NGV-Geonieuws 4

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 41 Vulkanisme leidde op grens Frasnien/Famennien tot massaal uitsterven door voedselgebrek
• 42 Pannoonse Bekken onthult geheimen van schollentektoniek
• 43 Pyrietmijn van Aznalcóllar weer open
• 44 Paleoklimaat niet altijd betrouwbaar via pollen te reconstrueren
• 45 Loofbossen zouden grondwaterstand op Veluwe doen stijgen
• 46 Verondersteld verband tussen klimaat en aardmagnetisch veld bestaat niet
• 47 Seismiek onthult 'fossiele' breuk bij Los Angeles
• 48 Afdrukken in modder onthullen loop van dinosauriër
• 49 Evolutie van radiale naar tweezijdige symmetrie
• 50 Een fossiele verwant van voorouder van alle zoogdieren
• 51 De eerste transoceanische dinosauriër
• 52 Wereldwoestijndag 17 juni 1999

  << Vorige uitgave: 3 | Volgende uitgave: 5 >>

41 Vulkanisme leidde op grens Frasnien/Famennien tot massaal uitsterven door voedselgebrek Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Een aantal belangrijke grenzen in de geschiedenis van de aarde wordt gekenmerkt door het plotseling massaal uitsterven van diergroepen. In steeds meer gevallen blijkt de inslag van een meteoriet (mede) verantwoordelijk te zijn geweest. Het bekendste voorbeeld daarvan is de inslag op de grens van Krijt naar Tertiair, 65 miljoen jaar geleden.

Inmiddels zijn tal van soortgelijke inslagen met vergelijkbare, directe catastrofale gevolgen in de aardgeschiedenis gereconstrueerd. De kennelijke inslag van een hemellichaam (komeet of meteoriet) op de grens tussen Frasnien en Famennien, ca. 365 miljoen jaar geleden, stelt de onderzoekers echter voor raadsels met betrekking tot het uitsterven. Er zijn duidelijke geochemische aanwijzingen (in de vorm van relatief hoge concentratie van zeldzame aardmetalen in de toen gevormde afzettingen) dat op de Frasnien/Famennien-grens een extreem grote hoeveelheid buitenaards materiaal in onze dampkring is verbrand. Daarop volgde, net als bijvoorbeeld op de Krijt/Tertiair-grens, het massale uitsterven van diersoorten, maar dat gebeurde gedurende een betrekkelijk lang tijdsinterval. Een van de mogelijke verklaringen daarvoor is dat het effect op het dierenleven, vanwege aardse processen, pas op termijn catastrofaal was. Dat strookt echter niet met het abrupt uitsterven van veel soorten na andere inslagen.

Een andere mogelijke verklaring is de inslag, geologisch gezien kort na elkaar, van een serie inslagen van (nog steeds grote) hemellichamen. Iedere inslag zou zijn eigen effect hebben gehad; dat zou een verklaring geven voor de - voor zover nu bekende - tamelijk stapsgewijze afname van de destijds geproduceerde biomassa, en eveneens voor het ontbreken van een (kortstondige) periode waarin het leven op aarde sterk gereduceerd was. Er zijn inderdaad enkele aanwijzingen (in de vorm van waarschijnlijke inslagkraters en van verspreid voorkomende concentraties van microtektieten) dat er omstreeks de genoemde grens een aantal meteorieten is ingeslagen, maar aan de andere kant lijkt het onwaarschijnlijk dat het effect van een inslag zo geologisch lang zou duren dat een serie opeenvolgende inslagen een cumulatief effect op het dierenleven zou hebben.

Volgens de Poolse geoloog G. Racki is het uitsterven omstreeks de Frasnien/Famennien-grens primair veroorzaakt door perioden van grootschalige voedseltekorten. Die zouden samenhangen met de grote fase van gebergtevorming in die tijd, waardoor diverse hydrothermale processen door het met de gebergtevorming gepaard gaande vulkanisme werden geïnitieerd. Die hydrothermale processen, waarbij warm en/of heet water uit het binnenste der aarde aan het aardoppervlak vrijkwam (deels in zee) zou geleid hebben tot pulsen in de aanvoer van warmte en van voedingsstoffen. De wisselingen daarin zouden door veel soorten niet verdragen zijn, zodat uitsterving volgde. Racki wijst erop dat een soortgelijke vorm van uitsterven lijkt te hebben plaatsgevonden op de grens van het Cenomanien en het Turonien, omstreeks 95 miljoen jaar geleden; van die tijd is bekend dat een grote 'magmapluim' uit het inwendige der aarde opsteeg en voor een sterk vergrote warmte-aanvoer zorgde. Overigens sluit Racki niet uit dat meteoriet-inslagen wel hebben bijgedragen aan het massale uitsterven op de Frasnien/Famennien-grens.

Referenties:

• Racki, G., 1999. The Frasnian-Famennian biotic crisis: how many (if any) bolide impacts? Geologische Rundschau 87, p. 617-632

42 Pannoonse Bekken onthult geheimen van schollentektoniek Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In Nederland neemt geologie binnen de natuurwetenschappen een bescheiden plaats in. Er vinden dan ook relatief weinig universitaire promoties plaats. Des te opvallender was op 23 maart de serie van drie geologische promoties aan de Vrije Universiteit (VU) van Amsterdam. Drie Hongaren promoveerden toen op onderzoek van het Pannoonse Bekken (ruwweg overeenkomend met de Hongaarse laagvlakte) en de omringende gebergten.

Het gezamenlijke onderzoeksproject leidt tot geheel nieuwe inzichten in de tektonische ontwikkeling van het gebied, dat nogal uitzonderlijk is: zo is de warmtestroom uit het inwendige der aarde (100 milliwatt per vierkante meter, met locale uitschieters tot 138 mW.m-2), ongeveer anderhalf maal zo hoog als gemiddeld over de hele aarde; het gaat daarmee om het heetste (grote) sedimentatiebekken van Europa. Dat blijkt een gevolg van de hoge ligging van de asthenosfeer, waarop de schollen van de aardkorst worden meegevoerd. Het lopende onderzoeksproject verhoogt in sterke mate het begrip van de vele uiteenlopende, complexe situaties op het gebied van de schollentektoniek.


TOPOGRAFIE VAN HET PANNOONSE BEKKEN

Het proefschrift van Szafián behandelt de complexe structuur van de aardkorst als gevolg van de schollentektoniek. Hiertoe werd gebruik gemaakt van zwaartekrachtmodellen. 3-D technieken geven een opvallend beeld van de variaties in de dikte van de aardkorst ter plaatse, dat sterk afwijkt van de eerder op basis van 2-D technieken geïnterpreteerde diktevariaties. Zo blijkt dat de aardkorst onder de West-Karpaten een vlakke basis heeft terwijl onder de Zuid-Karpaten een diepe, asymmetrische 'gebergtewortel' voorkomt. Verder blijkt dat juist ten oosten van het gebied waarnaar de meeste aandacht uitging, het onderste gedeelte van de aardkorst een opmerkelijk hoge dichtheid heeft. Szafián interpreteert dat als een gevolg van het opnemen van delen aardkorst in de aardmantel. Het proefschrift van Lenkey betreft onderzoek naar de verdunning van de aardkorst onder het Pannoonse Bekken onder invloed van rekverschijnselen. Hierdoor ontstond een groot en diep bekken, waarin dikke sedimentpakketten ontstonden. Het uitrekken van de korst leidde ook tot een aanzienlijke warmtepuls; Lenkey verklaart die door een actieve opstroom van materiaal uit de aardmantel onder het bekken. Die opstroom verklaart Lenkey door subductie (het wegschuiven van de ene aardschol onder de andere), waarbij in dit geval een vroegere watermassa (de Magura Oceaan) onder invloed van de noordwaartse beweging van Afrika westwaarts onder de Karpaten verdween.

Bada heeft metingen uitgevoerd van het spanningsveld in het Pannoonse Bekken en die spanningsvelden ook gereconstrueerd voor het Tertiair (voor het interval van ca. 50 tot ca. 4 miljoen jaar geleden), inclusief de variaties in ruimte en tijd. Op basis daarvan heeft hij de voor die spanningsvelden verantwoordelijke krachten - en daarmee de bewegingen van de betrokken aardschollen - nauwkeurig bepaald. Het blijkt dat het spanningsveld van 50 tot ca. 20 miljoen jaar geleden bepaald werd door de beweging van Afrika (inclusief Italië) naar Europa toe. Daarna werd de situatie complexer doordat daarnaast de Magura Oceaan werd weggedrukt. Het spanningsveld dat ontstond door de interactie tussen deze twee processen, is in wezen identiek aan het huidige West-Europese spanningsveld.

Referenties:

• Szafián, P., 1999. Gravity and tectonics - a case study in the Pannonian basin and the surrounding mountain belt. Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam, 153 pp.
  
• Lenkey, L., 1999. Geothermics of the Pannonian Basin and its bearing on the tectonics of basin evolution. Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam, 215 pp.
  
• Bada, G., 1999. Cenozoic stress field evolution in the Pannonian Basin and surrounding orogens. Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Heetste bekken van Europa biedt sleutel tot schollentektoniek' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (10 april 1999).

43 Pyrietmijn van Aznalcóllar weer open Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Vorig jaar ontstond er plotseling een breuk in de wand rondom een stuwmeer waarin afvalwater werd opgeslagen van de pyrietmijn bij Aznalcóllar (Zuid-Spanje). Miljoenen tonnen sterk vervuild slib werden toen met een vloedgolf meegesleurd, waarbij ook het natuurpark Doñana sterk werd vervuild. Vooral trekvogels werden getroffen door vergiftiging met zware metalen. Het werk in de mijn werd vervolgens - noodgedwongen - stilgelegd; niet zozeer vanwege de protesten die tegen de kennelijk onzorgvuldige bedrijfsvoering in het kwetsbare gebied werden geuit, als wel omdat reparatiewerkzaamheden aan het stuwmeer moesten worden uitgevoerd. Die activiteiten hebben een aantal maanden in beslag genomen, maar op 8 april zijn de werkzaamheden van de mijn zelf weer hervat.


PYRIET

Zowel van wetenschappelijke zijde als van de kant van natuurbeschermers is tegen de nieuwe ingebruikname fel geprotesteerd, omdat het idee bestaat dat de situatie rond de mijnen de toets der kritiek nog steeds niet kan weerstaan. Dat betreft zowel de veiligheid als de milieu-aspecten. Bij dat laatste telt zeer zwaar dat het stuwmeer per definitie een bedreiging blijft vormen voor het stroomafwaarts gelegen park van Doñana, dat geldt als een van de belangrijkste pleisterplaatsen van Europese trekvogels. Ook de Nederlandse Vogelbescherming heeft de hervatting van de mijnbouw als 'ontzettend onverstandig' gekenschetst, omdat een vergelijkbare ramp als die van 1998 opnieuw zou kunnen plaatsvinden. Bovendien zouden de internationale conventies ter bescherming van natuurgebieden slecht worden nageleefd in Spanje. Volgens de Vogelbescherming zouden de gebeurtenissen van vorig jaar al heel goed een nadelige invloed kunnen hebben uitgeoefend op de stand van de trekvogels in Nederland dit jaar. Mede daarom heeft de Vogelbescherming samen met de Britse zustervereniging een informatiecampagne over de pyrietmijn bij Aznalcóllar gefinancierd.

Referenties:

• Krantenbericht: Omstreden pyrietmijn weer open. NRC Handelsblad 8 april 1999.

44 Paleoklimaat niet altijd betrouwbaar via pollen te reconstrueren Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De variaties in het vroegere klimaat kennen we vooral door reconstructies van de voormalige vegetatie aan de hand van pollen die in het sediment bewaard zijn gebleven. Via onderzoek van die sedimenten, liefst laagje voor laagje (bijv. via een boorkern uit een meerbodem), krijgt men zo - via het pollenprofiel - inzicht in vroegere klimaatfluctuaties.

In juni 1998 blijkt in noordelijk Canada een proces te zijn opgetreden dat een verklaring voor de raadselachtige discrepanties kan bieden. Bewoners nabij Repulse Bay troffen op 6 juni gele 'vliezen' aan op tal van meertjes en plassen. Ze bleken te bestaan uit pollen van twee boomsoorten: 92% was van een den Pinus banksiana en 8% van een spar Picea glauca. Normaal komen er in dit Arctische gebied nauwelijks pollen van bosvegetatie terecht: gemiddeld minder dan 1 exemplaar van een soort per vierkante centimeter per jaar. Nu waren er echter honderden per vierkante centimeter gevallen binnen enkele uren.

Het blijkt dat op 1 juni een extreme depressie (850 mbar) in centraal Quebec voor hoge windsnelheden zorgden. De wind vervoerde de pollen hoog door de lucht (op ca. 1300 m hoogte) met een snelheid van zo’n 44 km/uur. Nabij Repulse Bay, 3000 km (!) verderop, nam de wind af tot minder dan 20 km/uur en vond 'uitregening' van de pollen plaats. De locale bevolking heeft nog nooit iets dergelijks meegemaakt; het gaat dus om een zeldzaam verschijnsel. De onderzoekers wijzen er echter op dat een laagje uit een boorkern die op pollen wordt onderzocht, al gauw een tijdsperiode van vele tientallen jaren vertegenwoordigt. Dat maakt de kans op het treffen van zo’n extreme pollenregel redelijk groot. Omdat de pollenregens per definitie een regionaal verschijnsel zijn, kan dat verklaren waarom diverse pollenprofielen sterk van elkaar afwijken. Voor reconstructies van het vroegere klimaat moet daarmee veel meer dan tot nu toe het geval is rekening worden gehouden: zelfs een hoge concentratie van 'warme' pollen maakt nog niet per definitie een (interglaciale) zomer.

Referenties:

• Campbell, I.D., McDonald, K., Flannigan, M.D.& Kringayark, J., 1999. Long-distance transport of pollen into the Arctic. Nature 399, p. 29-30.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Extreme pollenregen kan klimatologisch beeld verstoren' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (15 mei 1999).

Van oudsher heeft de mens in Nederland geprobeerd de grondwaterstand te beïnvloeden. Meestal ging het om verlaging van de grondspiegel, om droge voeten te houden in ons waterrijke land; tegenwoordig gaat het echter vaak ook weer om verhoging van de grondspiegel, bijv. waar afsterven van karakteristieke vegetatie door verdroging dreigt. In de loop der tijd is daarbij gebleken dat ingrepen niet altijd het verwachte effect hebben. De natuurlijke variaties in de grondwaterspiegel, die door tal van parameters worden veroorzaakt, maken het beeld nog gecompliceerder. Vooral uit het oogpunt van natuurbeheer en agrarische activiteiten wordt het echter steeds belangrijker om de grondwaterspiegel te kunnen regelen. Daarvoor is echter een goed begrip nodig van de vele processen die de grondwaterstand bepalen.

Op 3 juni promoveerde Hans Gehrels aan de Vrije Universiteit van Amsterdam op een proefschrift waarin hij die processen nader onderzocht, waarbij hij veel nadruk legde op het onderscheid tussen natuurlijke en door de mens - al dan niet opzettelijk - veroorzaakte processen. Gehrels’ proefschrift is daartoe ingedeeld in drie delen, waarvan het eerste speciaal op het bovengenoemde aspect is gericht. Via een modelleringproces bleek het inderdaad mogelijk de menselijke ingrepen in beeld te brengen, vooral op de langere termijn. Zo bleek enerzijds de invloed op de grondwaterstand van de inpoldering van de Flevopolders goed te berekenen, terwijl anderzijds de fluctuaties van de grondwaterstand op de Veluwe als gevolg van neerslagoverschotten goed konden worden gemodelleerd.


INPOLDERING VAN FLEVOLAND

In het tweede deel van het proefschrift behandelt Gehrels de mogelijkheden om grondwater aan te vullen. Daartoe maakte hij gebruik van infiltratie van water met natuurlijke tracers. Een van de resultaten was dat in bijv. bosgebieden de infiltratie van water in de bodem heel anders verloopt dan op bijv. heidevelden. Tevens werd duidelijk dat alleen een combinatie van methoden tot een betrouwbare schatting van grondwateraanvulling kan leiden.

Het derde deel behandelt het zogeheten 'Veluwe-model', dat samen met het Waterbedrijf Gelderland en NUON Water is opgesteld. Met dat model kunnen vooral de veranderingen aan de randen van de Veluwe goed worden gesimuleerd, behalve in de meest oostelijke zone, als gevolg van verstoringen door gestuwde kleipakketten.

Interessant in dit deel zijn vooral de berekeningen die zijn uitgevoerd met betrekking tot de invloed die verandering van het type bos op de grondwaterstand op de Veluwe zou hebben. Een van de onderzochte veranderingen is de vervanging van het (overwegende) naaldbos door loofbos. Het blijkt dat zo’n verandering tot een aanzienlijke verhoging van de grondwaterstand zou leiden.

Referenties:

• Gehrels, H., 1999. Groundwater level fluctuations - separation of natural from anthropogenic influences and determination of groundwater recharge in the Veluwe area, the Netherlands. Proefschrift Vrije Universiteit Amsterdam, 269 pp.

46 Verondersteld verband tussen klimaat en aardmagnetisch veld bestaat niet Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het magnetisch veld van de aarde bevat nog steeds tal van geheimen, en de relaties tussen dit veld en andere verschijnselen zijn ook nog niet erg duidelijk. Een van de merkwaardigste karakteristieken is dat het veld niet constant is: het varieert zowel in sterkte als in richting. Zo ligt de huidige magnetische noordpool inmiddels zo’n 780.000 jaar in het noorden (dit interval staat bekend als de Brunhes-periode); daarvoor is hij veelvuldig tussen noord en zuid omgekeerd. Ook de intensiteit van het veld toont uitschieters naar boven en naar beneden. De oorzaak (oorzaken?) van deze ompolingen en veranderingen in veldsterkte zijn niet goed begrepen, maar er zijn in het verleden wel enkele verbanden met andere verschijnselen gelegd. Zo kwam bij de eerste analyses naar voren dat de ompolingen opvallend vaak gepaard gingen met het massaal uitsterven van diergroepen. Toen er eenmaal meer gegevens beschikbaar kwamen, bleek de eerdere 'ontdekking' op een aantal toevallige gelijktijdige gebeurtenissen te berusten. Ook het idee dat er in de variaties een cyclus van 41.000 jaar kon worden onderscheiden, heeft enige tijd geleid tot de gedachte dat klimaat en aardmagnetisch veld aan elkaar waren gekoppeld. De 41.000-jarige cyclus is immers een van de drie belangrijke astronomische parameters waarmee de klimaatfluctuaties in het laatste IJstijdvak kunnen worden verklaard.


HET AARDMAGNETISCH VELD

Het reconstrueren van het vroegere aardmagnetisch veld blijkt inmiddels moeilijker dan men aanvankelijk dacht. Dat komt omdat de reconstructie moet plaatsvinden op basis van de karakteristieken van gesteenten die bij hun vorming aan tal van andere invloeden hebben blootgestaan. Dat heeft er inmiddels toe geleid dat tal van correctiefactoren op gemeten waarden moeten worden toegepast. Naarmate men daar meer greep op heeft gekregen wordt het uiteraard beter mogelijk om nauwkeurige waarden voor het vroegere aardmagnetisch veld vast te stellen. Dat betekent overigens niet dat het daarmee automatisch mogelijk wordt om ook een curve op te stellen die de veranderingen van het aardmagnetisch veld met de tijd weergeeft. Lang niet alle gepubliceerde waarden houden immers rekening met de inmiddels bekende noodzakelijke correctiefactoren.

Onderzoekers van het Institut de Physique du Globe de Paris hebben nu alle beschikbare gegevens over de laatste 800.000 jaar opnieuw geïnterpreteerd op basis van de nu bestaande kennis. Dat leverde een curve op die net iets verder teruggaat dan de Brunhes-periode, en daarmee zowel een ompoling als talrijke intensiteitfluctuaties omvat. Ze komen tot de conclusie dat de veranderingen in het aardmagnetisch veld worden gedomineerd door patronen met een zeer lange tijdsduur, maar zonder (binnen het tijdsbestek van 800.000 jaar traceerbare) periodiciteit. De variaties in intensiteit zijn uiteenlopend wat betreft hun sterkte, maar de gemiddelde waarde blijft voor alle acht delen van elk 100.000 jaar hetzelfde. De geomagnetische excursies blijken op te treden wanneer het dipoolmoment afneemt tot beneden een kritische waarde (40x1021 ampère per vierkante meter). Van de eerder veronderstelde relatie met het klimaat blijft na deze analyse niets over, en de gedachte dat de karakteristieke bewegingen van de aardbaan een directe, sterke invloed op de 'dynamo' van de aarde zouden hebben, moet dan ook worden opgegeven.

Referenties:

• Guyodo, Y. & Valet, J.-P., 1999. Global changes in intensity of the Earth’s magnetic field during the past 800 kyr. Nature 399, p. 249-252.
  
• Langereis, C.G., 1999. Excursions in geomagnetism. Nature 399, p. 207.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel
'Tussen klimaat en aardmagnetisch veld bestaat geen verband' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (29 mei 1999).

47 Seismiek onthult 'fossiele' breuk bij Los Angeles Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Los Angeles behoort, seismisch gezien, tot de gevaarlijkste gebieden ter wereld. Zijtakken van de beruchte San Andreas breuk zijn er immers regelmatig actief; tot de bekendste takken behoren de Santa Monica breuk en de San Fernando breuk. Een zware aardbeving, met een kracht van 6,7 op de schaal van Mercalli-Richter richtte nog begin 1994 zware schade aan, die nu geraamd wordt op zo’n 75 miljard gulden.


GRONDVERSCHUIVING IN DE SAN ANDREAS BREUK. EEN AARBEVING IN 1940 VEROORZAAKTE EEN GRONDVERSCHUIVING VAN 3 METER

De San Andreas breuk en de daarbij behorende zijtakken zijn van - geologisch gezien - betrekkelijk recente datum. De sporen van veel aardbevingen zijn ook goed zichtbaar, bijv. in de vorm van 'versprongen' sloten, hekken etc. Al langer bestond echter het vermoeden dat er in de ondergrond breukpatronen moeten voorkomen die niet aan het aardoppervlak zichtbaar zijn, doordat ze lang geleden actief waren en inmiddels met een dik pakket sediment overdekt. Ook dergelijke 'fossiele' breuken kunnen echter in een seismisch onrustig gebied weer gemakkelijk worden geactiveerd, zodat kennis van hun precieze locatie van groot belang is in een dichtbevolkt gebied.

Bij seismisch onderzoek ten behoeve van de olie- en gaswinning is nu een dergelijke 'fossiele' breuk gevonden in het gebied van de Puente Hills. Het gaat om een breuk van aanzienlijke afmetingen, met een (nu bekende) lengte van ca. 40 km, opgesplitst in drie segmenten die elk een relatief scherpe hoek (27°) maken met het aardoppervlak. Volgens geofysici zou een van de segmenten verantwoordelijk zijn voor een behoorlijk zware aardbeving (kracht 6) die in 1987 plaatsvond, met het epicentrum in Los Angeles en het hypocentrum op ca. 13 km diepte. Dat impliceert dus dat het breuksysteem ook nu nog actief zou zijn. Dat zou consequenties kunnen hebben voor de veiligheidsvoorschriften (onder meer op het gebied van bouwvoorschriften en evacuatieplannen) voor het desbetreffende gebied.

Goede voorzorgsmaatregelen lijken geen overbodige luxe, want een totale verschuiving langs het breukvlak zou volgens de betrokken geofysici kunnen leiden tot een aardbeving met een kracht van 7 op de schaal van Mercalli-Richter, terwijl een verschuiving binnen elk van de segmenten afzonderlijk een aardbeving met kracht 6,6 zou kunnen opwekken.

Referenties:

• Shaw, J.H. & Shearer, P.M., 1999. An elusive blind-thrust fault beneath metropolitan Los Angeles. Science 283, p. 1516-1518.

48 Afdrukken in modder onthullen loop van dinosauriër Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Hoe liepen de grote dinosauriërs? Geven films als Jurassic Park daarvan een goede indruk? En hoe zouden we dat precies te weten moeten komen? Voetsporen van talrijke soorten sauriërs zijn veelvuldig aangetroffen, maar hun interpretatie was vaak moeilijk, omdat de sporen vaak op een relatief harde ondergrond waren achtergelaten. Dergelijke slecht ontwikkelde loopsporen konden vaak op diverse wijzen worden geïnterpreteerd. Zo meenden bepaalde onderzoekers in de sporen van sommige van de op vier poten rondlopende dinosauriërs grote gelijkenis te herkennen met die van loopvogels. Dat zou dan een extra argument opleveren voor de afstamming van de vogels, als een uit de sauriërs afgesplitste tak.


DINOSAURUSSPOREN IN DE SPAANSE PYRINEEËN

Prachtig bewaarde sporen van dinosauriërs die zo’n 200 miljoen jaar rondliepen in Oost-Groenland, geven echter een heel ander beeld te zien. Dat beeld berust voor een deel op het feit dat de sporen werden achtergelaten in sedimenten met sterk uiteenlopende 'zompigheid'. In stevig zand maakten de sauriërs maar zeer ondiepe indrukken, soms zakten ze een eindje in een modderbodem weg. Op basis van de verschillende aspecten van de sporen die deze dieren in de verschillende sedimenten achterlieten, kan hun bewegingspatroon redelijk gedetailleerd worden gereconstrueerd: hoe dieper ze wegzakten, hoe meer van hun beweging als het ware in het sediment werd vastgelegd.

Bij vierpotige dinosauriërs was de 'kleine teen' zo sterk gereduceerd dat hij nauwelijks of niet meer te onderscheiden was. De 'grote teen' was kort en was opgehangen aan het tweede middenvoetsbeentje, midden onder de voet; bij terapoden die meer op vogels lijken, zit de grote teen min of meer aan de achterkant van de voet. Bij de eerste vogel, Archaeopteryx, was de grote teen zelfs opponeerbaar met de andere tenen. Bij verdere evolutie leidde dit bij de vogels tot de klauwen zoals we die nu kennen, waarbij de vogels zich bijv. gemakkelijk aan een tak kunnen vasthouden. De plaats van de grote teen, midden onder of achter onder de voetzool, is daarom vaak gebruikt als een criterium om vogels van andere terapoden te onderscheiden.

Bij de in Groenland gevonden sporen blijkt de 'grote teen' bij het neerzetten vogelkenmerken te vertonen, terwijl zich bij het ophalen van de voet juist de van andere terapoden bekende kenmerken voordoen. Analyse van de sporen wijst uit dat dit komt doordat de dieren hun tenen bij het optrekken van een poot naar binnen bogen. Met hun ingetrokken tenen werden hun voetindrukken langer naarmate de ondergrond drassiger was; ze konden dan kennelijk gemakkelijker 'waden' zonder hun poten rechtomhoog uit de bagger op te trekken. Vogels zoals kalkoenen blijken bij het rennen door modder precies hetzelfde te doen, een kennelijk evolutionaire overerving.

De hiel van de onderzochte sauriërs zat echter wat lager dan bij recente vogels. Dat wijst erop dat ze krachtiger dijbenen hadden. Zo zijn er op basis van de afdrukken meer anatomische gegevens te reconstrueren. Met computerbewerkingen konden de onderzoekers zo overeenkomsten en verschillen met de beweging van recente loopvogels vaststellen en visualiseren. De overeenkomsten blijken veel groter dan de verschillen, wat op zich ook weer ondersteuning geeft aan de nog steeds niet door alle deskundigen onderschreven hypothese dat de vogels van de sauriërs afstammen.

Referenties:

• Gatesy, S.M., Middleton, K.M., Jenkins Jr., F.A. & Shubin, N.H., 1999. Three-dimensional preservation of foot movements in Triassic theropofd dinosaurs. Nature 399, p. 141-144.
  
• Padlan, K., 1999. Dinosaur tracks in the computer age. Nature 399, p. 103-104.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel '3-D-sporen tonen bewegingsmechanisme van dinosauriërs' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (22 mei 1999).

49 Evolutie van radiale naar tweezijdige symmetrie Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De oudste organismen vertonen, evenals veel van de nu nog levende primitieve soorten, een radiale symmetrie (bijv. kwallen). Gedurende de evolutie is echter, vooral voor de meer complex opgebouwde dieren, een tweezijdige (links/rechts) symmetrie ontstaan. Dat geldt onder meer voor alle zoogdieren, maar ook voor veel van de minder ontwikkelde groepen zoals insecten en vissen. Waarom tweezijdige symmetrie zich gedurende de evolutie van het leven ontwikkelde (het lijkt erop dat dit gebeurde tijdens de zogeheten 'Cambrische explosie'), was tot nu toe moeilijk verklaarbaar. Er lijkt nu echter een 'sleutel' voor de oplossing van dit probleem te zijn gevonden in de vorm van genetisch materiaal.

Spaanse en Britse onderzoekers hebben namelijk 74 organismen onderzocht op een bepaald gen (18S rDNA) dat een functie vervult bij de synthese van eiwit. Door de volgordes van het DNA bij deze organismen met elkaar te vergelijken, konden ze een soort stamboom opstellen, waaruit ook de evolutionaire ontwikkeling kan worden gereconstrueerd. Uit die reconstructie kwam naar voren dat de Acoela, organismen zonder lichaamsholte (coeloom), de oudste dieren zijn met een tweezijdige symmetrie.

Acoela zijn te beschouwen als een bijzonder typen wormen. In tegenstelling tot bijv. regenwormen, die een coeloom hebben tussen het darmkanaal (dat als het ware hun 'as' vormt) en de spierlagen aan hun buitenzijde, missen zij zo’n met vloeistof gevuld coeloom. Tot nu toe werden de Acoela gerekend tot de Plathyhelminthes (platwormen), maar ze vertonen tal van afwijkende kenmerken in hun embryonale ontwikkeling. Ook hebben ze een ander zenuwstelsel. Volgens de onderzoekers horen de Acoela daarom niet thuis bij de Plathyhelminthes, maar moeten ze tot een aparte taxonomische eenheid binnen de wormen worden gerekend.

Overigens bevestigt het onderzoek dat dieren met een lichaamsholte pas ontstonden na de evolutionaire stap waarbij organismen een tweezijdige symmetrie ontwikkelden. De verdere evolutionaire ontwikkeling van de lichaamsholte zorgde voor een steeds complexere situatie. Zo is de ruimte daarvoor, in de buik- en borstholte, bij gewervelde dieren erg klein.

Referenties:

• Pennisi, E., 1999. From a flatworm, new clues on animal origins. Science 283, p. 1823-1824.
  
• Ruiz-Trillo, I., Riutort, M., Littlewood, D.T.J., Herniou, E.A & Baguña, J., 1999. Acoel flatworms: earliest extant bilaterian etozoans, not members of Plathyhelminthes. Science, 283, p. 1919-1923.

50 Een fossiele verwant van voorouder van alle zoogdieren Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Ongeveer 400 km ten noordoosten van Beijing is het complete skelet gevonden van een dier dat, op basis van zijn diverse kenmerken, kan worden beschouwd als direct verwant met de voorouder van alle thans levende zoogdieren. Het gaat bij de nieuwe vondst niet om de voorloper van alle zoogdieren, want de oudst bekende zoogdierresten zijn zo’n 200 miljoen jaar oud. Van die eerste zoogdieren is niet veel bekend: ze waren klein, hadden nog veel gelijkenis met reptielen, maar beschikten waarschijnlijk wel over een vacht; de vrouwtjes hadden ook toen waarschijnlijk al melkklieren.

De kenmerken van het nu gevonden skelet, dat ongeveer dezelfde grootte heeft als dat van een hedendaagse rat, maken de vondst opmerkelijk volgens een aantal Amerikaanse paleontologen die het inmiddels hebben gezien. Tim Rowe (Universiteit van Texas) noemt het een bizar schepsel, vergelijkbaar met de mythologische chimaera (een schepsel met een leeuwenkop, het lichaam van een geit, en een slangenstaart). Het liep kennelijk op voorpoten als van een zoogdier (met voorwaarts gerichte ellebogen) maar tegelijk op de naar buiten gebogen achterpoten van een reptiel. De tanden zijn die van de triconodonten, een groep raadselachtige vroege zoogdieren die 150-80 miljoen jaar geleden leefden, maar waarvan nauwelijks iets meer bekend is dan enkele fossiele tanden.

De kenmerken van het nu gevonden fossiele zoogdier, dat Jeholodens jenkinsi is gedoopt, wijzen erop dat het dier nauw verwant moet zijn geweest aan de gezamenlijke voorouder van alle nu nog levende zoogdieren. Het dier behoorde waarschijnlijk tot een tak die zich net van de oudere zoogdieren had afgesplitst voordat zich de takken afsplitsten waartoe de thans nog levende zoogdieren behoren. De verschillen tussen de voor- en achterpoten roepen een paar complexe vragen op met betrekking tot de evolutie van zoogdieren. Zijn bijvoorbeeld de schouders en voorpoten van de huidige zoogdieren, die grote gelijkenis vertonen met die van Jeholodens maar ook met de triconodonten, in twee of meer afgesplitste takken van zoogdieren in gelijke zin geëvolueerd, of zijn ze al eerder in de evolutie van de zoogdieren ontstaan? Maar waarom zijn ze in het laatste geval dan bij sommige groepen weer 'teruggeëvolueerd'? Een andere vraag is waarom de overgang van reptielachtig naar zoogdierachtig kennelijk zoveel eerdere optrad bij de voorpoten dan bij de achterpoten.

Referenties:

• Qiang, J., Zhexi, L. & Shu-an, J., 1999. A Chinese triconodont mammal and mosaic evolution of the mammalian skeleton. Nature 398, p. 326-330.
  
• Rowe, T., 1999. At the roots of the mammalian family tree. Nature 398, p. 283-284.
  
• Zimmer, C., 1999. Fossil offers a glimpse into mammals’ past. Science 283, p. 1989-1990.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Fossiele rat blijkt nauw verwant aan zoogdiervoorouder' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (3 april 1999).

51 De eerste transoceanische dinosauriër Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Dat sommige sauriërs goede zwemmers waren, is reeds lang bekend. Maar dat ze een oceaan konden oversteken is toch verbazingwekkend. Toch zijn resten van de op zijn achterpoten lopende vleesetende sauriër Allosaurus fragilis zowel in Europa (Portugal) als Noord-Amerika (Colorado) aangetroffen. Deze soort is daarmee de eerst bekende transoceanische sauriër. Hij was al sinds 1877 uit Colorado bekend en werd onlangs door een groep paleontologen zo’n 155 km ten noorden van Lissabon opgegraven. Het gaat om het skelet van een juveniel exemplaar, waarvan diverse onderdelen ontbreken. Wel aanwezig zijn onder meer de wervels, het bekken en enkele delen van de poten.

Het is nog niet duidelijk hoe de soort aan beide zijden van de oceaan terecht is gekomen. Uiteraard is hij niet zwemmend overgestoken. In de tijd waaruit het dier stamt, ca. 150 miljoen jaar geleden, was het supercontinent Pangea al enkele tientallen miljoenen jaren opgebroken. Noord-Amerika en Europa moeten toen het in Portugal gevonden exemplaar leefde al vele honderden kilometers van elkaar gescheiden zijn geweest. Het was voor de onderzoekers dan ook een grote verrassing om in Europa een exemplaar van deze soort te vinden.

Een van de onderzoekers, Dan Chure van het beroemde Dinosaur National Monument in Utah (Verenigde Staten), die een expert is op het gebied van Allosaurus fragilis, veronderstelt dat de soort zich al had ontwikkeld voordat de opsplitsing van Pangea een feit was. Tegen deze hypothese pleit dat de soort dan tientallen miljoenen jaren op aarde zou moeten hebben bestaan, wat uitzonderlijk zou zijn. Een andere onderzoeker, Bernardino Perez-Moreno van de Universiteit van Madrid, oppert de mogelijkheid van een landbrug, die Noord-Amerika nog geruime tijd na de opening van de Atlantische Oceaan met Europa zou hebben verbonden. Daar pleit echter tegen dat er nooit ook maar een enkele aanwijzing voor het bestaan van zo’n landbrug is gevonden.

Referenties:

• Holden, C., 1999. One dinosaur, oceans apart. Science 284, p. 903.
  
• Perez-Moreno, B.P., Chure, D.J., Pires, C., Marques da Silva, C., Dos Santos, V., Dantas, P., Povoas, L., Cachão, M., Sanz, J.L. & Galopin de Cavalho, A.M., 1999. On the presence of Allosaurus fragilis (Theropoda: Carnosauria) in the Upper Jurassic of Portugal: first evidence of an intercontinental species. Journal of the Geological Society of London 59, p. 449-452.

52 Wereldwoestijndag 17 juni 1999 Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De Verenigde Naties hebben in het kader van hun milieuprogramma (UNEP) 17 juni uitgeroepen tot 'wereldwoestijndag'. Reden is de ernstige mate waarin de huidige woestijnvorming veel gebieden voor menselijke bewoning ongeschikt maakt, en die tegelijk aan de betrokken nationale economieën grote schade berokkent. Ter gelegenheid van de wereldwoestijndag zijn in juni de eerste resultaten bekend gemaakt van een onderzoek dat sinds 1997 door de Europese Gemeenschap wordt gesubsidieerd. Het betreft een project dat door Duitse, Oostenrijke en Russische onderzoekers wordt uitgevoerd in het zuiden van de voormalige Sovjet-Unie, tussen de Zwarte en de Kaspische Zee. Daar worden momenteel grote gebieden door de woestijn veroverd. Het ergst er aan toe is Kalmukië (ruim tweemaal zo groot als Nederland), waar sinds de vijftiger jaren het percentage woestijn van 9 tot 83 is gestegen.

Het onderzoek richt zich op de invloed die de door de metaalverwerkende en textielindustrie in grote hoeveelheden uitgestoten chloorkoolwaterstoffen (vooral tetrachlooretheen en trichloorethaan, gebruikt als reiniging- en ontvettingsmiddelen) op de woestijnvorming hebben. Deze zeer vluchtige stoffen worden in de meeste landen niet of nauwelijks weggevangen met filters of anderszins. In de atmosfeer kunnen ze onder bepaalde omstandigheden worden omgezet in het voor planten giftige trichloorazijnzuur, een stof waarvan het natriumzout in de vijftiger jaren nog veelvuldig als herbicide werd toegepast. De planten nemen deze stof direct via gasuitwisseling of via het grondwater op.

Of de huidige snelle woestijnvorming tussen de Zwarte Zee en de Kaspische Zee inderdaad (mede) een gevolg is van het gevormde trichloor-azijnzuur, durven de onderzoekers nog niet met zekerheid te stellen, maar de voorlopige onderzoeksresultaten wijzen daar wel op. Tijdens twee expedities in het 700.000 km² onderzoeksgebied zijn dennennaalden verzameld die in het laboratorium zijn onderzocht. De in die naalden aanwezige concentraties trichloor-azijnzuur bleken veelvuldig hoger dan de concentraties die in zware industriegebieden in West-Europa voorkomen. Dat houdt volgens de onderzoekers in dat in ieder geval de vegetatie van steppen en halfwoestijnen aan deze toxische stof blootstaat, en daardoor waarschijnlijk geleidelijk overgaat in woestijn.

De ernst van de woestijnvorming op aarde blijkt ook uit andere resultaten van het milieuprogramma van de VN (UNEP): bijna een kwart van het landoppervlak wordt op enigerlei wijze bedreigd door erosie, uitdroging of verzilting. Jaarlijks gaat daardoor een landbouwproductie ter waarde van ruim 75 miljard gulden verloren. Daarnaast verdwijnt er jaarlijks zo’n 25 miljard ton aan teelaarde die voor voedselproductie geschikt is. Volgens de UNEP kan de snel verderschrijdende woestijnvorming alleen substantieel worden afgestopt bij een goed gecoördineerde bodembescherming. Zo’n project zou zeker 20 jaar lang moeten voortduren en een totaalbedrag vergen van zo’n 400 miljard gulden.

Referenties:

• Anoniem, 1999. Weltweit zunehmende Wüstenausbreitung - Wissenschaftler auf der Spur einer weiteren möglichen Ursache. G.O. - Wissen Online / UFZ-Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle GmbH.
  
• Anoniem, 1999. Bodenverlust bedroht ein Viertel der Erde - 70% aller bewässerten Flächen sind betreffen. G.O. - Wissen Online / Deutsche Welthungerhilfe.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel
'Woestijnvorming gevolg van uitstoot van trichloorazijnzuur' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl