NGV-Geonieuws 66

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 435 Trilobiet geeft inzicht in evolutie van lichaamssegmentatie
• 436 Steenmeteoriet bevat 'vreemde' koolstof
• 437 'Extreem oud landschap' blijkt helemaal niet zo oud
• 438 Nieuwe techniek onthult dat grondwater onder Sahara miljoen jaar oud is
• 439 IJskappen in Eurazië groeiden door invloed van grote proglaciale meren

  << Vorige uitgave: 65 | Volgende uitgave: 67 >>

435 Trilobiet geeft inzicht in evolutie van lichaamssegmentatie Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het grote aantal poten bij arthropoden (geleedpotigen, zoals kreeften) hangt samen met de segmentatie van hun lichaam: veel van die segmenten hebben een paar poten. Waarom het lichaam in de loop van de tijd tot segmentatie is overgegaan, is al heel lang onderwerp van speculatie en van onderzoek. In de afgelopen jaren heeft dat onderzoek een belangrijke impuls gekregen, mede door de toenemende kennis op het gebied van genetica en celbiologie.


AULACOPLEURA KONINCKI

Voor geologen zijn trilobieten waarschijnlijk de best bekende groep van arthropoden. Dat komt omdat er van deze uitgestorven groep extreem veel exemplaren als fossiel zijn - en nog steeds worden - gevonden. Dat betekent dat deze groep zeer geschikt is voor paleontologische studies op het gebied van evolutie. Een groep Italiaanse en Amerikaanse onderzoekers heeft daar dankbaar gebruik van gemaakt om de ontwikkeling van de segmentatie nader te analyseren. Ze verzamelden daartoe exemplaren van de soort Aulacopleura konincki in Silurische afzettingen uit Tsjechië. Volwassen exemplaren van deze soort vertonen namelijk verschillende aantallen (18-12) segmenten in hun thorax (trilobieten - letterlijk: drielobbigen - danken hun naam aan de drie duidelijk gescheiden onderdelen van hun lichaam: cephalon, thorax en pygidium, te vergelijken met hoofd, romp en staartgedeelte).

Het overvloedig beschikbare materiaal, uit tal van ontwikkelingsstadia, stelde de onderzoekers in staat om de groei en segmentatie bij deze soort gedetailleerd te bestuderen. Daarbij letten ze er onder meer op of de segmentatie vroeg of laat in de ontwikkeling optrad. Dat bleek al vroeg te gebeuren; bij verdere groei trad geen verdere segmentatie meer op. Een vergelijkbare ontwikkeling is te zien bij thans levende arthropoden zoals miljoenpoten.

De onderzoekers concluderen hieruit dat het mogelijk is om op basis van fossiel materiaal gegevens te verzamelen over de ontwikkeling van taxa die nu leven, doordat een directe vergelijking mogelijk is. Het blijkt, althans voor Aulacopleura konincki, dat de segmentatie van de thorax sterk bepaald wordt gedurende de vroege ontwikkeling, wat lijnrecht tegengesteld is aan wat algemeen werd aangenomen: tot nu toe dacht men dat eigenschappen zoals het aantal segmenten bij betrekkelijk primitieve organismen zoals trilobieten tijdens de gehele groeiperiode konden veranderen.

Referenties:

• Fusco, G., Hughes, N.C., Webster, M. & Minelli, A., 2004. Exploring developmental modes in a fossil arthropod: growth and trunk segmentation of the trilobite Aulacopleura konincki. The American Naturalist 163, p. 167-183.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Nigel Hughes, Department of Earth Sciences, University of California, Riverside, CA (Verenigde Staten).

436 Steenmeteoriet bevat 'vreemde' koolstof Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In zeven zogeheten xenolieten (gesteentefragmenten met een andere samenstelling en herkomst dan het omringende materiaal) van de Krymka chondriet (een in 1946 in de Oekraïne gevonden steenmeteoriet) is grafiet gevonden dat in tal van opzichten afwijkt van ieder ander type grafiet dat eerder in meteorieten werd aangetroffen. Deze xenolieten lichten een tipje op van de sluier die nog steeds hangt om de processen die in andere sterrenstelsels hebben plaatsgevonden. Alle meteorieten die ooit op aarde zijn gevonden zijn namelijk weliswaar afkomstig uit ons eigen zonnestelsel, maar in enkele uitzonderlijke gevallen - zoals dus bij de Krymka chondriet - bevatten ze xenolieten die ouder zijn dan onze zon.


EEN DEEL VAN DE KRYMKA-CHONDRIET

Al jaren is de Krymka chondriet onderwerp van studie, niet alleen omdat hij grafiet bevat (koolstof is zeldzaam in meteorieten en - vanwege de mogelijke implicaties voor leven - een gewild onderzoeksobject) maar ook vanwege het feit dat hij karakteristieken vertoont van blootstelling aan extreem hoge druk, zoals die voorkomt bij inslagen van grote hemellichamen. Daarmee zou de chondriet een fragment kunnen zijn van een groter hemellichaam dat vroeger met een ander groot hemellichaam in botsing is gekomen.

Het gebroken oppervlak van brokstuk N 1290/29 toont zeven grafiethoudende fragmenten. Twee Russische en een Amerikaanse onderzoeker hebben deze fragmenten splinters (kleiner dan 0,3x0,5 mm)met behulp van een scanning electron microscope (SEM) bekeken om de karakteristieken van het gebroken oppervlak te bestuderen. Ook hebben ze microscopisch (in dunne doorsneden) de schokverschijnselen onderzocht en gepolijste oppervlakken bekeken om de mineralogische samenstelling na te gaan; dat deden ze ook met SEM en EMP (electron microprobe). Ze stelden bij deze uitgebreide analyses vast dat het aanwezige grafiet afwijkt van alle andere bekende grafietvoorkomens in meteorieten wat betreft hun vorm (het vormt fraaie kristallen), grootte (veel groter dan in andere meteorieten), associatie met andere mineralen, en associatie met zwavel en met metalen. Ook de verhouding tussen de koolstofisotopen is heel anders dan van andere meteorieten bekend is.

De xenolieten moeten volgens de onderzoekers in het moedermateriaal van de chondriet terecht zijn gekomen als fragmenten van een ander hemellichaam dat botste met het hemellichaam waarvan de chondriet een restant is. Het gesteente waarvan de xenolieten afkomstig zijn moet in een chondrule-arm deel van een zonnenevel zijn opgebouwd uit twee of drie hoofdbestanddelen, waarvan er één koolstof bevatte; die koolstof maakte waarschijnlijk deel uit van organische verbindingen. Dit samenstelsel verhardde geleidelijk tot een gesteente, mede onder invloed van hoge temperaturen, waarbij de koolstofhoudende verbindingen eerst werden omgezet in koolstofrijk materiaal en daarna in grafiet. Mogelijk speelde hierbij een botsing - mogelijk zelfs een aantal botsingen - van het desbetreffende hemellichaam een rol. De oorsprong van de waarschijnlijk aan het grafiet ten grondslag liggende organische verbindingen is nog onduidelijk, maar op basis van het gevonden materiaal kan wellicht een sleutel worden ontwikkeld die toegang moet geven tot inzicht in de evolutie van het alom in de ruimte aanwezige koolstof tot koolstofrijke dampkringen om reuzenplaneten, en vervolgens wellicht zelfs tot het ontstaan van levende organismen.

Referenties:

• Semeneko, V.P., Girich, A.L. & Nittler, L.R., 2004. An exotic kind of kosmic material: graphite-containing xenoliths from the Krymka (LL3.1) chondrite. Geochimica et Cosmochimica Acta 68, p. 455-475.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Vreemd grafiet in steenmeteoriet is relict van kosmische botsing' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (6 maart 2004).

437 'Extreem oud landschap' blijkt helemaal niet zo oud Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Leken - en daarbij behoren in dit opzicht veelal ook milieubeschermers - denken gewoonlijk dat landschappen min of meer statisch zijn, en niet veranderen tenzij er door mensen wordt ingegrepen. Geologen (en meer nog geomorfologen) zien daarentegen het huidige landschap als een tussenfase, een min of meer toevallige toestand die nu is bereikt in een steeds voortgaande verandering. Toch is ook het bestaan van extreem oude landschappen wel geclaimd. Een voorbeeld daarvan is te vinden in centraal-Australië, waar het landschap van de Davenport Range - die bestaat uit Precambrische en Cambrische gesteenten die gezamenlijk het Australische craton vormen - volgens sommigen sinds het Cambrium nauwelijks zou zijn veranderd. Dat zou een gevolg zijn van een extreem lage erosiesnelheid.


HET LANDSCHAP VAN DE DAVENPORT RANGE

Het lijkt te mooi om waar te zijn: nu een Cambrisch landschap met eigen ogen aanschouwen en er ook nog in kunnen rondlopen. Het ís dan ook te mooi om waar te zijn, want recent onderzoek laat zien dat de erosie weliswaar gering is, maar toch snel genoeg om het landschap - geologisch gezien - voortdurend te laten veranderen.

Het meten van de erosiesnelheid in een dergelijk gebied is een moeilijke opgave. De onderzoekers deden dat door een combinatie van twee technieken. Het zijn complexe technieken die te ingewikkeld zijn om er hier diep op in te gaan (apatite fission track thermochronology en in situ cosmogenic radionuclide analysis). Met deze methoden kon de gemiddelde erosiesnelheid worden bepaald over 'korte' intervallen van een miljoen jaar en veel langere van honderdmiljoen jaar. Het is voor het eerst dat erosiesnelheden voor zo’n lange tijdsduur vastgesteld konden worden.

De erosie blijkt in de loop van de tijd niet altijd even snel te zijn geweest. Gedurende de meeste tijd lag de erosiesnelheid (waarmee hier de snelheid wordt aangeduid waarmee de hoogte van het maaiveld afneemt) tussen de 40 cm en 4 m per jaar. Er waren echter ook - zij het kortstondiger - perioden waarin de erosie zo’n 17 m per miljoen jaar bedroeg. De onderzoekers komen dan ook tot de conclusie dat er geen sprake kan zijn van een extreem lang nauwelijks veranderd landschap. Ze denken dat er ongeveer een kilometer sediment verdwenen moet zijn. Dat zou voornamelijk tijdens het bijna 200 miljoen jaar durende Mesozoïcum zijn gebeurd. Vanaf het Cambrium tot in het begin van het Mesozoïcum zou het Cambrische landschap met een steeds dikker wordend sedimentpakket zijn bedekt. De erosie daarvan zou aan het einde van het Mesozoïcum vrijwel volledig zijn geweest. Gedurende het Tertiair en Kwartair zou het blootgekomen oude (en zeer harde) Cambrische en Pre-Cambrische gesteente relatief langzaam zijn geërodeerd, maar er zouden in die tijd toch altijd nog tientallen meters zijn verdwenen.

Referenties:

• Belton, D.X., Brown, R.W., Kohn, B.P., Fink, D. & Fasrley, K.A., 2004. Quantitative resolution of the debate over antquity of the central Australian landscape: implications for the tectonic and geomorphic stability of cratonic interiors. Earth and Planetary Science Letters 219, p. 21-34.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Gaël Clément en Philippe Janvier, Muséum Nationale d’Histoire Naturelle, Parijs (Frankrijk).

438 Nieuwe techniek onthult dat grondwater onder Sahara miljoen jaar oud is Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Met een nieuwe techniek, die ontwikkeld is op het Argonne National Laboratory (VS), kunnen atomen van de radioactieve isotoop krypton-81 stuk voor stuk worden geteld. Dat opent tal van nieuwe onderzoeksmogelijkheden op het gebied van oceaanstromen, gletsjerbewegingen en grondwaterstroming. Deze op een laser gebaseerde techniek (aangeduid als 'Atom-Trap Trace Analysis') is bij een onderzoek van grondwater onder de Sahara inmiddels met succes getest.

Door het meten van de concentratie Kr-81 kon de ouderdom van grondwater worden vastgesteld. Kr-81 ontstaat in oppervlaktewater onder invloed van kosmische straling. Doordat deze isotoop langzaam vervalt (met een halfwaardetijd van 229.000 jaar) kan worden berekend hoe lang het water niet meer aan kosmische straling blootgesteld is geweest, dus wanneer het in de bodem is weggezakt. Het vaststellen van de concentratie Kr-81 is echter zeer moeilijk: krypton is een in de atmosfeer zeldzaam voorkomend edelgas, waarvan bovendien slechts heel weinig in water oplost. Van alle in de atmosfeer voorkomende krypton is bovendien slechts 1 op de 1.000.000.000.000 atomen de isotoop Kr-81.


ZHENG-TIAN LU NEEMT EEN WATERMONSTER IN DE OASE FARAFRA IN W. EGYPTE

Op tal van plaatsen onder westelijk Egypte hebben de onderzoekers duizenden liters grondwater opgepompt, om daaruit voldoende krypton te kunnen afscheiden. Dat gebeurde met apparatuur die hiertoe speciaal was vervaardigd door de Zwitserse leden van het onderzoeksteam. Dat gas werd samengeperst en in containers naar Bern overgebracht, waar het krypton uit elk monster werd gezuiverd; dat gezuiverde krypton werd op het Argonne National Laboratory onderzocht op het gehalte aan Kr-81. Uit dat onderzoek kon worden afgeleid dat de ouderdom van de watermonsters varieert: de jongste zijn zo’n 200.000 jaar oud, de oudste een miljoen jaar.

Door de ouderdom van monsters van uiteenlopende plaatsen te vergelijken was het ook mogelijk om de stroomsnelheid van het grondwater te bepalen. Die blijkt 1-1 m per jaar te bedragen; het water stroomt noordwaarts. Uit deze gegevens kan weer worden afgeleid waar het water in de grond moet zijn gezakt. Die locatie ligt in ZW Egypte. Als 'extraatje' kon uit de gegevens worden afgeleid dat het water in de vorm van vochtige lucht vanuit de Atlantische Oceaan over noordelijk Afrika naar dat gebied in Egypte is vervoerd, waar het als regen viel. Het luchtcirculatiepatroon was omstreeks een miljoen jaar geleden dus ook heel anders dan tegenwoordig; niet verwonderlijk, want we zaten toen midden in het IJstijdvak (Pleistoceen), dat ook in de subtropen tot duidelijk andere klimaatomstandigheden dan nu leidde.

Referenties:

• Sturchio, N.C., Du, X., Purtschert, R., Lehmann, B.E., Sultan, M., Patterson, L.J., Lu, Z.-T., Müller, P., Bigler, T., Nailey, K., O’Connor, T.P., Young, L., Lorenzo, R., Becker, R., El Alfy, Z., El Kaliouby, B., Dawood, Y. & Abdallah, A.M.A., 2004. One million year old groundwater in the Sahara revealed by krypton-81 and chlorine-36. Geophysical Research Letters 31, DOI:10.1029/2003GL019234, 4 pp.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Opgelost edelgas onthult ouderdom Saharagrondwater' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (13 maart 2004).

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Neil C. Sturchio, Department of Earth and Environmental Sciences, University of Illinois at Chicago, Chicago, Ill. (Verenigde Staten).

439 IJskappen in Eurazië groeiden door invloed van grote proglaciale meren Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Een landklimaat leidt tot koudere winters en warmere zomers dan een zeeklimaat. Dat komt door de grote warmtecapaciteit van de zee: het kost veel energie om water iets op te warmen, en bij afkoeling komt veel warmte vrij. Dat geldt natuurlijk niet alleen voor zeewater: ook grote meren oefenen een soortgelijke invloed uit op het aangrenzende gebied. In de laatste ijstijd had dat grote gevolgen voor het noordelijke deel van Europa en Azië.

Omstreeks 90.000 jaar geleden werden door de noordelijke ijskap de grote noordwaarts stromende Russische rivieren afgedamd. Dat leidde tot het ontstaan van een aantal grote meren; hun gezamenlijke oppervlakte was gelijk aan tweemaal die van de Kaspische Zee. Die grote meren zorgden ervoor dat de zomers ter plaatse kouder bleven dan anders het geval zou zijn geweest. Als gevolg daarvan kon de ijskap zich verder zuidwaarts uitstrekken.

Dat blijkt uit onderzoek van een internationaal team, dat hoge-resolutie modelsimulaties analyseerde van de atmosferische circulatie. De simulatie richtte zich in het bijzonder op de massabalans van het ijsoppervlak. Het bleek daarbij dat het ijsfront dat zich over de huidige Barentsz-Zee en Kara-Zee uitstrekte, 's zomers relatief weinig afsmolt doordat de meren over grote delen van Rusland zorgden voor een koel zomerklimaat. De ijskap kon zich daardoor steeds verder en steeds sneller naar het zuiden uitbreiden. Toen het klimaat begon te verbeteren, trok de ijskap zich langzamer terug dan zonder de aanwezigheid van de meren het geval zou zijn geweest.

Het hele proces moet op gang gekomen zijn nadat de ijskap zich tot over de Barentsz-Zee en de Kara-Zee had uitgestrekt. De reden voor die aanvankelijke uitbreiding konden de onderzoekers niet vaststellen; ze denken dat het een gevolg was van veranderende hoeveelheid zonnewarmte, die op hun beurt resulteerden in veranderingen in vegetatie, oceaanstromingen en concentratie van broeikasgassen; daardoor zou meer sneeuw zijn blijven liggen waardoor meer zonlicht werd teruggekaatst en een algemene afkoeling optrad.

Toen de ijskap zich eenmaal zo ver had uitgebreid dat de grote rivieren werden afgedamd en meren ontstonden, werden de effecten steeds sterker. De grootste uitbreiding van het ijs lag tussen 90.000 en 80.000 jaar geleden. Een dergelijke maximale uitbreiding zou in die periode normaliter niet zijn opgetreden, want op 65E N.B. (ongeveer de zuidelijke oever van de Barentz-Zee) was de hoeveelheid zonne-instraling tussen 95.000 en 85.000 jaar geleden in juni juist ongeveer met 12% toegenomen.

Toen de zonneinstraling ca. 85.000 jaar geleden nog verder toenam, begon de ijskap zich langzaam terug te trekken. Tot het moment dat de Russische rivieren niet meer werden afgedamd en de grote meren leegstroomden. Toen veranderde het klimaat weer naar 'normale' waarden, en begon het ijs zich veel sneller terug te trekken. Interessant is in deze context dat het vrij plotseling leeglopen van de grote meren (met koud water) in zee leidde tot een algemene temperatuurdaling doordat de oceanische circulatiepatronen (de zogeheten thermohaline circulatie) erdoor werd beïnvloed.

Referenties:

• Krinner, G., Mangerud, J., Jakobsson, M., Crucifix, M., Ritz, C. & Svendsen, J.I., 2004. Enhanced ice sheet growth in Eurasia owing to adjacent ice-dammed lakes. Nature 427, p. 429-432.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl