekt door een zee van ongeveer 200 m diep. De inslag veroorzaakte een 35-40 km grote krater (met daaromheen een sterk verstoorde zone, zodat de hele structuur een doorsnede heeft van 85-90 km. De inslag is waarschijnlijk medeverantwoordelijk voor de huidige kustvorm (Chesapeake Bay). De inslagkrater is weliswaar begraven onder honderden meters jongere sedimenten, maar er is niettemin veel onderzoek aan gedaan, vooral seismisch. In 2007 is echter begonnen met een boorproject op ongeveer 9 km van het centrum van de krater, en daarvan zijn nu de resultaten bekend geworden.


3-D reconstructie van de inslagkrater in Chesapeake Bay

Bij de inslag verdampte het ingeslagen object. De daarbij vrijkomende hitte moet tot ruim 150 km in de omtrek duidelijk merkbaar zijn geweest. Hoewel het dus ging om een catastrofale gebeurtenis, waarbij de inslagkrater maar liefst zo’n 7 km diep moet zijn geweest, is de doorsnede van de krater veel groter dan bij de inslag van een dergelijk object zou mogen worden verwacht. Een en ander wordt nu verklaard doordat de steile wanden van de inslagkrater niet stabiel waren (de bij de inslag vrijkomende schokgolven hebben het gesteente verbrokkeld zodat een breccie ontstond - en de hitte heeft een deel daarvan verglaasd), waardoor de oorspronkelijk 'slechts’ 20 km grote inslagkrater zich steeds verder verbreedde tot zijn huidige omvang. Bij dat afbrokkelingproces moet een diepgelegen holte zijn ontstaan, die uiteraard werd opgevuld met water uit de zee die destijds ter plaatse bestond. Die holte is nu aangeboord, en het blijkt dat het water daarin tweemaal zo zout is als gewoon zeewater. Hoe ver de met zulk zout water gevulde holte zich uitstrekt, is niet goed bekend, maar gevreesd wordt nu dat het zoute water kan binnendringen in lagen met zoet water wanneer daaruit te veel drinkwater wordt gewonnen.


De boring in de inslagkrater

Naast dat praktische resultaat van de boring is er echter ook een wetenschappelijk zeer interessante uitkomst. Het blijkt dat de binnenwanden van de krater, toen het water na de inslag eenmaal voldoende was afgekoeld, al gauw werd gerekoloniseerd door microorganismen die afkomstig waren van afbrokkelende stukken gesteente uit de kraterwand. Aanvankelijk moeten alle microorganismen namelijk zijn afgestorven, want de temperatuur van het water moet bij de inslag zeker 120 °C zijn geweest.


Boorkernen uit de inslagkrater, met door de inslag veroorzaakte breccies en deels verglaasd materiaal

De microben die de binnenzijde van de krater rekoloniseerden moeten daar een bijzondere leefomgeving hebben aangetroffen. Waar de omgeving zeer zout is, zijn ze niet terug te vinden, maar op andere plaatsen komen ze juist tien- tot honderdmaal zo vaak voor als elders in zee op dezelfde diepte. De onderzoekers menen dat de voortdurende aanvoer van nieuw voedsel door de afbrokkelende kraterwand daarvoor verantwoordelijk zou kunnen zijn.


Doorsnede door de inslagkrater

Deze bevinding zou ook gevolgen kunnen hebben voor het huidige onderzoek naar leven op Mars. Volgens deskundigen bewijst de rekolonisatie van de inslagkrater in Chesapeake Bay dat het zeer goed mogelijk is dat microben in de ondergrond van Mars een leefbare omgeving hebben gevonden, vooral omdat Mars in zijn vroege geschiedenis ook tal van zeeën heeft gekend waarin grote inslagen plaatsvonden.

Referenties:

• Gohn, G.S., Koeberl, C., Miller, K.G., Reimold, W.U., Browning, J.V., Cockell, C.S., Horton Jr., J.W., Kenkmann, T., Kulpecz, A.A., Powars, D.S., Sanford, W.E. & Voytek, M.A., 2008. Deep drilling into the Chesapeake Bay impact structure. Science 320, p. 1740-1745.

Foto’s van de boring en de boorkern (gemaakt door D.S. Powars, USGS) welwillend ter beschikking gesteld door Greg Gohn, US Geological Survey, Reston, VA (Verenigde Staten van Amerika; twee overige figuren: C. Wylie Poag, United States Geological Survey.

947 Complex netwerk van magmakamers onder IJsland Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De ondergrond van IJslandse vulkanen blijkt veel ingewikkelder dan tot nu toe werd gedacht. Er blijkt een complex netwerk van magmakamers aanwezig te zijn. Dat blijkt uit wat beschouwd zou kunnen worden als een 'ondergrondse kartering’. Die werd uitgevoerd omdat een betere kennis van de ondergrond van vulkanen kan helpen om het optreden van vulkanische uitbarstingen en daarmee samenhangende aardbevingen beter te begrijpen - en wellicht ook te voorspellen.


Uitbarstingen van de Askja resulteerden in de kleine Víti krater (voorgrond) en het grote Öskjuvatn-meer

De aard van vulkanische uitbarstingen hangt voor een belangrijk deel af van de chemische samenstelling van het magma in de magmakamer(s) onder de vulkaan. Van die chemische samenstelling hangt namelijk niet alleen de mate van vloeibaarheid van uitstromend lava af, maar ook de hoeveelheid en de samenstelling van de gassen die daarbij vrijkomen.

Uit het op IJsland uitgevoerde onderzoek blijkt onder meer dat toekomstige uitbarstingen op IJsland waarschijnlijk explosief zullen zijn, waarbij stollende brokstukken (vulkanische bommen en as) tot hoog in de atmosfeer zullen worden geblazen. Die voorspelling is gebaseerd op de waarneming dat het magma onder de vulkanen snel naar het aardoppervlak kan worden opgestuwd. Bij dat proces zullen ook veel gasvormige zwavelverbindingen vrijkomen, die - net als de as - op grote hoogte in de atmosfeer over de hele aardbol zullen worden verspreid.


Een gestolde lavastroom uit 1920 aan de oever van het Öskjuvatn-meer

Mede vanwege het waarschijnlijk explosieve karakter van toekomstige aardbevingen wilden de onderzoekers ook weten wat de kans op een dergelijke uitbarsting is. Maar het ging hun niet alleen om de mogelijk verwoestende uitwerking die zo’n eruptie zelf lokaal op IJsland zou kunnen hebben, maar ook om de mogelijke gevolgen voor de rest van de wereld, in het bijzonder wat betreft het klimaat (als gevolg van de uitstoot van grote hoeveelheden broeikasgassen die zouden kunnen bijdragen aan een temperatuurstijging, en van zwavelverbindingen die voor zure regen zou kunnen zorgen). Eerdere uitbarstingen op IJsland (maar ook elders) hebben immers dergelijke wereldwijd voelbare gevolgen gehad. De uitbarsting in 1816 van de vulkaan Tambora in Indonesië is daarvan wellicht het meest aansprekende voorbeeld. Het jaar 1816 werd door die uitbarsting zelfs bekend als het 'jaar zonder zomer’, doordat de gassen en as het zonlicht in zo grote mate terugkaatsten dat de temperatuur daalde, oogsten mislukten, op tal van plaatsen hongersnood optrad, en duizenden als gevolg daarvan overleden. In 1783 had een vergelijkbare uitbarsting op IJsland soortgelijke gevolgen.


Öskjuvatn, het grote meer dat door de uitbarsting van de Askja ontstond

De resultaten van de studie zijn vooral gebaseerd op analyses van basaltisch glas. Dat glas, dat aan het aardoppervlak in de omgeving van 28 vulkanen werd verzameld, maakte het onder meer mogelijk om te berekenen onder welke druk dat glas ontstond. Daarnaast werden zo’n 500 glasmonsters geanalyseerd die door andere onderzoekers op IJsland waren verzameld. Dit leverde veel nauwkeuriger gegevens op over de magmakamers dan eerder werden verkregen met seismisch onderzoek en satellietwaarnemingen. Zo bleek onder meer dat het magma in diepe magmakamers veel heter is dan eerder werd aangenomen, tot wel 400 °C. Die magmakamers komen voor tot zo’n 35 km diep, en veel vulkanen liggen boven diverse - boven elkaar liggende - magmakamers.


Onderzoeker Daniel Kelley

Aan de onderzijde van de aardkorst onder iedere vulkaan moeten, zoals de onderzoekers concluderen, complexe patronen van magmakamers bestaan, van waaruit magma doordringt in spleten die in de aardkorst bestaan en die door die intrusies worden verwijd. Op termijn dringt zo magma tot aan het aardoppervlak door, waar dat een vulkaan ontstaat (of opnieuw actief wordt).

Referenties:

• Kelley, D.F. & Barton, M., 2008. Pressures of crystallization of Icelandic magmas. Journal of Petrology 49, p. 465-492.

Foto’s: Ohio State University.

948 Enkele steen bewijst verbinding tussen Noord-Amerika en Antarctica Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Dat Noord-Amerika en Antarctica ooit aan elkaar hebben gezeten, lijkt op het eerste gezicht weinig waarschijnlijk, maar de vondst van een steen op een gletsjer in het Transantarctisch Gebergte moet wel tot die conclusie leiden. Een en ander moet het geval zijn geweest toen de huidige continenten aan elkaar vast zaten en een supercontinent vormden. Niet het laatste supercontinent overigens (waarin bijv. Zuid-Amerika en Afrika uiteendreven), maar een eerder supercontinent dat van ongeveer 1,1 miljard tot 750 miljoen jaar geleden bestond, en dat Rodinia wordt genoemd.

Net zoals dat later met het supercontinent Pangea zou gebeuren, werd Rodinia geleidelijk weer in aparte continenten opgesplitst door continentverschuivingen die plaatsvonden onder invloed van convectiestromingen in de buitenste aardmantel. Juist omdat er na het opsplitsen van Rodinia nog zoveel bewegingen plaatsvonden, waarbij continenten uiteen dreven, weer bijeenkwamen en zich vervolgens opnieuw - in andere vormen - opsplitsten, is het nog verre van duidelijk hoe de huidige continenten ten opzichte van elkaar lagen in het supercontinent Rodinia.


Het Transantarctisch Gebergte waar het stukje graniet werd gevonden

Al eerder waren er aanwijzingen dat omstreeks 600-800 miljoen jaar geleden een stuk afbrak van Rodinia. Dat stuk zou zijn afgebroken van een gebied dat nu het zuidwesten van Noord-Amerika vormt, en het afgebroken stuk zou zich later weer hebben opgedeeld in twee fragmenten, die nu respectievelijk Oost-Antarctica en Australië vormen. Voor die hypothese was echter nooit een tastbaar bewijs gevonden.

Dat bewijs is er nu wel, in de vorm van een steen (bestaande uit graniet). Een bewijs dat overigens niet werd gezocht, want de onderzoekers die de steen vonden waren naar heel andere gegevens op zoek: ze verzamelden stenen op gletsjer in het Transantarctisch Gebergte. Omdat die door de gletsjers uit de ondergrond moeten zijn geërodeerd, hoopten ze aanwijzingen te krijgen over de geologie van de ondergrond ter plaatse, die vanwege de omstreeks drie kilometer dikke ijskap niet direct te bestuderen is.


John Goodge en een collega verzamelen stenen op een gletsjer

Pas toen de verzamelde stenen later werden geanalyseerd, bleek er een stukje graniet bij te zitten met een opvallend grove textuur. Die steen werd vervolgens zowel chemisch onderzocht als op zijn isotopenverhoudingen geanalyseerd. Daarbij bleek dat de steen overeenkwam met graniet uit een uitzonderlijke band van stollingsgesteenten die van het huidige California, via New Mexico, Kansas, Illinois doorloopt tot New Brunswick en Newfoundland in Canada. Van die gordel is bekend dat hij deel uitmaakte van Laurentia, een van de zeer grote continenten die voortkwamen uit Rodinia.

Omdat het bijzondere graniet nergens anders ter wereld voorkomt, kan het haast niet anders of de steen op Antarctica moet van dezelfde gesteentegordel deel hebben uitgemaakt. Daarom kan deze enkele steen worden opgevat als bewijs voor een situatie waarin Noord-Amerika direct met Antarctica was verbonden.

Referenties:

• Goodge, J.W., Vervoort, J.D., Fanning, C.M., Brecke, D.M., Farmer, G.L., Williams, I.S., Myrow, P.M. & DePaolo, D.J., 2008. A positive test of East Antarctica-Laurentia juxtaposition within the Rodinia supercontinent. Science 321, p. 235-240.

Foto’s (John Goodge / University of Minnesota-Duluth): National Science Foundation (Verenigde Staten van Amerika).

949 Lelies zorgen voor overstroming Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Rivieren kunnen door tal van oorzaken buiten hun oevers treden. Het vaakst gebeurt dat wanneer er in het stroomgebied zoveel regen is gevallen of sneeuw is gesmolten, dat het water niet langer binnen de dijken, oeverwallen of andere begrenzingen een plaats kan vinden. Het kan echter ook gebeuren doordat de waterafvoer op de een of andere wijze wordt geblokkeerd. Dat kan door een aardverschuiving na heftige regenval of als gevolg van een aardbeving, maar ook doordat een dam wordt gevormd door dierlijke activiteit (bevers) of doordat meegevoerd materiaal in elkaar verward raakt en een onlosmakelijk obstakel vormt (boomstammen). Ook kruiend ijs kan een rivier afdammen. Dat betrekkelijk kleine planten een grote rivier afdammen, is echter uitzonderlijk. Dat gebeurde echter onlangs op de Filippijnen.

De onderliggende oorzaak was de storm Fengshen die de Filippijnen van 20 tot 23 juni teisterde. Die storm zelf was al catastrofaal, met overstromingen en aardverschuivingen die ruim 1000 doden eisten. De storm had echter ook nog een ander effect, zelfs op een plaats die niet direct door de storm was getroffen. Op het eiland Mindanoa was gedurende de storm veel regen gevallen. De uitzonderlijk grote waterhoeveelheid werd, zoals altijd, via een netwerk van kleine stroompjes afgevoerd naar de Rio Grande, die in zee uitmondt. De afvoer werd echter danig belemmerd, waardoor de stad Cotabato, die bij de monding van de rivier ligt, voor ongeveer driekwart onder water kwam te staan.

De overstroming was een gevolg van een merkwaardig obstakel in de riviermonding: een enorme hoeveelheid lelies die door het snel stromende water van de oevers waren geërodeerd, en die om de een of andere reden een onontwarbare hoeveelheid planten vormden, vergelijkbaar met de velden van zeewier in de Sargassozee.


Overstroming van de Rio Grande op 8 juli 2008, hoewel de blokkade al grotendeels was verdwenen (boven); op 12 juli was de waterstand nog steeds hoog (boven).

Van de blokkade zijn geen satellietfoto’s vrijgegeven, maar met de Terrassatelliet van de NASA zijn op 12 en 17 juli opnames gemaakt die nog de sporen van de overstroming vertonen. De opnames werden gemaakt met de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), en de hier getoonde foto’s zijn een combinatie van infrarood en zichtbaar licht; daardoor wordt het contrast tussen land en water groter. Het water is donker gekleurd (zwart en donkerblauw), en het plantendek is groen. Groene kleuren in de monding van de Rio Grande laten zien dat daar tijdens de opnames nog steeds veel planten dreven. De bebouwde omgeving van Cotabato is grijs, en de wolken die karakteristiek zijn voor dit tropische gebied zijn lichtblauw en wit.

Inmiddels zijn de overstroomde gebieden langs de monding van de rivier weer drooggevallen.

Referenties:

• Anonymus, 2008. Typhoon Fengshen floods the Philippines. NASA Natural Hazards (http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/shownh.php3?img_id=14947).

Foto’s: NASA Earth Observatory.

950 Temperatuur minder belangrijk dan sneeuwval voor hoogte van ijskap op Antarctica Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Over eventuele veranderingen in de dikte van de ijskap op Antarctica doen sterk uiteenlopende verhalen de ronde. De meest gehoorde opvatting is dat de ijsmassa op Antarctica afneemt als gevolg van een doorgaande temperatuurstijging. Daarbij gaat het overigens niet in de eerste plaats om afsmelting of sublimatie van het sneeuwdek (het veranderen van sneeuw in waterdamp zonder vloeibare tussenfase), maar vooral om de toegenomen stroomsnelheid van gletsjers in het westelijke deel van Antarctica.

Dat de 'ijsrivieren’ op West-Antarctica sneller zijn gaan stromen, staat niet ter discussie. Dat leidt tot een aanzienlijke daling van het ijsoppervlak tot ver in het binnenland. Met satellietwaarnemingen is dat goed vast te stellen, maar echt nauwkeurig geven die waarnemingen niet aan wat er werkelijk aan de hand is, want de daling van het ijsoppervlak wordt voor een deel onzichtbaar gemaakt doordat er in de laatste jaren meer dan gemiddeld sneeuw is gevallen. Deze sneeuw heeft een driemaal zo geringe dichtheid als ijs, wat betekent dat het massaverlies als gevolg van de snellere stroming van de ijsrivieren groter is dan uit de satellietwaarnemingen kan worden opgemaakt.


Kabels leggen voor de meetapparatuur (bij een eerder onderzoek op Groenland)

Het sneeuwpakket dat op de Antarctische ijskap ligt is 50-100 m dik. Onder invloed van zijn eigen gewicht wordt de sneeuw naar onderen toe steeds compacter, waardoor een langzame overgang tussen sneeuw en ijs ontstaat. De tussenvorm tussen deze wordt aangeduid met de term 'firn’, en de dikte en dichtheid van deze firn is door de onderzoekers bepaald met behulp van een meteorologisch model dat werd aangepast om de Antarctische omstandigheden te simuleren. Uit dat onderzoek bleek dat variaties in de temperatuur relatief weinig invloed hebben op de dikte van de firn, maar dat afwijkingen van de gemiddelde hoeveelheid sneeuwval per jaar daar juist belangrijk voor zijn.


Onderzoeksleider Michiel Hensen

Voor het onderzoek werden weergegevens gebruikt die door het KNMI werden aangeleverd. Die gegevens gaan terug tot 1980. Hoewel de gegevens dus een periode van ruim 25 jaar beslaan, konden ze niet allemaal in gelijke mate worden gebruikt, want de satellietwaarnemingen op basis waarvan de veranderingen in het ijsoppervlak worden bepaald (en nu dus gecorrigeerd met het door de onderzoekers ontwikkelde model) gaan maar zo’n 15 jaar terug. Niettemin konden de onderzoekers concluderen dat de hoeveelheid sneeuw in de laatste jaren, die duidelijk boven het meerjarig gemiddelde ligt, op Oost-Antarctica bijdraagt aan de verhoging van het ijsoppervlak op oostelijk Antarctica zoals satellietwaarnemingen dat aangeven, terwijl in West-Antarctica de geringere sneeuwval juist bijdraagt aan een overschatting (op basis van satellietwaarnemingen) van de daling van het ijsoppervlak.

Referenties:

• Helsen, M.M., Broeke, M.R. van de, Wal, R.S.W. van de, Berg, W.J. van de, Meijgaard, E. van, Davis, C.H., Li, Y. & Goodwin, I., 2008. Elevation changes in Antarctica mainly determined by accumulation variability. Science 320, p. 1626-1628.
  
• Cuffey, K.M., 2008. A matter of firn. Science 321, p. 1596-1597.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl