NGV-Geonieuws 80

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 501 Dinograf wijst op zorgzame ouders
• 502 Voorraden gashydraten blijken veel geringer dan eerder aangenomen
• 503 Ontstaan Antarctic Circumpolar Current was geen oorzaak van afkoeling
• 504 Vaste aardkorst ontstond door 'uitregening' van atmosferisch CO₂
• 505 Stromboli getroffen door reusachtige vloedgolf

  << Vorige uitgave: 79 | Volgende uitgave: 81 >>

501 Dinograf wijst op zorgzame ouders Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Opnieuw heeft de Yixian-Formatie (Vroeg-Krijt) in de Chinese provincie Liaoning een spectaculaire vondst opgeleverd. Het gaat om wat op het eerste gezicht een massagraf lijkt, met in totaal 35 fossiele dinosauriërs. Het bijzondere is echter dat het gaat om 1 volwassen exemplaar en 34 jongen, alle van het geslacht Psittacosaurus, en alle bijeen op een ruimte van ongeveer een halve vierkante meter (van het volwassen exemplaar is veel door erosie verdwenen). Deze grote concentratie op zo’n kleine oppervlakte geeft aan dat het bij de jongen om zeer jonge exemplaren moet gaan. Het gaat dan ook om exemplaren die allemaal weliswaar al enige tijd tevoren uit het ei waren gekropen (al zijn hun botten al goed gevormd), maar die toch nog niet groot genoeg waren om de wijde wereld in te trekken.


Graf van het volwassen exemplaar vanPsittacosaurus met daaromheen de 34 jongen

In de Yixian-Formatie zijn aangetroffen fossielen, zoals de gevederde dinosauriër Sinosauropteryx, gewoonlijk sterk 'afgeplat' door het gewicht van de bovenliggende lagen. In het geval van de nu gevonden exemplaren van Psittacosaurus is dat echter niet zo: de fossielen en hun directe omgeving vertonen nog de oorspronkelijke 3-dimensionale structuur. Dat levert een interessant beeld op, want het blijkt dat de jongen in een ruwweg cirkelvormig gebied liggen dat in het midden iets dieper is aan de zijkanten. Dat kan moeilijk anders worden geïnterpreteerd dan als een nest (nesten van ornithischiërs, de groep waartoe Psittacosaurus behoort, zijn goed bekend, mede door de talrijke vondsten van dergelijke nesten met eieren). Enkele nieuwsgierige jongen steken hun kop over de rand van het nest. Het volwassen exemplaar is gedeeltelijk door (recente) erosie verdwenen. Dat geldt ook voor enkele botfragmenten van sommige jongen. Verder is de verzameling skeletten echter opvallend compleet. Ook opvallend is dat de jongen geen van alle op hun zij liggen, maar met de rug naar boven en hun poten iets opzij, alsof ze staande een graf vonden; uit de restanten van het volwassen exemplaar kan worden opgemaakt dat het zo’n zelfde positie had. Merkwaardig is ook dat de jongen geen van alle over elkaar liggen, maar dat enkele kennelijk tegen het volwassen exemplaar op stonden. De omstandigheden waaronder de fossilisatie plaats vond, waren dus bijzonder.

De sleutel voor de oplossing van dit raadsel wordt gevormd door de aard van de sedimenten waarin de dieren zijn begraven. Het onderste deel van de Yixian-Formatie waarin het graf is gevonden, bestaat voornamelijk uit dungelaagde meerafzettingen die af en toe worden onderbroken door laagjes vulkanische as. Het nest ligt in een pakket mudstones waarin de sporen van wortels zijn te vinden; het ging kennelijk om een locatie vlak naast een meer. De karakteristieken van de bodem wijzen op een wat zure bodem die zich heeft ontwikkeld in sediment dat deels uit vulkanisch materiaal bestaat.

Het beeld wijst erop dat de dieren snel zijn begraven, terwijl ze nog leefden. De afwezigheid van vulkanisch glas lijkt begraving onder as uit te sluiten. De onderzoekers denken eerder aan een plotselinge bedekking door een massa sediment. Het zou kunnen zijn dat het nest overstroomde en met meegevoerde modder werd bedekt, het zou ook kunnen zijn dat het nest in een hol lag dat deels instortte. In ieder geval lijkt het erop dat de jongen geprobeerd hebben zo lang mogelijk te overleven door staand hun kop zo hoog mogelijk op te heffen. Pogingen om uit het nest te klauteren waren kennelijk nog te veel gevraagd.

Het volwassen exemplaar had waarschijnlijk aan begraving kunnen ontkomen, maar koos er kennelijk voor om bij de jongen te blijven. Dat wijst op een zorgzame ouder.die niet alleen voor pas uit het ei gekropen jongen zorgde, maar ook voor jongen die al wat ouder waren. Het is de eerste directe aanwijzing voor zulke ouderzorg bij dinosauriërs. Verrassend is dat overigens niet, want er waren al wel indirecte aanwijzingen. Bij dinosauriërs zou dus de nestzorg (hulp bij het uitkomen uit het ei, bescherming tegen roofdieren, verschaffen van voedsel, warmte en beschutting) al aanwezig zijn geweest die nu zo duidelijk voorkomt bij krokodillen en vogels, die als hun afstammelingen kunnen worden beschouwd.

Referenties:

• Meng, Q., Liu, J., Varrichio, D.J., Huang, T. & Gao, C., 2004. Parental care in an ornithischian dinosaur. Nature 431, p. 145.

Foto van Liu Jinyuan (Dalian Natural History Museum, Dalian, China) welwillend ter beschikking gesteld via David Varricchio, Department of Earth Sciences, Montana State University, Bozeman, MT (Verenigde Staten van Amerika).

502 Voorraden gashydraten blijken veel geringer dan eerder aangenomen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De olie- en gasvoorraden in de wereld blijken, volgens nieuwe berekeningsmethodes van de grote oliemaatschappijen, aanzienlijk kleiner dan eerder werd aangegeven. Dat zou kunnen betekenen, vooral ook omdat in de laatste jaren minder olie en gas werd ontdekt dan er werd verbruikt, dat een tekort aan deze fossiele brandstoffen wellicht veel eerder zal optreden dan waarmee tot nu toe rekening werd gehouden. Vaak wordt ervan uitgegaan dat gashydraten de rol van belangrijkste energiedrager kunnen overnemen wanneer aardolie (vrijwel) uitgeput raakt. Ook dat lijkt nu echter minder aannemelijk te worden.


Robotarm grijpt gashydraat van zeebodem

Gashydraten - ijsachtige verbindingen tussen methaan en kristalwater - vallen al bij geringe verstoring uiteen in hun samenstellende bestanddelen. Dat levert grote risico’s op, omdat methaangas zeer brandbaar is. Dat is een van de redenen waarom tot nu toe grootschalige winning van gashydraten niet op gang is gekomen. Er wordt echter grootschalig onderzoek gedaan om na te gaan hoe gashydraat - dat vooral voorkomt in de zeebodem en in permafrostgebieden - veilig kan worden geëxploiteerd.

De reden voor dit kostbare en tijdrovende onderzoek is dat de potentie van gashydraten enorm is. Na hun ontdekking zijn zeer optimistische uitspraken gedaan over hun mogelijke rol als energiedrager. In de zeventiger jaren en het begin van de tachtiger jaren werd de wereldwijde voorraad geschat op 1017-1018 m³. Tien jaar later was die schatting echter al met een factor 10-100 gedaald (orde van 1016 m³) en de laatste jaren werd algemeen een schatting van 2,1 x 1016 m³ aangehouden). Nu blijkt dat ook die schatting te optimistisch was, en dat een voorraad in de orde van 1015 m³ reëler lijkt. Gashydraten lijken daardoor nu niet alleen niet langer de belangrijke rol te spelen in de koolstofcyclus die er tot nu toe aan werd toegekend, maar ook wordt het steeds onwaarschijnlijker dat ze dé grote nieuwe energiebron zullen worden, al zullen zeker enkele grote 'velden' in de toekomst worden ontdekt.

Of het ooit tot grootschalige exploitatie zal komen, is onzeker. De risico’s zijn groot: bij een verstoring (bijv. een aardbeving, een ontploffende gasleiding of een omvallend exploitatieplatform) kan een hoeveelheid gashydraat spontaan - en explosief - tot ontbinding overgaan. Daarbij ontstaat uiteraard een nieuwe verstoring en zo kan - via een soort kettingreactie - een enorme ramp plaatsvinden. Er zijn bijv. aanwijzingen dat de ramp die in het begin van de vorige eeuw plaatsvond in Siberië - waarbij bomen in honderden vierkante kilometers als lucifershoutjes afbraken - en die wel wordt toegeschreven aan de inslag van een hemellichaam, in werkelijkheid het gevolg was van zo’n kettingreactie van ontbindend gashydraat in de Siberische permafrostbodem.

Referenties:

• Milkov, A.V., 2004. Global estimates of hydrate-bound gas in marine sediments: how much is really out there? Earth-Science Reviews 66, p. 183-197.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Alexei Milkov, BP America, Exploration and Production Technology Group, 501 Westlake Park Boulevard, Houston (Verenigde Staten van Amerika).

503 Ontstaan Antarctic Circumpolar Current was geen oorzaak van afkoeling Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Door veel onderzoekers wordt aangenomen dat het ontstaan van een oceaan tussen Australië en Antarctica geleid heeft tot het begin van de wereldwijde afkoeling die uiteindelijk zou leiden tot het IJstijdvak (Pleistoceen). De wereldwijde afkoeling beleefde 51-42 miljoen jaar geleden een eerste fase, en een veel aangehangen hypothese stelt dat het begin van de thermische isolatie van Antarctica daarbij een essentiële rol speelde. Die isolatie kwam tot stand toen Australië zich - door verschuiving van de continenten - zover van Antarctica had afgescheiden dat er een vrijwel gesloten zeestroom rondom Antarctica ontstond. Die zogeheten Antarctic Circumpolar Current verhinderde dat warme zeestromen uit meer nabij de evenaar gelegen gebieden Antarctica bereikten. De koude van Antarctica kon, volgens deze zienswijze, ook niet langer met zeestromen naar het noorden worden afgevoerd. Zo konden zich langzaam op Antarctica grote ijskappen vormen, die door hun witte karakter veel invallend zonlicht terugkaatsten, waardoor de afkoeling verder werd versneld.


De opening van de Tasmanian Gateway gedurende (A) Midden-Eoceen, (B) Grens Eoceen/Oligoceen, en (C) Vroeg-Oligoceen

In de niet-polaire gebieden leidde de afkoeling, die dus op Antarctica begon, pas later tot een duidelijke temperatuurdaling, namelijk in het vroegste Oligoceen, 33,5 miljoen jaar geleden. Op dat moment daalde de temperatuur van het oppervlaktewater van de oceanen wereldwijd abrupt; ook de ijskap van Antarctica begon toen plotseling snel verder aan te groeien. Daarom werd aangenomen dat toen een grote zeestroom zich een weg kon banen tussen Antarctica en Australië, en dat toen dus ook beide continenten duidelijk van elkaar gescheiden werden.

Onderzoek van nanoplankton uit boorkernen die werden opgehaald in het kader van het Deep Sea Drilling Project geven nu echter duidelijk aan dat in het midden van de eerste afkoelingsfase, omstreeks 41-42 miljoen jaar geleden, een opening tussen Australië en Antarctica ontstond (de zogeheten Tasmanian Gateway). Daarin werden mariene sedimenten afgezet (glauconiethoudende zanden), maar dat gebeurde in een zo ondiepe zee dat er nog geen sprake kon zijn van een massale waterverplaatsing zoals die door de Antarctic Circumpolar Current plaatsvindt. Dat blijkt overigens ook uit het feit dat Tasmanië toen nog duidelijk warmer was dan andere gebieden in de Zuidzee; er was dus geen zeestroom die de warmte min of meer geleidelijk verdeelde.

De afzettingen in de Tasmanian Gateway gingen pas veel later over van zandige, ondiepe sedimenten in fijnere, diepe afzettingen. Die overgang, die gepaard ging met een sterke verandering in de fossielinhoud van de sedimenten, kon goed worden gedateerd en blijkt 31 miljoen jaar geleden te hebben plaatsgevonden. Dat is dus ruim 2 miljoen jaar nadat wereldwijd ook op hoge breedte een belangrijke temperatuurdaling optrad.

Daarom is de onontkoombare conclusie dat het ontstaan van de Antarctic Circumpolar Current niet de aanleiding voor de wereldwijde afkoeling kan zijn geweest. Wat dan wel de aanleiding is geweest, blijft vooralsnog het onderwerp van (nieuwe) speculaties.

Referenties:

• Wei, W. Opening of the Australia-Antarctica Gateway as dated by nannofossils. Marine Micropaleontology 52, p. 133-152.

504 Vaste aardkorst ontstond door 'uitregening' van atmosferisch CO2 Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Ruim 4,4 miljard jaar geleden ontstond op de toen vloeibaar hete aarde plotseling een uitgekristalliseerde korst doordat grote hoeveelheden CO₂ uit de toen daaraan rijke atmosfeer plotseling 'uitregenden' en de hele aarde langdurig met een laag droog CO₂-ijs bedekte. Tot die opmerkelijke conclusie kwam Emma Yu Xiangling tijdens een presentatie op het Internationaal Geologisch Congres (Florence). Volgens haar werd door deze catastrofale gebeurtenis niet alleen de verdere afkoeling, maar zelfs de hele verdere evolutie van de aarde bepaald.


De geldende opvatting over een geleidelijke ontwikkeling 'Snowball Earth' zou onjuist zijn

Aanwijzingen voor het plotseling 'uitregenen' van CO₂, dat eerder in gasvorm in de atmosfeer terecht was gekomen door ontgassing van de vloeibaar hete aarde in zijn beginfase, zijn volgens de onderzoekster te vinden in de onderste 100 km van de atmosfeer, die nu met relatief CO₂-arme lucht is gevuld en die nog steeds een lage temperatuur (-50 tot -90 °C) heeft. Verder weerspiegelt de geologie, deels ook in de vorm van wat er uit de vroege aardgeschiedenis ontbreekt, de tijdelijk bevroren toestand waarbij allerlei 'hete' processen onder een dikke ijslaag plaatsvonden, gevolgd door een fase waarin het CO₂-ijs wegsmolt. Zo zijn de oudste metamorfe gesteenten die in de oude kernen van de continenten (cratons) bewaard zijn gebleven, ontstaan uit magmatische gesteenten, die veranderden bij relatief lage temperaturen, en die door vloeibaar CO₂ zijn veranderd. De oudste afzettingsgesteenten (carbonaten) en microfossielen (Archaea) konden ontstaan dankzij een CO₂-milieu. Verder kwam aan de opbouw van de Cryptozoïsche continenten een einde na een deglaciatie die is terug te vinden als kalksteenlagen bovenop glaciale afzettingen. Toen zich eenmaal leven op aarde explosief ontwikkelde (ca. 542 miljoen jaar geleden) gebeurde dat volgens de onderzoekster nog steeds op plaatsen die wijzen op 'vensters van water' en 'vlakke eilanden' die nog temidden van een ijsbedekking waren gepositioneerd. Juist die niet door ijs bedekte gebieden maakten volgens haar ook de plotselinge explosie van leven mogelijk.

Verdere aanwijzingen voor een met CO₂ bedekte aarde zijn terug te vinden in de oceanen, waar enorme massa’s CO₂-rijk water voorkomen. De reusachtige, ijsachtige voorkomens van gashydraten zouden ook nog steeds met de vroegere omstandigheden te maken hebben. Een ander argument vormen de hoeveelheden samengeperst vrijwel zuiver CO₂ in de lithosfeer, waarin nog wel edelgassen voorkomen (die verder grotendeels inmiddels in het universum zijn verdwenen). Dergelijke gassen zijn bekend uit gasboringen, analyses van vulkanische gassen en gasinsluitsels in kristallen die uit de aardmantel afkomstig zijn.

Volgens de onderzoekster ondersteunen waarnemingen van de ijskappen op Mars en Venus haar theorie. Die is echter zo afwijkend van de huidige opvattingen, dat meer argumenten op tafel moeten komen om aan te geven dat deze verklaring voor de plotselinge vorming van de aardkorst waarschijnlijker is dan de hypothese die stelt dat een geleidelijke afkoeling tot uitkristallisatie aan het aardoppervlak leidde.

Referenties:

• Yu Xiangling, E., 2004. The dry ice earth: a true story of planetary evolution? Abstracts 32rd International Geological Congress (Firenze, 2004) 305-14

505 Stromboli getroffen door reusachtige vloedgolf Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Ongeveer 5000 jaar geleden werd het zuidoosten van het eiland Stromboli (even ten noorden van Sicilië) getroffen door een vloedgolf die minstens 120 m hoog was. Het cynische is dat deze ontzagwekkende vloedgolf was veroorzaakt door het gedeeltelijk instorten en in zee storten van de Stromboli zelf. Met dit beeld in het achterhoofd krijgt de huidige berichtgeving over de mogelijke instorting van een vulkaan op de Canarische Eilanden (waardoor een vloedgolf zou kunnen ontstaan die zelfs New York zou kunnen overspoelen) meer betekenis: het gaat niet om een imaginair rampscenario maar om een catastrofe die zich in het betrekkelijk recente verleden daadwerkelijk heeft voorgedaan.

Het vulkanische eiland Stromboli

Het door teruglopend water van de vloedgolf beïnvloede pakket

De basis van de vulkaan op Stromboli ligt op 1500-1200 m beneden de zeespiegel, en zijn top ligt op 924 m boven zeeniveau. De vulkaan is in de laatste 100.000 jaar ontstaan, en er zijn sindsdien diverse instortingen en afstortingen geweest, mede doordat de hellingen bij verder aangroei steeds steiler werden. De laatste grote uitbarsting vond in 2002 plaats, waarbij opnieuw zowel onder als boven zeeniveau pakketten omlaag stortten; bij de laatste trad een vloedgolf op van ca. 10 m hoog.

Zo’n 5000 jaar geleden gleed een veel groter deel van de ZO-flank weg, daarbij een hoefijzervormig 'gat' achterlatend (de Sciara del Fuoco) met een breedte van ca. 3 km en zich uitstrekkend van 800 m boven tot 700 m onder zeeniveau. Daaruit kan worden berekend dat ca. 1,8 km³ weggleed; dat materiaal vormt nu een puinhelling die zich uitstrekt van 700 tot 2500 m onder zeeniveau. Al eerder werd op basis hiervan gemodelleerd dat er bij die afstorting een vloedgolf moet zijn ontstaan van waarschijnlijk meer dan 50 m hoog.

Twee onderzoekers hebben nu op de vulkaan afzettingen aangetroffen die aangeven dat de vloedgolf nog veel hoger moet zijn geweest. Het gaat om afzettingen die bestaan uit hoekige lavabrokstukken tot 70 cm lang; het pakket komt over aanzienlijke afstanden voor op 100-120 m boven zeeniveau en vormt een plaatvormige eenheid van gemiddeld ca. 2 m dik. De aard van de fragmenten is grotendeels gelijk aan het materiaal dat ter plaatse als gevolg van bodemvorming en verspoeling is ontstaan, maar de poriën zijn met ander materiaal opgevuld, de positie van de individuele fragmenten is anders, en verweerde vlakken wijzen erop dat het materiaal na de verwering moet zijn verplaatst. Overigens vallen in het pakket een onderste en een bovenste deel te onderscheiden, met verschillende karakteristieken.

Op basis van deze en diverse andere aanwijzingen komen de onderzoekers tot de conclusie dat het gaat om materiaal dat met een aanzienlijke hoeveelheid water van de bergwand omlaag is gekomen. Dit kan niet gebeurd zijn in de vorm van een modderstroom zoals die optreedt wanneer een met water verzadigde vulkaanhelling begint te schuiven: er moet een grote watermassa aan te pas zijn gekomen. Omdat de hellingen van de vulkaan overal zeer steil zijn (30-50°), is het onmogelijk dat het water afkomstig is van een plotseling leeglopend meer. Dat zou bovendien niet tot zo’n brede afzetting hebben kunnen leiden. Extreem heftige regenval kan evenmin voor de karakteristieken van het pakket hebben gezorgd. De onderzoekers komen daardoor tot de conclusie dat een enorme vloedgolf dit deel van het eiland bereikte. Uit de gehele context komen de onderzoekers tot de conclusie dat bij het afstorten van de grote gesteentemassa een vloedgolf ontstond die tot zeker 120 m boven zeeniveau tegen de vulkaanhelling opliep. Daarbij werd materiaal geërodeerd en, bovenaan (waar de snelheid van het water afnam) afgezet. Het terugstromende water erodeerde weer een deel van deze afzetting en zette het ook weer gedeeltelijk af. Zo ontstond het uit twee delen opgebouwde pakket dat nu getuigt van een catastrofe waarvoor sommigen vrezen bij de Canarische Eilanden.

Referenties:

• Tanner, L.H. & Calvari, S., 2004. Unusual sedimentary deposits on the SE side of Stromboli volcano, Italy: products of a tsunami caused by the ca. 5000 years BP Sciara del Fuoco collapse? Journal of Volcanology and Geothermal Research 137, p. 329-340.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl