NGV-Geonieuws 3

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 29 Binnenkern van aarde sterk anisotroop
• 30 Uitstoot van HCl en HF door Etna gemeten
• 31 Lawinegevaar in Schotse hooglanden 3-D aangegeven op internet
• 32 In Argentinië zagen ze ze 3,3 miljoen jaar geleden niet vliegen
• 33 Op het spoor van de 'lost forty-niners'
• 34 In het Laat-Krijt waren polen niet met ijs bedekt
• 35 Nieuwe technieken voor boringen onder extreme omstandigheden
• 36 Mummie werd volgens palynologische analyse in het klassieke Rome gebalsemd
• 37 Utrecht benoemt twee bijzonder hoogleraren
• 38 Maas en Overijsselse Vecht tijdens grote klimaatveranderingen
• 39 Oceanische bacteriën helpen bij 'planktonbloei'
• 40 Nederland daalt en stijgt tegelijkertijd

  << Vorige uitgave: 2 | Volgende uitgave: 4 >>

29 Binnenkern van aarde sterk anisotroop Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Wat we weten over de kern van de aarde berust vrijwel geheel op seismische gegevens en op modelmatig opgebouwde theorieën. Seismische gegevens betreffen onder meer het (veronderstelde) verloop van de schokgolven die bij aardbevingen worden opgewekt. De afgelegde weg wordt gereconstrueerd op basis van de tijdstippen waarop de verschillende golven (die ook langs verschillende wegen reizen) waarnemingspunten bereiken. Op basis daarvan mag met een zeer grote mate van waarschijnlijkheid worden aangenomen dat er sprake is van een buitenkern en van een binnenkern, met duidelijk onderling afwijkende eigenschappen. Hoe die eigenschappen precies zijn, staat echter niet goed vast. Veel waarnemingen kunnen namelijk op verschillende manieren worden geïnterpreteerd. Toch is het aantal mogelijke interpretaties niet onbeperkt, omdat sommige verschijnselen ermee in overeenstemming moeten zijn.

Dat geldt bijvoorbeeld voor het aardmagnetisme. Dat wordt verondersteld een gevolg te zijn van het feit dat de buitenkern (met een dikte van ca. 2000 km) voor een groot deel uit min of meer vloeibaar ijzer bestaat, dat langzamer meedraait bij de omwenteling van de aarde om haar as dan de meer rigide onderdelen van de aarde. De binnenkern (met een straal van ca. 1300 km) zou een meer rigide, hoewel elastisch reagerende, massa vormen. Over die binnenkern is nog zeer weinig bekend, maar proeven van een aantal Amerikaanse en Indiase onderzoekers hebben daarover weer iets meer bekend gemaakt.

De onderzoekers hebben ijzer onder de onwaarschijnlijk hoge druk van 220 gigapascal (GPa) gebracht (ongeveer tweemiljoenmaal atmosferische druk), omdat de binnenkern verondersteld wordt uit ijzer onder die druk te bestaan. In een diamantcel wisten ze het ijzer onder deze druk te krijgen bij een temperatuur van 298 K (ca. 25°C); die temperatuur is weliswaar veel lager dan in de binnenkern heerst, maar de proefnemingen bij deze extreem hoge druk lieten geen hogere temperatuur toe. Ze onderzochten het ijzer vervolgens met röntgendiffractie en met ultrasone technieken, waarbij ze zich onder meer richtten op de voortplantingssnelheid van verschillende typen golven en op de vervorming die dergelijke golven in het ijzer veroorzaakten. Bij dit onderzoek bleek dat het ijzer onder de experimentele omstandigheden niet in alle richtingen gelijk reageert. Dit anisotrope gedrag was zelfs opvallend sterk: de elasticiteitsmodulus van het kristalrooster bleek in de 'maximale' richting ongeveer 24% groter dan in de 'minimale' richting loodrecht daarop. De onderzoekers maken daaruit op dat de goede gerichtheid van de in de binnenkern aanwezige ijzerkristallen, zoals die tot nu toe was aangenomen op bepaalde seismische verschijnselen te verklaren, niet hoeft te bestaan. De verschijnselen zouden namelijk ook kunnen worden verklaard door het optreden van drukverschillen in uiteenlopende richtingen onder invloed van afschuivingen binnen de roosters met bepaalde voorkeursrichtingen.

Referenties:

• Mao, H.-k., Shu, J., Shen, G., Hemley, R.J., Li, B. & Singh, A.K., 1998. Elasticity and rheology of iron above 220 GPa and the nature of the Earth's inner core. Nature 396, p. 741-743.

30 Uitstoot van HCl en HF door Etna gemeten Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Giftige gassen vormen, samen met neervallende brokstukken (vulkanische bommen) het grootste risico voor vulkanologische onderzoekers. Het meten van de uitstoot van dergelijke gassen is een zeer moeizame (en gevaarlijke) bezigheid, en vanwege de fluctuaties in de uitstoot zijn de resultaten van ter plaatse genomen gasmonsters ook niet per definitie representatief. Het gevolg is dat al wel geruime tijd bekend is dat actieve vulkanen veel gevaarlijke gassen uitstoten, maar dat er nauwelijks een goed inzicht bestond in hun onderlinge verhoudingen en in de absolute hoeveelheden.

Engelse onderzoekers hebben nu een methode ontwikkeld voor metingen op afstand, waarbij metingen op diverse afstanden van de vulkaantop (maar steeds aan de lijzijde) kunnen worden verricht. Het gaat om zogeheten Fourier-transform infrarood-spectroscopie (FTIS), een methode die pas dankzij tamelijk recente ontwikkelingen bruikbaar is geworden. De onderzoekers hebben de techniek in 1997 toegepast op de 'rookpluim' van de Etna. De uitstoot van HCl en HF wordt hierbij niet rechtstreeks bepaald, maar afgeleid uit de verhouding tussen de uitstoot van enerzijds zwaveldioxide en chloorwaterstof, en anderzijds zwaveldioxide en fluorwaterstof. Dit vereist uiteraard een techniek om de uitstoot van zwaveldioxide nauwkeurig te meten, maar die is beschikbaar (correlation spectrometry: Cospec). Het bleek dat de verhouding SO₂:HCl gemiddeld ongeveer 4 bedroeg, en die tussen SO₂ en HF gemiddeld 10. Daaruit kan worden berekend dat er per seconde gemiddeld 8,6 kg HCl wordt uitgestoten, samen met 2,2 kg HF. Dit bevestigt de veronderstelling dat de Etna de grootste puntbron ter wereld is van de emissies van deze schadelijke gassen. De uitstoot van SO₂ is overigens nog aanzienlijk groter: 55 kg per seconde.

Alleen al over een enkele dag gerekend gaat het dus om enorme hoeveelheden: ca. 750 ton zoutzuur, ca. 190 ton fluorwaterstof en 4750 ton zwaveldioxide. Dit betekent dat de bijdrage van deze vulkaan aan de verzuring van de atmosfeer aanzienlijk is. De uitgestoten hoeveelheden gassen zijn overigens niet constant. Zowel de absolute waarden als hun onderlinge verhoudingen blijken te fluctueren. Die fluctuaties hangen samen met de processen in de ondergrond, in het bijzonder het opstijgen en ontgassen van magma. Volgens de onderzoekers is het daarom zinvol om een goed bewakingsprogramma op te zetten, waarbij liefst ook de uitstoot uit de verschillende krateropeningen zou moeten worden opgemeten. Die gegevens kunnen namelijk helpen om te analyseren wat er onder de vulkaan gebeurt, waardoor het voorspellen van een uitbarsting beter mogelijk wordt.

Referenties:

• Francis, P., Burton, M.R. & Oppenheimer, C., 1998. Remote measurements of volcanic gas compositions by solar occultation spectroscopy. Nature 396, p. 567-570.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Etna grootste leverancier van HCl en HF aan atmosfeer' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (2 januari 1999)

Het Geografisch Instituut van de Universiteit van Edinburgh heeft, in samenwerking met de Scottish Avalanche Information Service (SAIS) een poging ondernomen om, vanaf volgende winter, het risico van lawines voor skiërs en klimmers in de Schotse Hooglanden te beperken. Ze gaan daartoe de website van de SAIS voorzien van (steeds aan de nieuwe omstandigheden aangepaste) informatie over lawinegevaar. Dit zal niet gebeuren in de vorm van een opsomming van plaatsen waar gevaar dreigt, maar via 3-D beelden van het gebied waarin men is geïnteresseerd. Men kan zelfs in dat gebied een tocht uitzetten (of er een - denkbeeldige - vlucht overheen maken), waarbij de passages met lawinegevaar van een rode kleur zijn voorzien. Dit moet zo gedetailleerd dat het op een bepaalde berg mogelijk is om te zien langs welk traject hij zonder lawinegevaar kan worden beklommen, tussen zones met lawinegevaar door.

Momenteel is er een demonstratieversie beschikbaar, waarop het een en ander aan de hand van de bekende berg Ben Nevis wordt gedemonstreerd. Volgens SAIS-coördinator Blyth Wright, die ook betrokken is bij de huidige online-berichtgeving over lawinegevaar, is het mogelijk om in het nieuwe project buitengewoon nauwkeurig probleemgebieden te voorspellen. De informatie van de website zal bovendien voor de 'gewone' internetgebruiker gemakkelijk te verwerken zijn. De verwachte nauwkeurigheid moet worden bereikt door gedetailleerde waarnemingen van temperatuur, windsnelheid, sneeuwval, sneeuwtemperatuur en dikte van het sneeuwpakket. Bovendien zullen gaten in de sneeuw worden gegraven om de opbouw te zien; deze opbouw zou volgens de SAIS veel informatie over mogelijk lawinegevaar opleveren.

Het programma dat het berggebied in 3-D voorstelt, werd geschreven door de bergbeklimmer Chris Davies. Daartoe bewerkte hij de meest gedetailleerde topografische kaarten met Virtual Reality Modelling Language (VRML). Door het zo verkregen 3-D resultaat te 'belichten' (zoals dat ook door de zon zou kunnen gebeuren), worden kleine ruggetjes en insnijdingen duidelijk zichtbaar, wat het 3-D effect sterk verhoogt. Om de gebruikers het zo verkregen 3-D beeld gemakkelijk aan topografische kaarten te kunnen laten koppelen, zijn bovendien hoogtelijnen aangegeven, alsmede sommige namen van geografische objecten.

Het belangrijkste probleem waarmee nu nog wordt geworsteld betreft het copyright van de gebruikte topografische kaarten. Daartoe wordt momenteel onderhandeld met de Ordnance Survey (Topografische Dienst). Dit probleem is niet helemaal verwaarloosbaar, want het programma werkt met Cosmo Player software dat gratis via internet te downloaden is. Mede omdat nog in december doden vielen bij een lawine nabij Aonach Mor wordt er echter op gerekend dat de Ordnance Survey dit potentieel levensreddende project zelf niet via hoge financiële eisen een voortijdige dood zal laten sterven.

Referenties:

• Finnie, T., 1999. Avoid avalanches in virtual safety. The Times, 27 januari 1999, katern Interface, p. 3.
  
• Website SAIS:http://www.sais.gov.uk

32 In Argentinië zagen ze ze 3,3 miljoen jaar geleden niet vliegen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De karakteristieke eigenschappen van loess zijn ervoor verantwoordelijk dat de kust van de Atlantische Oceaan vlak bij het Argentijnse stadje Miramar steile kliffen vormt. Daarin bevindt zich een laag met glasachtige brokken, waarvan sommige een grootte bereiken van twee meter. Door de locale bevolking, waar deze glasbrokken al meer dan een eeuw onder de naam 'escoria's' bekend zijn, werd het ontstaan toegeschreven aan blikseminslag of aan vuren die door prehistorische bewoners zouden zijn aangestoken.

Geologen die ter plaatse de loessafzettingen onderzochten en toevallig met het glasachtige materiaal werden geconfronteerd, hebben hiervoor nu een geheel andere verklaring gegeven. Zij menen dat de glaslichamen het gevolg zijn van de inslag van een asteroïde. De bolide zou zo'n 3,3 miljoen jaar geleden in een - nu door de zee overspoeld - loessgebied even buiten de huidige kust terecht zijn gekomen, en daar bij de overdracht van zijn enorme kinetische energie de locale loesspakketten hebben verglaasd, opgebroken en zelfs de grote de brokstukken over afstanden tot ruim 50 km weggeslingerd. De onderzoekers maken dit op uit de eigenschappen van de escoria's. Die vertonen namelijk streperige vloeistructuren die karakteristiek zijn voor verglaasde gesteenten zoals die ook van andere inslagen bekend zijn; verder zijn er mineralen gevormd die alleen kunnen ontstaan bij temperaturen die aanzienlijk hoger zijn dan die welke optreden bij blikseminslag, vulkaanuitbarstingen of andere aardse verschijnselen. De chemische samenstelling van de escoria's is bovendien gelijk aan die van de loessafzettingen in de directe omgeving.

De onderzoekers menen dat er sprake moet zijn geweest van een asteroïde met een doorsnede van ongeveer een kilometer (ter vergelijking: de bolide die op de grens tussen Krijt en Tertiair insloeg, waarbij het leven op aarde sterk werd gereduceerd, had waarschijnlijk een tienmaal zo grote diameter). Als gevolg daarvan zou een inslagkrater met een doorsnede van zo'n 20 km moeten zijn ontstaan. De gevolgen waren ook in dit geval zeer ernstig voor het leven. Het moment van inslaan, dat radiometrisch is bepaald, komt namelijk overeen met het moment waarop 36 geslachten van zoogdieren - die vaak alleen van dat gebied bekend zijn - uitstierven.

Sceptici, die overigens toegeven dat er een grote inslag moet hebben plaatsgevonden, wijzen er echter op dat er continu veel diersoorten uitsterven, dus dat het verdwijnen van de zoogdiergeslachten niet zonder meer aan de inslag mag worden toegeschreven. De inslag vond bovendien plaats op een moment dat - geologisch gezien - betrekkelijk korte tijd (100.000 jaar) vooraf ging aan een plotselinge sterke afkoeling (met ca. 2°C) van het bodemwater in de Atlantische Oceaan en de Stille Zuidzee. Of er een oorzakelijk verband is, durven de onderzoekers niet met zekerheid te beweren. Ook oceanografen lijken vooralsnog in meerderheid niet uit te gaan van een oorzakelijk verband. Wel zeker is dat er geen prehistorische mensen getuige waren van de overvliegende glasbrokken: die mensen waren er immers nog niet.

Referenties:

• Schultz, P.H., Zarate, M., Hames, W., Camilion, C. & King, J., 1998. A 3.3-Ma impact in Argentina and possible consequences. Science 282, p. 2061-2063.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Verglaasde massa's vlogen 50 km ver' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (9 januari 1999).

33 Op het spoor van de 'lost forty-niners' Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In 1849 probeerde een groep immigranten vanuit Utah naar de toenmalige goudvelden van Californië te reizen via een doorsteek door een uitermate onherbergzaam gebied. Ze zouden het uiteindelijk niet halen, zoals hun aanvankelijke reisgenoten, die een lange omweg hadden gemaakt, konden vaststellen. Het gebied dat de slachtoffers, die in de Amerikaanse geschiedenis bekend staan als de 'lost forty-niners', probeerden te doorkruisen, heeft sindsdien de naam 'Death Valley' gekregen.

Dit gebied, dat grotendeels in de staat Nevada ligt, kent de hoogste temperaturen op aarde, is nauwelijks begroeid en heeft groot gebrek aan drinkbaar water. De grote zoutvlakten en zoutmeren (merendeels tientallen meters onder zeeniveau!) trekken niettemin nog steeds veel mensen aan die de tocht van de 'lost forty-niners' proberen te volgen. In de loop der tijd heeft dat tot veel meer slachtoffers geleid dan in 1849. Een van degenen die het spoor van de 'lost forty-niners' nauwkeurig heeft proberen te reconstrueren, is Jerry Freeman, een amateur-archeoloog die in 1996 de iets meer dan 600 km lange tocht vanuit Enterprise in Utah naar het bureau van het Death Valley National Park aan de Californische kant wist te volbrengen. Sindsdien probeert Freeman steeds meer te weten te komen.

Vorig jaar is hij op de proppen gekomen met een reiskist, die hij tussen een aantal rotsen zou hebben gevonden. De kist bevat munten, geweren, juwelen en persoonlijke artikelen (waaronder kleren en brieven) die zouden hebben toebehoord aan een lid van de 'lost forty-niners', waarschijnlijk de uit Illinois afkomstige William Robinson.

Over die vondst zijn in januari de gemoederen in de VS hoog opgelopen. Freeman is ervan beschuldigd onwettig te hebben gehandeld door zaken van archeologische waarden uit een nationaal park te hebben meegenomen. Daarop heeft hij direct de kist met inhoud aan de National Park Service ter beschikking gesteld. De zaak was daarmee echter niet afgelopen, want sindsdien is Freeman ervan beschuldigd dat hij de zaak in scène heeft gezet. Als belangrijkste argumenten daarvoor wordt aangevoerd dat de kleren niet allemaal even sterk zijn verweerd, en dat er in een van de brieven het woord 'grubstake' (een soort lening) voorkomt, terwijl dat woord volgens sommige historici verder nergens eerder dan in 1856 wordt vermeld. De brief is gedateerd op 2 januari 1850, en zou zijn geschreven vlak voordat Robinson met een reisgenoot verder trok in een poging om hulp te krijgen voor zijn groep die door vergeefse dwaaltochten, dorst en gebrek aan voedsel - met als gevolg dat de als trekdieren fungerende ossen ook allemaal het loodje hadden gelegd - aan het einde van zijn krachten was gekomen. Robinson slaagde erin om Californië te bereiken, maar de ingeroepen hulp voor zijn reisgenoten kwam te laat; zelf overleed hij op 28 januari 1850 door het drinken van teveel koud water.

Als het om een authentieke vondst gaat, zou de huidige nalatenschap van de 'lost forty- niners' (alleen een geweer en een kaart), plotseling sterk zijn uitgebreid. Mogelijk zal er overigens op afzienbare termijn nog meer worden gevonden, want de opgelaaide discussie over de vondst van Freeman heeft inmiddels tal van mensen aangetrokken die hopen dat ook zij iets van geld of juwelen zullen vinden. De (merendeels als vrijwilliger werkzame) mensen van Death Valley National Park zijn niet blij met deze nieuwe 'goldrush' omdat zij vrezen dat niet iedereen zo gemakkelijk als Freeman afstand zal doen van eventuele vondsten.

Referenties:

• Smith, Chr., 1999. Trunk found in Death Valley may just be a historic mirage. Houston Chronicle 28 januari 1999, p. 10A.

34 In het Laat-Krijt waren polen niet met ijs bedekt Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Van het Laat-Krijt was al geruime tijd bekend dat het klimaat aanzienlijk warmer was dan nu, maar men nam aan dat de poolgebieden toch voortdurend - of op zijn minst 's winters - met ijs waren bedekt. De recente vondst van fossiele fragmenten van een champosauriër op het Axel-Heiberg-eiland in het Canadese poolgebied heeft het beeld van het klimaat gedurende tenminste een deel van het Laat-Krijt drastisch gewijzigd. Weliswaar waren er enkele fossielen gevonden die een hogere temperatuur mogelijk maakten, maar daarbij ging het toch steeds om diergroepen (onder andere schildpadden) die ook tijdelijk temperaturen onder het vriespunt kunnen verdragen. De nu aangetroffen resten, die sterk overeenkomen met soortgelijke fragmenten van het geslacht Champosaurus dat uit het Laat-Krijt en het Paleoceen van gebieden op lagere breedte bekend is, laten echter weinig twijfel meer bestaan. Van de champosauriërs is namelijk bekend dat het om koudbloedige dieren ging. Omdat Champosaurus deels in het water leefde (het was een reptielachtig roofdier dat zijn prooien vooral in meren en rivieren ving), wordt het uitgesloten geacht dat het vorstperioden kon overleven.

De opvallend hoge temperatuur gedurende het Laat-Krijt was al eerder vastgesteld in veel andere gebieden. Ook was bekend dat relatief hoge temperaturen tot op hoge breedte voorkwamen. Zo staat vast, op basis van fossiele restanten van bomen, dat op 82 N.B. omstreeks dezelfde tijd geen permafrost (permanent bevroren bodem) voorkwam. De vondst van talrijke botfragmenten van minimaal 20 champsauriërs (met exemplaren die tot 2,4 m lang waren), die betrekkelijk nauw aan de huidige krokodillen verwant zijn, geeft aan dat op hun vindplaats (die destijds volgens paleomagnetische gegevens op 68-76 N.B. moet hebben gelegen) de gemiddelde temperatuur van de koudste maand niet lager kan zijn geweest dan ca. 5,5°C, dat de gemiddelde jaartemperatuur minimaal 14°C moet hebben bedragen, en dat het in de warmere maanden waarschijnlijk zo'n, 25-35°C is geweest. Dit betekent dat ook het 'echte' noordpoolgebied veel warmer moet zijn geweest dan thans. Volgens de onderzoekers betekent dit niet per definitie dat ook in tropische gebieden de temperatuur veel hoger moet zijn geweest. Zij schrijven de hoge temperatuur in het arctische gebied voor het interval waaruit de fossielen stammen (92 tot 86 miljoen jaar geleden) toe aan een broeikaseffect dat werd veroorzaakt door een periode van sterke vulkanische activiteit.

Een paleobioloog van het Smithsonian Institution tekent echter aan dat de nieuwe gegevens de reeds eerder door paleoklimatologen gemaakte opmerkingen versterken dat de huidige klimaatmodellen onvoldoende zijn om de temperatuurverdeling op aarde goed te beschrijven, en dat de geologie - hoe onvolledig de overgeleverde gegevens ook zijn - het belangrijkste hulpmiddel is om verfijningen in de modellen ten aanzien van het broeikaseffect te implementeren.

Referenties:

• Huber, B.T., 1998. Tropical paradise at the Cretaceous poles? Science 282, p. 2199-2200. Tarduno, J.A., Brinkman, D.B., Renne, P.R., Cottrell, R.D., Scher, H. & Castillo, P., 1998. Evidence for extreme climatic warmth from Late Cretaceous Arctic vertebrates. Science 282, p. 2241-2244.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Temperatuur op polen bleef in Laat-Krijt altijd boven vriespunt' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (9 januari 1999).

35 Nieuwe technieken voor boringen onder extreme omstandigheden Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Net zoals de mens altijd heeft willen weten hoe de sterrenhemel in elkaar zit, heeft hij zich ook afgevraagd wat er diep in de aarde huist. Het binnenste der aarde is echter moeilijker te bereiken dan het wereldruim. Toch zijn er in de loop der tijd opvallende resultaten behaald. Zo is op het Kola-Schiereiland een (wetenschappelijke) boring gekomen tot een diepte van 12,3 km, voordat technische - en vooral ook financiële - problemen een eind maakten aan dit project. De problemen van het directe onderzoek op grote diepte (dus niet met behulp van geofysische methoden) wordt vooral bemoeilijkt door de steeds hoger wordende temperatuur en druk. Toch wil men dergelijk onderzoek voortzetten, zowel om economische redenen (mogelijke winning van zeldzame delfstoffen) als vanuit wetenschappelijke nieuwsgierigheid (er zijn inmiddels levende organismen op kilometers diepte aangetroffen).

De omstandigheden op grote diepte vergen gespecialiseerde apparatuur. Die kwam ter sprake op een bijeenkomst over revolutionaire boortechnieken, die van 27 tot 29 januari op het Massachusetts Institute of Technology (MIT) werd gehouden. Die bijeenkomst was overigens niet uitsluitend gericht op diepe boringen, maar die vormden wel een van de meest spectaculaire onderwerpen.

Een van de nieuwe ontwerpen die aan de orde kwam, was een soort elektrische weerstand voorzien van een kogelvormige, keramische kop. Bij verhitting smelt die zich als het ware door het gesteente heen. Het gesmolten gesteente vormt vervolgens een glasachtige wand van het zo ontstane boorgat. Als dat ook op grote diepte zou werken, zou daarmee het probleem zijn opgelost van de anders noodzakelijke bebuizing, die onder invloed van de hoge temperatuur gemakkelijk vervormt en die onder de hoge druk kan bezwijken.

Een eerste proef, tot 30 m diepte, heeft inmiddels plaatsgevonden, waarbij een boorsnelheid van ongeveer een meter per uur werd bereikt; veel te weinig voor commerciële toepassing, maar mogelijk te gebruiken bij onderzoek op andere planeten of onder een dikke ijskap. De energievoorziening zou dan met zonnecellen kunnen plaatsvinden.

Een ander ontwerp kan worden beschouwd als spin-off van het Star Wars programma. Het gaat daarbij om een soort laserboor, waarbij een energie van een megawatt wordt gebruikt. Een laboratoriumproef toonde aan dat de 'boor' binnen vier seconden door een zandsteen van 15 cm dik kwam; dat betekent een 'boorsnelheid' die ongeveer het tienvoudige is van de momenteel veelvuldig in de industrie gebruikte boren.

Een wetenschappelijk voordeel van beide boortypen is dat de temperaturen zo hoog oplopen dat eventuele organismen die vanaf het aardoppervlak in het gat terecht zouden komen, direct bij het boren worden vernietigd. Dat opent de mogelijkheid om, bij bemonstering na enige tijd, na te gaan of in de diepte organismen huizen die zich, bijv. via spleten in het gesteente, tot in het boorgat kunnen verplaatsen.

Referenties:

• Krajick, K., 1999. New drills augur at a great leap downward. Science 283, p. 781-783

36 Mummie werd volgens palynologische analyse in het klassieke Rome gebalsemd Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Mummies zijn uit de klassieke oudheid vooral bekend uit Egypte. De enkele mummies uit de klassieke Romeinse beschaving waren, volgens de algemeen geldende opvatting, ook niet in Europa gebalsemd: Romeinen werden in die tijd begraven of gecremeerd.

In 1964 werd bij bouwwerkzaamheden in een buitenwijk (Grottarossa) van Rome bij toeval een mummie ontdekt. Het ging om een jong meisje van Kaukasische afkomst dat gebalsemd in een marmeren sarcofaag was begraven. Uit diverse analyses bleek al gauw dat het meisje ongeveer acht jaar oud moest zijn geweest, en dat ze tussen 150-200 voor Chr. moest zijn gebalsemd. Waar het balsemen had plaatsgevonden, kon niet direct worden vastgesteld, maar de wijze van balsemen was Egyptisch. De vraag rees niettemin of het ging om een meisje dat in Rome zelf was gebalsemd of dat dat elders was gebeurd, bijv. in Egypte, voor welk land de Romeinse keizers destijds veel interesse toonden.

Een Italiaanse bioloog heeft nu aannemelijk gemaakt dat de balseming niet in Egypte maar ten noorden van de Middellandse Zee - waarschijnlijk dus in Rome zelf - heeft plaatsgevonden. Hij deed dat door pollenanalyse. Tussen de windsels van de mummie werden namelijk weliswaar niet veel, maar wel goed bewaarde stuifmeelkorrels aangetroffen. Daarvan konden de meeste zowel op geslacht als op soort worden gedetermineerd. Van diverse pollen die werden aangetroffen in de harsachtige producten die bij het balsemen waren gebruikt, was bekend dat de desbetreffende soorten veelvuldig voorkomen in dergelijke producten. Het gaat daarbij onder meer om de spar (Abies), de Acacia (Acacia), zonneroosachtigen (Cistaceae) en Commiphora. Van andere plantensoorten was bekend dat ze gebruikt werden als ingrediënten van parfums, zalven en soortgelijke stoffen die veelvuldig in Egypte bij het balsemen werden toegepast. Zo werd stuifmeel aangetroffen van alsem (Artemisia), wijnruit (Ruta), ganzevoetachtigen (Cenopodiaceae) en, opnieuw, Commiphora. Al dit stuifmeel zou dus heel goed afkomstig kunnen zijn van de hete, geparfumeerde, hars die over het lichaam van het meisje was uitgegoten. Enkele andere soorten stuifmeel, zoals die van zuring (Rumex) en van grassen (Gramineae), geven weinig bijzondere informatie omdat ze algemeen voorkomen, of zowel van Zuid-Europa als Noord-Afrika bekend zijn. Anders ligt dat bij enkele andere stuifmeelkorrels, zoals die van Mimulopsis en die van Cadaba-achtigen. Deze komen momenteel alleen voor in Noordoost- en tropisch Afrika; ze zijn ook niet bekend van andere gebalsemde lichamen of van 'medicijnen' uit de klassieke oudheid. Deze twee typen stuifmeel zijn waarschijnlijk in de gebruikte harsen terechtgekomen tijdens de vorming (of winning) daarvan, tijdens de bereiding (of de menging met parfums) van zalven, of bij het balsemen. Commiphora komt tegenwoordig vooral voor in Somalië, waar in de klassieke Romeinse tijd veel ingrediënten voor het balsemen vandaan kwamen, en in iets mindere mate in Noord-Ethiopië. De onderzoeker merkt daarom op dat dit stuifmeel dus gemakkelijk als 'verontreiniging' in Italië kan zijn geïmporteerd. Het is volgens hem dus heel goed mogelijk dat de 'mummie van Grottarossa' in Italië zelf is gebalsemd, al durft hij dat (nog?) niet met Rezekerheid te stellen.

Referenties:

• Ciuffarella, L., 1998. Palynological analysis of resinous materials from the roman mummy of Grottarossa, second century A.D.: a new hypothesis about the site of mummification. Review of Palaeobotany and Palynology 103, p. 201-208.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Pollenanalyse wijst op mummificatie in klassiek Rome' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (16 januari 1999).

Utrecht moest, na de van overheidswege opgelegde concentratie in de aardwetenschappen, samen met de Vrije Universiteit het universitair onderwijs en onderzoek in Nederland voor zijn rekening gaan nemen. Het heeft lang geduurd voordat alle strubbelingen rondom de concentratie waren weggeëbt, en in de tussentijd waren zelfs diverse belangrijke hoogleraarsposten (bijv. in de sedimentologie) vaak langer of korter onbemand. Die 'kwakkelperiode' lijkt nu zo langzamerhand achter de rug, zeker nu Utrecht er veel aan doet om een zo breed mogelijk scala aan aardwetenschappelijke onderwerpen binnen de eigen gelederen onder te brengen. Dat blijkt ook uit de recente benoeming van twee nieuwe bijzonder hoogleraren. Per 1 februari j.l. is Dr. R.L.M. Vissers door het Utrechts Universiteitsfonds benoemd tot bijzonder hoogleraar 'Geologie'. Vissers was sinds 1997 directeur van het Wichmann Onderwijsinstituut van de faculteit Aardwetenschappen. Eveneens per 1 februari j.l. is Dr. C.G. Langereis door het Utrechts Universiteitsfonds tot bijzonder hoogleraar benoemd, met als leerstoel 'Paleomagnetisme'. Langereis is afkomstig van de Universiteit Utrecht zelf, waar hij in 1984 promoveerde op het proefschrift 'Late Miocene magnetostratigraphy in the Mediterranean'. Hij is senior-docent-onderzoeker en hoofd van het Paleomagnetisch Laboratorium Fort Hoofddijk van de Universiteit Utrecht.

Referenties:

• Persbericht van de Universiteit Utrecht, 1-2-1999.

38 Maas en Overijsselse Vecht tijdens grote klimaatveranderingen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Hoe rivieren reageren op grote klimaatveranderingen is het onderwerp van het proefschrift waarop Margriet Huisink op 11 februari promoveerde aan de Vrije Universiteit van Amsterdam. Voor haar onderzoek analyseerde zij de afzettingen van de Maas en de Vecht gedurende vier perioden waarin het klimaat sterk veranderde vanaf het midden van de laatste ijstijd tot vlak na de laatste ijstijd. Het gaat daarbij om overgang van eerst koud (Midden Pleniglaciaal: 59.000-27.000 jaar geleden) naar extreem koud (Laat Pleniglaciaal: 27.000-13.000 jaar geleden), dan naar warmer (Laatglaciaal: 13.000-11.000 jaar geleden), vervolgens weer naar veel kouder gedurende het laatste interval (Jonge Dryas: 11.000- 10.000 jaar geleden) van het Laatglaciaal en ten slotte weer naar warmer (Holoceen, na afloop van de laatste ijstijd). De temperatuurfluctuaties zijn inmiddels, vooral dankzij pollenanalyse, goed bekend; doelstelling was daarom een onderzoek naar de respons van rivieren op dergelijke fluctuaties.

Om locale effecten uit te sluiten, werden twee rivieren uitgekozen. De door deze rivieren gevormde afzettingen werden vooral onderzocht via boormonsters, omdat deze afzettingen vrijwel nergens aan de dag treden. Een beperkt aantal punten waar dat wel het geval is, werden onderzocht bij wijze van ijking.

Het beeld van vooral de Maas is sterk gecompliceerd doordat in Limburg (en meer stroomopwaarts) opheffing plaatsvond. Anderzijds verlegde de monding zich, mede als gevolg van met de klimaatfluctuaties samenhangende zeespiegelfluctuaties. Toch kan worden vastgesteld dat De Maas aanvankelijk (Midden Pleniglaciaal) een rivier was met een hoog-energetische, verwilderde stroming, waarvan het energieniveau afnam in het Laat Pleniglaciaal, waarna het systeem geleidelijk overging naar meanderend (Laatglaciaal), om daarna te veranderen in een sterk erosief, opnieuw verwilderd systeem (Jonge Dryas) en ten slotte in een nog steeds sterk erosief maar meanderend systeem (Vroeg Holoceen). Erosie vond dus vooral plaats op de overgang van warm naar koud en omgekeerd, terwijl sedimentatie juist optrad tijdens perioden van meer gelijkmatige temperatuur. De insnijding aan het begin van een koudere tijd kan primair worden verklaard door een grotere waterafvoer; de insnijding aan het begin van een warmere tijd is een gevolg van minder sedimentaanvoer, mede als gevolg van een toenemende vegetatiedichtheid.

Bij de Overijsselse Vecht trof Margriet Huizink een vergelijkbare ontwikkeling aan: van een laag-energetische, nauwelijks van zijn plaats komende rivier in het Midden Pleniglaciaal tot een vlechtende rivier in het Laat Pleniglaciaal, waarna de rivier in het Laatglaciaal begon te meanderen en zich tegelijk insneed, om weer te verwilderen in de Jonge Dryas. De mate van vegetatie, die sterk afhangt van de temperatuur, speelde bij deze ontwikkeling waarschijnlijk een hoofdrol, niet alleen door het vasthouden van sediment, maar ook door de resulterende extra verdamping en de toenemende bergingscapaciteit van de bodem.

Helaas gaat Huizink in het proefschrift - dat helaas volstaat met zet- en spelfouten (en dat ook niet met veel verve werd verdedigd) nauwelijks in op de door haar in de inleiding als hoofdonderwerp geschetste vraag: welke rivierprocessen zijn nu echt een gevolg van de klimaatveranderingen en welke moeten worden toegeschreven aan vooral lokale factoren.

Referenties:

• Huisink, M., 1999. Changing river styles in response to climate change - examples from the Maas and Vecht during the Weichselian Pleni- and Lateglacial. Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam, 127 blz.

39 Oceanische bacteriën helpen bij 'planktonbloei' Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Lydiet is in Nederland - zeker bij stenenverzamelaars - een bekende grindsoort. Het is in feite een diatomiet, een voornamelijk uit diatomeeën opgebouwde - en inmiddels gelithificeerde - vorm van diepzeeslik. Grote delen van de oceaanbodem zijn bedekt met de silica-pantsers van diatomeeën. Deze microscopisch kleine plantjes komen in veel zeeën voor; dat ze niet overal het merendeel van de diepzeesedimenten uitmaken, komt doordat soms andere plantjes en of diertjes overheersen, soms ook doordat het silica (SiO₂) van de afgestorven diatomeeën geheel of gedeeltelijk oplost. Dat opgeloste materiaal kan weer door volgende generaties diatomeeën worden gebruikt. Het gaat daarbij om grote hoeveelheden, wat inhoudt dat er een voortdurend hergebruik van de - relatief geringe - hoeveelheden in zeewater aanwezig silica is. De kringloop van het silica heeft onderzoekers altijd voor problemen gesteld, omdat het een stof is die slechts zeer moeilijk in water oplost.

Onderzoek door twee marienbiologen van het Scripps Institution of Oceanography hebben nu een verklaring gevonden. Hun onderzoek wijst uit dat er bij het oplossingsproces van het silica bacteriën zijn betrokken. Die versnellen het proces zodanig dat er altijd voldoende materiaal in oplossing is om de vorming en de groei van nieuwe pantsertjes door nieuwe generaties diatomeeën mogelijk te maken. De rol van de bacteriën ligt in de afscheiding van enzymen die het silica aantasten. Een interessant aspect hierbij is dat de onderzoekers aantonen dat een zelfde effect wordt bereikt als er geen bacteriën werkzaam zijn, maar als in plaats daarvan proteasen worden toegevoegd, dat zijn enzymen die proteïnen afbreken. Daaruit maken de onderzoekers op dat een dun laagje proteïnen de diatomeeën kennelijk beschermt tegen voortijdige aantasting van hun pantser door bacteriën. Voor het leven in de oceaan is de recycling van silica van groot belang, want diatomeeën vormen het merendeel van de grote planktonwolken die plotseling kunnen ontstaan. De vraag daarbij is waarom phytoplankton soms plotseling zulke enorme massa's vormt. Het lijkt er nu op dat de sleutel daartoe moet worden gezocht in zeewaarts gerichte stormen. Die nemen, bijv. wanneer ze uit onbegroeide gebieden zoals woestijnen afkomstig zijn, enorme hoeveelheden kleine deeltjes met zich mee. Vooral de deeltjes in 'woestijnstof' hebben vaak een dun huidje van ijzeroxide (dat geeft de rode kleur aan het woestijnstof dat soms ook in Nederland de auto's met een dun laagje bedekt). Het zo in de oceanen aangevoerde ijzer vormt niet alleen een belangrijk bestanddeel waaraan voor phytoplankton soms een tekort bestaat, maar het is ook een element dat de voor de oplossing van het silica noodzakelijke bacteriën nodig hebben. Aanvoer van ijzer veroorzaakt dus waarschijnlijk eerst een sterke toename van de hoeveelheid van deze bacteriën; deze lossen veel nog drijvende silicapantsertjes van afgestorven diatomeeën op, en dankzij de verhoogde concentratie daarvan in het zeewater kunnen nieuwe diatomeeën binnen korte tijd in grote aantal groeien.

Referenties:

• Bidle, K.D. & Azam, F., 1999. Accelerated dissolution of diatom silica by marine baceterial assemblages. Nature c397, p. 508-512. Smetacek, V., 1999. Bacteria and silica cycling. Nature 397, p. 475-476.

40 Nederland daalt en stijgt tegelijkertijd Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het stijgen van de zeespiegel - al dan niet onder invloed van het broeikaseffect - wordt door velen als een bedreiging gezien voor langs de kust gelegen laaglandgebieden, zoals Nederland. De vraag is echter of de zeespiegel werkelijk stijgt. Zeker is dat het landoppervlak in West-Nederland daalt ten opzichte van de zeespiegel, maar dat kan een gevolg zijn van oxidatie van veen, inklinking van klei en soortgelijke processen die het bovenste sedimentpakket beïnvloeden.

Het is dus beter om te kijken naar de beweging van de zeespiegel ten opzichte van de zandafzettingen die in de laatste ijstijd ontstonden, en die nauwelijks aan vergelijkvare processen blootstaan. Een dergelijk onderzoek is niet eenvoudig, maar onderzoekers van de Vrije Universiteit in Amsterdam, van Rijkswaterstaat, en van de Universiteit van Canberra (Australië) hebben de geologische oorzaken van verticale bodembewegingen in Nederland gedurende de laatste eeuw onderzocht. Die relatieve bewegingen ten opzichte van het zeeniveau kunnen een gevolg zijn 'echte' bewegingen van de zeespiegel (zogeheten eustatische zeespiegelbewegingen), maar ook van 'gewone' tektoniek (vergelijkbaar met het opheffen van de Alpen of het wegzakken van de Rijndalslenk), van isostatische compensatie (een reactie van de aardkorst die tijdens de laatste ijstijd door de dikke landijsmassa's werd ingedrukt), en van compactie (samenpersing onder invloed van het gewicht van bedekkende lagen).

Het uitgevoerde onderzoek is gebaseerd op uiterst nauwkeurige geodetische metingen, uitgaande van de top van de zandpakketten uit de ijstijd. De onderzoekers kwamen daarbij tot de verrassende conclusie dat er verticale bodembewegingen voorkomen die, over de laatste eeuw gemiddeld, zo'n 1,5 mm per jaar bedragen. Dat is veel sneller dan over langere perioden het geval is: dan is die waarde zelfs in tektonisch onrustige gebieden een orde van grootte minder.

Uit modelberekeningen blijkt verder dat de gevonden waarden ook slechts voor minder dan de helft kunnen worden verklaard door de tijdelijk (namelijk na de laatste ijstijd) geologisch gezien extreem hoge waarden die onder dergelijke omstandigheden voor isostasie en compactie kunnen worden bereikt. Daaruit concluderen de onderzoekers dat er sprake moet zijn van 'echte' tektoniek. Dat is verrassend omdat Nederland bekend staat als een tektonisch rustig gebied. De relatieve bodembeweging is echter niet overal gelijk: naar het noordwesten toe vinden de onderzoekers een steeds snellere bodemdaling, terwijl naar het zuidoosten toe juist een opheffing plaatsvindt. Er is dus als het ware een scharnierlijn die van noordoost naar zuidwest precies over ons land loopt. Maar er is toch geen sprake van een rigide kantelend blok: de opheffing in het zuidoosten lijkt iets sterker dan in het zuidwesten. Waar de scharnierlijn precies loopt, is nog onduidelijk, want de daling of stijging kan alleen worden vastgesteld aan een referentieniveau, dat in wezen niet in absolute zin bestaat. Loopt die lijn dicht bij de kust, dan kunnen de gevonden dalings- en stijgingswaarden volgens de gehanteerde modelberekeningen worden beschouwd als representatief voor langere tijd (duizenden jaren). Zou blijken dat de absolute scharnierlijn in centraal of oostelijk Nederland loopt, dan is het echter waarschijnlijker dat er - geologisch gezien - snelle schommelingen (binnen enkele eeuwen) in de gevonden waarden optreden.

Referenties:

• Kooi, H., Johnston, P., Lambeck, K., Smither, C. & Molendijk, R., 1998. Geological causes of recent (~100 yr) vertical land movement in the Netherlands . Tectonophysics 299, p. 297-316.
  
• Lange, G. de, Brand, G.B.M. & Schokking, F., 1998. 25 Years of subsidence research in The Netherlands - the growing importance of engineering geology in coatal lowlands. In: Engeneering geology and infrastructure The added value of the engineering geologist - Proceedings of the symposium '25 years jubilee of engineering geology in the Netherlands', p. 74-86. Meetkundige Dienst Rijkswaterstaat, 1997.
  
• De vijfde nauwkeurigheidswaterpassing. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat ('s-Gravenhage), 4 pp. Meetkundige Dienst Rijkswaterstaat, 1999(?).
  
• NAP-jaarbericht 1997-1998. Ministerie van Verkeer en Waterstaat, Directoraat-Generaal Rijkswaterstaat ('s-Gravenhage), 30 pp.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl