NGV-Geonieuws 22

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 215 Samenstelling zeewater verandert door snelheid van vorming nieuwe oceaanbodem
• 216 Waren er pseudo-massauitstervingen?
• 217 Schollentektoniek blijkt al zeer oud
• 218 Egyptische woestijn werd op catastrofale wijze overstroomd
• 219 De evolutie van maximale lichaamsgrootte

  << Vorige uitgave: 21 | Volgende uitgave: 23 >>

215 Samenstelling zeewater verandert door snelheid van vorming nieuwe oceaanbodem Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Dat de zeeën in het geologische verleden een andere samenstelling moeten hebben gehad dan nu, leidt geen twijfel. De voortdurende aanvoer door rivieren van opgeloste verweringsproducten zorgt er immers voor dat nieuwe stoffen worden aangevoerd. Anderzijds verdwijnen er opgeloste stoffen uit het zeewater, bijv. in de vorm van kalk (als bezinkende skeletdeeltjes van afgestorven organismen, en door chemisch neerslag) en in de vorm van indampingsgesteenten (evaporieten) zoals steenzout. Voor een goed begrip van de ontwikkeling van de chemie van het zeewater, en daarmee het milieu van de in zee levende organismen, is inzicht in de vroegere samenstelling van dat water uiteraard van groot belang. Maar hoe moet je die vroegere samenstelling reconstrueren?

Geologen van de State University of New York (in Binghamton) en de Johns Hopkins University (in Baltimore) hebben daartoe de vloeistofinsluitsels onderzocht in kristallen van steenzout uit het laatste deel van het Precambrium, van ca. 544 miljoen jaar oud. Alleen al vanwege het feit dat er steenzout werd gevormd, kan worden afgeleid dat het zeewater aan sterke indamping blootstond, en dat het zeewater niet de voor die tijd 'gewone' samenstelling had; die is er echter op basis van wat we weten over evaporieten wel uit te reconstrueren. De conclusie was dat de samenstelling van het zeewater in het Precambrium een relatief hoge verhouding had tussen magnesium en calcium, en een relatief hoge concentratie van natrium.

Ook vloeistofinsluitsels van geringere ouderdom werden onderzocht. Daarbij bleek dat het zeewater ook gedurende de periode van 258-251 miljoen jaar geleden (Perm) en van 40 miljoen jaar geleden tot nu toe (Tertiair en Kwartair) een vergelijkbare samenstelling had. Aragoniet (een kristalvorm van calciumcarbonaat) en epsomiet (kristalwater bevattend magnesiumsulfaat) waren toen de meest voorkomende mineralen die in zee neersloegen. Daarentegen waren de magnesium/calcium-verhoudingen in het zeewater laag - en bevatte het zeewater ook relatief weinig natrium - gedurende de perioden van 540-520 miljoen jaar geleden (Cambrium), 440-418 miljoen jaar geleden (Siluur) en 124-94 miljoen jaar geleden (Krijt). In deze perioden werd de chemische neerslag vooral gekenmerkt door calciet (een andere vorm van calciumcarbonaat) en door kalium-, magnesium- en calciumhoudende chloriden.

De onderzoekers stellen vast dat deze variaties in de samenstelling van het zeewater rechtstreeks te koppelen zijn aan de variaties in snelheid waarmee nieuwe oceaanbodem werd gevormd vanuit de mid-oceanische ruggen. Dit betekent dat schollentektoniek in hoge mate bijdraagt aan de chemie van het zeewater.

Referenties:

• Goldstein, R.H., 2001. Clues from fluid inclusions. Science 294, p. 1009-1011.
  
• Lowenstein, T.K., Timofeef, M.N., Brennan, S.T., Hardie, L.A. & Demicco, R.V., 2001. Oscillations in Phanerozoic seawater chemistry: evidence from fluid inclusions. Science 294, p. 1086-1088.

216 Waren er pseudo-massauitstervingen? Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Van de vijf momenten in de laatste 500 miljoen jaar waarop - naar algemeen wordt aangenomen - spraken was van het massaal verdwijnen van soorten, zijn er twee mogelijk niet te wijten aan natuurlijke catastrofes. Wellicht mogen ze zelfs geen massauitstervingen worden genoemd. Eerder zou het hierbij gaan om perioden met een natuurlijk uitsterven van soorten maar een gebrek aan ontstaan van nieuwe soorten. Dat is de hypothese die Richard Bambach en Andrew Knoll (beiden van de Harvard Universiteit) naar voren brachten op de jaarlijkse bijeenkomst van de Geological Society of America die eind november in Boston plaatsvond.

Deze onderzoekers kwamen tot hun opwinding veroorzakende stelling op basis van de 'klassieke' onderzoeken (door Sepkoski) van het eerste en laatste voorkomen van talrijke fossielgroepen, waardoor een inzicht wordt verkregen in het aantal geslachten (en andere taxa) die op een bepaald moment op aarde leefden. Uit die tellingen zijn de vijf duidelijke momenten naar voren gekomen waarop de variatie in het leven op aarde plotseling dramatisch afnam, die men tot nu toe als 'massauitstervingen' heeft beschouwd. Overigens was de eerste fase van het 'duidelijke' leven zeer hectisch met voortdurend sterke fluctuaties in het aantal soorten optraden door het snel uitsterven van kennelijk onvoldoende aangepaste soorten, en het gelijktijdig optreden van nieuwe soorten die niches in het milieu konden opvullen. Bambach en Knoll beschouwen dat als 'gewone' fluctuaties en laten dat gedeelte van de aardgeschiedenis dan ook buiten beschouwing.

Tot hun verbazing vonden ze bij hun onderzoek naar de vijf grote massauitstervingen dat de tweede (in het Devoon, 364 miljoen jaar geleden) niet gekenmerkt wordt door een exceptioneel aantal uitstervende diergroepen. Hetzelfde bleek te gelden voor de vierde (in de Trias, 200 miljoen jaar geleden). Er verdwenen in beide gevallen op het moment van 'massauitsterving' nauwelijks meer geslachten dan in de perioden daarvoor en daarna. Toch nam het aantal soorten plotseling sterk af. Dat blijkt een gevolg te zijn van het feit dat er veel minder nieuwe geslachten tot ontwikkeling kwamen.

Bambach en Knoll voerden hiervoor zeer overtuigende argumenten aan en veel paleontologen hebben zich dan ook inmiddels - volgens een commentaar in het tijdschrift Science van 7 december - achter hun zienswijze geschaard, al zijn er ook (nog?) tegenstanders. Dat betekent dat er nog 'slechts' drie momenten in de aardgeschiedenis overblijven (gedurende het Ordovicium, aan het eind van het Perm, en aan het eind van het Krijt) waarin daadwerkelijk binnen korte tijd veel van de bestaande geslachten uitstierven. Vooralsnog blijft overigens onduidelijk door welke omstandigheden er geologisch gezien korte tijdsintervallen konden optreden waarin de evolutie een dramatische vermindering van het aantal nieuwe geslachten te zien gaf, waardoor het effect gelijk is aan dat van massauitstervingen.

Referenties:

• Bambach, R.K. & Knoll, A.H., 2001. Is there a separate class of 'mass' extinctions? Program and Abstracts Geological Society of America Annual Meeting (Boston, 2001), session 58.
  
• Kerr, R.A., 2001. Paring down the big five mass extinctions. Science 294, p. 2072-2073.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Twee van de vijf massauitstervingen ter discussie gesteld' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (22 december 2001).

217 Schollentektoniek blijkt al zeer oud Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De onderlinge beweging van lithosfeerschollen, die 'op hun rug' continenten meevoeren en zo verantwoordelijk zijn voor de continentverschuiving, blijkt veel ouder dan tot nu toe bekend. Amerikaanse en Chinese onderzoekers hebben namelijk een gesteentecomplex aangetroffen dat 2,5 miljard jaar oud is, en dat alle kenmerken vertoont van gesteenten die bekend staan als typische getuigen van schollentektoniek. De gesteenten, die een pakket vormen van omstreeks 50 km lang en 5-10 km breed, zouden daarmee het veruit oudste stuk zeebodem zijn dat we kennen. Het werd in China aangetroffen, ongeveer 250 km ten noordoosten van Beijing, op slechts enkele kilometers van de Chinese Muur. De aangetroffen gesteenten komen deels overeen met stollingsgesteenten die ontstaan waar magma vanuit de diepte opstijgt in de zwaktezones die ontstaan waar twee dergelijke schollen uiteendrijven; de midoceanische ruggen in de huidige oceanen vormen daarvan een voorbeeld. Andere aangetroffen gesteenten (zogeheten ofiolieten) komen juist overeen met de gesteenten die bekend zijn van plaatsen waar gebergten zich vormden doordat twee continenten op elkaar botsten.

Tot nu toe stamden de oudst bekende van deze gesteenten van omstreeks 1,9 miljard jaar geleden. De nieuwe vondst wijst erop dat het patroon van convectiestromen in de aardmantel, waarbij stukken aardkorst met de plastische bovenlaag (asthenosfeer) van de aardmantel worden meegevoerd, al vroeg in de aardgeschiedenis vergelijkbaar moet zijn geweest met de huidige situatie. Daarmee lijkt een einde te komen aan de al tientallen jaren durende discussie tussen geologen of er ook al vroeg in de aardgeschiedenis continentverschuiving is opgetreden.


LINKS J.H.LI, RECHTS T.M.KUSKY EN OP DE ACHTERGROND DE DONGWANZI OPHIOLITE

Een van de onderzoekers, Timothy Kusky, een geoloog van de Universiteit van St. Louis, merkt in een toelichting op zijn onderzoek op dat de vondst ook van invloed kan zijn op de hypotheses met betrekking tot de ontwikkeling van het leven op aarde. Men gaat er tot nu toe veelal van uit dat het leven langdurig heeft bestaan uit eencellige organismen die in de vroegere oceanen leefden, en dat de evolutie tot meercelligen lang op zich liet wachten door gebrek aan voedingsstoffen en energie in die oceanen. Volgens Kusky kunnen de vulkanische bronnen die ontstonden bij het uiteendrijven van de lithosfeerschollen echter voor voldoende voedingsstoffen en energie hebben gezorgd om zo’n evolutionair gezien grote stap te zetten. Omdat het nu zeer waarschijnlijk is dat schollentektoniek reeds zo vroeg in de aardgeschiedenis een rol speelde, zou dus ook de evolutie van een- tot meercellige organismen al vroeg kunnen hebben plaatsgevonden.

Referenties:

• Karson, J.A., 2001. Oceanic crust when Earth was young. Science 292, p. 1076-1078.
  
• Kusky, T.M., Li, J.H. & Tucker, R.D., 2001. The Archean Dongwanzi ophiolite complex, North China craton: 2.505-billion-year-old oceanic crust and mantle. Science 292, p. 1142-1145.

Afbeelding beschikbaar gesteld door Tim Kusky.

218 Egyptische woestijn werd op catastrofale wijze overstroomd Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De geograaf I.A. Brookes (verbonden aan de York University in Toronto) heeft satellietbeelden bestudeerd die de LANDSAT nam van de Westelijke Woestijn in Egypte. Op de foto’s zijn twee enorme plateaus (van resp. zo’n 20.000 en 2000 km₂) te zien die in het geologische verleden door een enorme overstroming moeten zijn getroffen. In de plateaus, die bestaan uit kalkstenen uit het Eoceen (55-35 miljoen jaar geleden), blijken zeer grote 'groeven' te zijn uitgeslepen.

De afmetingen van de 'groeven' die het water in de kalksteen uitsleet lopen sterk uiteen, maar de meest uitgesproken groeven die op de LANDSAT-foto’s konden waargenomen waren 1-30 km lang en honderd meter tot een kilometer breed. Alle groeven vertonen dezelfde van zuidoost naar noordwest lopende richting. De korte groeven zijn in het algemeen een beetje gebogen; de langere vertonen een meer heen en weer gaande loop, waarbij ze soms in elkaar overgaan. Dit beeld is (zij het op veel kleinere schaal) ook bekend van rivierpatronen met een onregelmatige aanvoer van water, met soms plotseling enorme watermassa’s die tot ver boven het bestaande ondiepe geulenpatroon uitkomen.

Net als in dergelijke rivieren komen in de op het plateau voorkomende geulen grote grindmassa’s voor. Die vertonen bovendien karakteristieken die kenmerkend zijn voor afzettingen van zulke vlechtende rivieren. Omdat alternatieve verklaringen voor de geulen niet houdbaar blijken, komt Brookes tot de conclusie dat het plateau in het verre verleden door een geweldig krachtige hoeveelheid water moet zijn overstroomd. Dat die watermassa een exceptionele omvang moet hebben gehad, blijkt uit de afmetingen van de uitgesleten groeven.

Brookes kon niet met zekerheid vaststellen waar de enorme watermassa’s vandaan kwamen die voor een dergelijke catastrofale overstroming nodig zijn geweest. Wel is bekend dat het afwateringspatroon in het verleden anders was dan nu. Op basis van de daarover bekende gegevens komt Brookes tot de hypothese dat er ten zuiden van het gebied een groot meer moet hebben bestaan, dankzij een grote natuurlijke dam. Die dam kan, bijv. bij een aardbeving, zijn doorgebroken (het gebied werd 10-15 miljoen jaar geleden opgeheven, wat een bewijs is voor tektonische activiteit die met aardschokken gepaard kan gaan). Een andere mogelijkheid is dat het water in het meer door voortgaande toevoer van rivierwater bleef stijgen, totdat de dam overliep, waarna binnen zeer korte tijd een steeds diepere geul in de dam werd uitgesleten (zoals dat ook bij het vollopen van de Middellandse Zee gebeurde), waardoor een enorme vloedgolf kon ontstaan. Op basis van andere geologische gegevens moet deze catastrofale overstroming tussen 24 en 7 miljoen jaar geleden hebben plaatsgevonden.

Referenties:

• Brookes, I.A., 2001. Possible Miocene catastrophic flooding in Egypt’s Western Desert. Journal of African Earth Sciences 32, p. 325-333.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Enorme overstroming erodeerde de Egyptische woestijn' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (26 januari 2002).

219 De evolutie van maximale lichaamsgrootte Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

GIGANOTOSAURUS
Robert E. Walters

Een van de vragen waarvoor biologen en paleontologen zich gesteld zien is waarom sommige diergroepen reuzensoorten bevatten en andere niet. Het was al langer bekend dat reuzen op het land alleen zijn ontstaan toen er grote continenten bestonden. Een algemeen aanvaarde verklaring daarvoor ontbreekt overigens nog. Nieuw onderzoek wijst uit dat de grootste landdieren ook alle planteneters waren, en dat ze koudbloedig waren.

Amerikaanse en Australische onderzoekers analyseerden hiertoe gegevens van de grootste planten- en vleeseters van 30 eilanden en continenten (dus door water omringde landmassa’s). Voor elk van deze gebieden keken ze naar de grootste (gewervelde) landdieren die nog leven, of - indien groter - naar de grootste soorten die binnen de laatste 65.000 jaar zijn uitgestorven. Uit hun analyses blijkt dat, voor een landmassa van een bepaalde grootte, de grootste warmbloedige planteneter altijd groter was/is dan de grootste warmbloedige vleeseter; het gaat daarbij wat gewicht betreft zelfs ruwweg om een factor 10! Een zelfde relatie lijkt te bestaan tussen koudbloedige planten- en vleeseters. Omdat er veel minder koudbloedige dan warmbloedige reuzen onder de gewervelde landdieren zijn, zijn het gegeven voor koudbloedige reuzen overigens betrekkelijk schaars. De zeer schaarse (3!) gegevens voor koudbloedige planteneters wijzen erop dat ze groter zijn dan de warmbloedige planteneters. Op basis van deze gegevens voor (sub)recente soorten zijn de onderzoekers nagegaan wat dit kan hebben betekend voor de ontwikkeling van reuzensoorten. Daarbij maakten ze gebruik van wiskundige relaties die ze tussen de diverse gegevens hadden vastgesteld.

Een van de belangrijkste vragen die opkomt, is natuurlijk waarom de grootste vleeseters zoveel kleiner zijn dan de grootste planteneters. Het antwoord op die vraag is echter al bekend: bij iedere stap omhoog in de voedselketen, de hoeveelheid voedsel in een bepaald gebied afneemt met ongeveer 90%. Vleeseters vinden op een eiland dus een hoeveelheid voedsel (in de vorm van prooidieren) die slechts 10% is van de hoeveelheid voedsel (planten) die de prooidieren zelf ter beschikking hebben. Als er evenveel jagers als prooidieren voorkomen, kan het gemiddelde lichaamsgewicht van de jagers dus slechts zo’n 10% van dat van de prooidieren bedragen. Dat dat ook voor de reuzensoorten geldt, is niet onlogisch.

Dat verklaart echter nog niet waarom de maximale lichaamsgrootte in de loop van de geologische geschiedenis ook direct verband hield met de grootte van de toenmalige continenten. Hierbij speelt volgens de onderzoekers een rol dat de grootte van een continent verband moet houden met het minimumaantal individuen van een reuzensoort; dat kan men zich inderdaad voorstelleen wanneer een continent (of eiland) in zijn totaliteit het woongebied vormt voor de desbetreffende reuzensoort: ieder individu moet immers ruimte hebben om voldoende voedsel te bemachtigen, maar de individuen moeten elkaar ook weer kunnen vinden, bijvoorbeeld om te paren. De onderzoekers laten op deze gegevens enkele wiskundige bewerkingen los, en vinden dan een wiskundig verband tussen de grootte van een landmassa en de maximale lichaamsgrootte. Die relatie testten ze uit, wat niet goed mogelijk bleek voor amfibieën en reptielen (bij gebrek aan gegevens), maar wel voor zoogdieren. Daarvoor bleek de gevonden relatie zeer goed op te gaan, behalve voor betrekkelijk kleine eilanden waar de grootse zoogdieren minder dan 100 g zouden mogen wegen; in die gevallen bleken toch zoogdieren van zo’n 100 g voor te komen. Maar dat de echte reuzensoorten alleen op betrekkelijk grote continenten konden ontstaan, wordt uit hun relatie wel duidelijk.

Gaat dit nu ook op voor bijv. de reuzendinosauriërs (die tenslotte geen zoogdieren waren)? De onderzoekers zijn dan nagegaan voor zes reuzensoorten waarvan het gewicht van volgroeide exemplaren redelijk nauwkeurig bekend is. Van deze zes soorten waren er drie vleeseters (Tyrannosaurus rex, Giganotosaurus carolinii en Caracharodontosaurus saharicus) en drie planteneters (Sauroposeidon proteles, Argentinosaurus huincluensis en Paralititan stromeri). Het blijkt dat deze soorten alle in de orde van honderdmaal zwaarder waren dan uit de vastgestelde relaties kan worden berekend, ervan uitgaand dat alle betrokken soorten warmbloedig waren. Indien ze koudbloedig waren, was hun gewicht nog altijd zo’n tienmaal groter dan uit de voor zoogdieren gevonden verbanden zou kunnen worden afgeleid.

Hierbij is het grootste probleem natuurlijk de zwaarst bekende dinosauriër, de planteneter Argentinosaurus huincluensis, die zo’n 73.000 kg moet hebben gewogen. De zwaarst bekende vleeseter, Giganotosaurus carolinii, die zich mogelijk ook met Argentinosaurus voedde, moet zo’n 9000 kg hebben gewogen. Deze reuzendinosauriërs leefden weliswaar op grote continenten (beide soorten bevolkten Zuid-Amerika), maar die waren niet groter dan nu: het uiteendrijven van Afrika en Zuid-Amerika was al zo’n 180 miljoen jaar geleden begonnen, en beide soorten leefden zo’n 100 miljoen jaar geleden. Het enorm grote supercontinent Pangea bestond dus niet meer ten tijde van deze reuzesoorten.

Burness en zijn medeonderzoekers geven niettemin een mogelijke verklaring. In het Krijt (144-65 miljoen jaar geleden) was de concentratie van koolzuurgas (CO₂) in de atmosfeer tot tienmaal zo hoog als nu. Maurer voegt daaraan toe dat de verdeling van de continenten over de aarde tijdens het Krijt bovendien zodanig was dat slechts weinig gebied een koel klimaat hadden. Dit betekent dat een veel groter deel van de aarde dan nu een gematigd warm of tropisch klimaat had, waardoor een groot deel van de aarde een uitzonderlijk weelderige vegetatie kende, waardoor er op een landmassa van bepaalde grootte meer planteneters (en zeker meer reuzensoorten) konden leven dan gedurende het grootste deel van de laatste 250 miljoen jaar het geval was. En dus konden er ook meer reuzenjagers wonen.

Het is een hypothese die volgens Maurer getest zou kunnen worden door na te gaan of op tropische eilanden de grootst voorkomende soorten zwaarder zijn dan op even grote eilanden in koudere zones.

Referenties:

• Burness, G.P., Diamond, J. & Flannery, T., 2001. Dinosaurs, dragons, and dwarfs: the evolution of maximal body size. Proceedings of the National Academy of Sciences 98, p. 14518-14523.
  
• Maurer, B.A., 2002. Big thinking. Nature 415, p. 489-491

Afbeelding: http://www.dinoart.com/

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl