NGV-Geonieuws 97

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 586 Gravend zoogdier van 150 miljoen jaar geleden had merkwaardige eigenschappen
• 587 Meteoriet die bij inslag Meteor Crater vormde, had lage snelheid
• 588 Aardolie zou al 3,2 miljard jaar geleden uit organismen zijn ontstaan
• 589 Vulkanische aslaag blijft na eeuw nog enorme hoeveelheid warmte afgeven
• 590 Rijst en maïssiroop geven inzicht in gedrag van basaltische lava’s

  << Vorige uitgave: 96 | Volgende uitgave: 98 >>

586 Gravend zoogdier van 150 miljoen jaar geleden had merkwaardige eigenschappen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Nieuwe zoogdieren worden maar zelden aangetroffen. Dat geldt zowel voor recente als voor fossiele zoogdieren. Dat er relatief weinig fossiele zoogdieren bekend zijn, hangt nauw samen met het leven van de meeste zoogdieren op het land. De kans dat ze daar in een herkenbare vorm fossiliseren is klein (vaak worden ze als prooi gejaagd, en anders vallen ze gewoonlijk ten prooi aan aaseters). Als ze al de kans krijgen om te fossiliseren, dan wordt het gesteentepakket waarin ze zijn opgenomen vaak weer door erosie aangetast (continentale gebieden staan nu eenmaal bijna altijd bloot aan sterke erosie). Als gevolg daarvan is relatief weinig bekend over de ontwikkeling van de zoogdieren, wat misschien wel het duidelijkst tot uiting komt in de talrijke discussies over de evolutie van de mens.


Reconstructie van Fruitafossor windscheffeli
Tekening Mark A. Klinger

De vondst van een nieuwe fossiele zoogdiersoort leidt dan ook bijna altijd tot grote opwinding, want de meeste vondsten leiden tot nieuwe inzichten in de evolutie van de zoogdieren, en vaak blijken fossiele zoogdieren tot dan toe onvermoede kenmerken te hebben. Dat geldt zeker ook voor de vondst van een nieuw zoogdier uit het Laat-Jura (ca. 150 miljoen jaar geleden).


De Morrison Formatie op de vindplaats van het fossiel

Het zoogdier werd in 1998 gevonden in de Morrison Formatie even buiten het plaatsje Fruita in de Amerikaanse staat Colorado. Het skelet valt op door de sterke ontwikkeling van de voorpoten, die zonder twijfel moeten zijn gebruikt om te graven (het dier kreeg vanwege deze massieve 'armen' de koosnaam 'Popeye'). Zijn bouw wijkt echter duidelijk af, vooral in de schouderpartij, van de huidige mollen. Die lijkt veel meer op de schouderpartij van primitieve eierleggende zoogdieren zoals het vogelbekdier.

De graafcapaciteiten van zulke vroege zoogdieren waren onbekend. Volgens Dr. Luo gebruikte het dier zijn massieve armen en klauwen waarschijnlijk om ondergrondse termietenkolonies (en ongewervelde dieren zoals wormen) op te graven. Dat hij ook planten kon eten moest hem in leven houden als hij onvoldoende prooidieren kon vinden. Deze aanpassing komt bij zoogdieren vaker voor, maar werd nooit eerder bij zo’n oud fossiel aangetroffen, en ook in de 100 miljoen jaar daarna (nog) niet.

In diverse opzichten lijkt het dier op 'merkwaardige' huidige dieren. Dat geldt bijvoorbeeld voor zijn kiezen, die waarschijnlijk gedurende het hele leven continu bleven doorgroeien (en afslijten), zoals dat ook bij het gordeldier het geval is. Het gordeldier eet vooral insecten, kleine ongewervelde dieren en - soms - planten. Aangenomen mag worden dat het fossiele dier een vergelijkbaar dieet heeft gehad. Een tweede overeenkomst met het gordeldier is de extra verbinding die tussen de wervels bestaat. Deze was tot nu toe alleen bekend van het gordeldier en diens naaste verwanten: luiaards en miereneters. Voor het eerst is deze verbinding nu ook bij een fossiel zoogdier aangetroffen, wat de kijk op zoogdierevolutie sterk kan veranderen.

De nieuwe vondst is Fruitafossor windscheffeli gedoopt. De geslachtsnaam Fruitafossor is opgebouwd uit de naam van de plaats (Fruita) waar het skelet werd aangetroffen en het Latijnse woord fossor (graver). De soortnaam is gekozen ter ere van Wally Windscheffel, een vrijwillige medewerker van het Carnegie Museum, die het fossiel ontdekte. Het dier was ongeveer 15 cm groot en moet ongeveer 30 gram hebben gewogen.

Referenties:

• Luo, Z.-X. & Wible, J.R., 2005. A Late Jurassic digging mammal and early mammal diversification. Science 308, p. 103-107.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Zhe-Xi Luo, Carnegie Museum of Natural History, Pittsburgh (Verenigde Staten van Amerika).

587 Meteoriet die bij inslag Meteor Crater vormde, had lage snelheid Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De aarde zou net zo’n pokdalig gezicht hebben als de maan als onze dampkring ons niet zou beschermen tegen de inslagen door de eindeloze hoeveelheden grote en kleine fragmenten uit de ruimte die binnen de aantrekking van de aarde komen. Alleen grote meteorieten en asteroïden (gewoonlijk samengevat onder de term 'boliden') kunnen het aardoppervlak treffen, en dan nog vaak alleen maar na in een aantal fragmenten te zijn uiteengespat. Bij dat treffen wordt, als de bolide groot genoeg is, een inslagkrater gevormd. De bekendste - omdat hij geologisch gezien zo kort geleden werd gevormd en daarom zijn oorspronkelijke vorm nog grotendeels heeft bewaard - is Meteor Crater in Arizona. Juist omdat deze inslagkrater nog zo 'vers' is - en daarom veel gelijkenis vertoont met grote gebieden op de maan - is deze krater onder meer gebruikt om Amerikaanse astronauten te trainen voor de paar bemande vluchten die NASA naar de maan heeft georganiseerd.


Meteor Crater gezien vanuit het OZO
Foto Peter L. Kresan © 2005.

Meteor Crater, die ongeveer 1200 m in doorsnede is, is ontstaan door de inslag van een ijzermeteoriet. Over de grootte daarvan, de snelheid waarmee hij het aardoppervlak trof, en de hoek waaronder dat gebeurde, is veel maar niet alles bekend. Zo is de snelheid van de meteoriet oorspronkelijk geschat op 9,4 km/s, maar in de afgelopen decennia werd vrij algemeen een snelheid van 15-20 km/s aangehouden. Voor die hogere snelheid waren tal van aanwijzingen, maar hij leverde wel een probleem op: er zouden dan, uitgaande van extrapolatie van de gegevens met betrekking tot grotere inslagkraters, bij de inslag grote hoeveelheden gesteente in de krater moeten zijn opgesmolten, maar die hoeveelheid blijkt in Meteor Crater juist gering. Dat probleem houdt de deskundigen allang bezig.


Kaart met de verspreiding van gevonden meteorieten rondom Meteor Crater

Op basis van diverse argumenten zijn de deskundigen van mening dat de ingeslagen ijzermeteoriet (waarvan niets meer in de krater is terug te vinden) een min of meer bolvormig lichaam moet zijn geweest met een doorsnede van ongeveer 100 m. De ijzermeteoriet moet - net als andere ijzermeteorieten - een dichtheid hebben gehad van ongeveer 8 kg/dm³. De hoek waaronder hij de aarde trof moet ongeveer 45 graden zijn geweest. Uitgaande van die gegevens hebben twee onderzoekers van het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona nu nieuwe berekeningen uitgevoerd - op basis van een betrekkelijk eenvoudig model - waarmee de inslagsnelheid is bepaald.

Uit hun analyse blijkt dat een bepaald scenario alle karakteristieken van Meteor Crater verklaart. In dit scenario reisde de meteoriet met een snelheid van 17 km/s. Toen hij de hoogste lagen van de atmosfeer bereikte, werd hij afgeremd, waarbij hij onder druk kwam te staan. Op ongeveer 14 km hoogte moet die druk zo ver zijn opgelopen dat de meteoriet in een groot aantal stukken uiteenviel; de brokstukken vormden een soort 'pannenkoek' die op een hoogte van 5 km een wolk vormde van ongeveer 200 m in doorsnede. De snelheid van die 'wolk' bedroeg toen 13 km/s. De naar onderen snel toenemende dichtheid van de atmosfeer leidde ertoe dat veel van de kleinere fragmenten hetzij verbrandden, hetzij zo sterk werden afgeremd dat ze geen noemenswaardige sporen op het aardoppervlak achterlieten (er zijn grote aantallen ijzermeteorieten in de directe omgeving van Meteor Crater gevonden). Het grootste fragment, dat ongeveer de helft van de massa bevatte van de oorspronkelijke meteoriet, kon het aardoppervlak echter - samen met een groot aantal kleinere fragmenten - intact bereiken. Deze wolk van 1 grote en talrijke meteorieten sloeg op de plaats van Meteor Crater in met een snelheid van 12 km/s (dus vrij dicht bij de snelheid die oorspronkelijk was aangenomen!).

Bij de inslag kwam een energie vrij van 2,5 megaton TNT. Dat is minder dan de helft van de energie van het oorspronkelijke projectiel (ca. 6,5 megaton TNT); de 'verdwenen' energie was inmiddels omgezet in schokgolven in de atmosfeer. De bij de inslag vrijgekomen energie van 2,5 megaton TNT was te gering om grote hoeveelheden gesteente te doen smelten.

Referenties:

• Melosh, H.J. & Collins, G.S., 2005. Meteor Crater formed by low-velocity impact. Nature 434, p. 157. Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Jay Melosh, Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, Tucson (Verenigde Staten van Amerika)

588 Aardolie zou al 3,2 miljard jaar geleden uit organismen zijn ontstaan Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het aantal claims voor het vinden van sporen van het oudste leven op aarde zijn talrijk. Die sporen zijn vaak voor discussie vatbaar. De oudste levensvormen waarover geen discussie bestaat zijn 1,9 miljard jaar oud, maar diverse verschijnselen die direct of indirect zouden duiden op primitief leven zijn veel ouder, in enkele gevallen meer dan 3 miljard jaar. Nu is er een nieuwe claim bijgekomen, die zou wijzen op overvloedig leven 3,2 miljard jaar geleden.

Het gaat om olie en daarmee verband houdende organische verbindingen die zijn aangetroffen in de Jeerinah Formatie van NW Australië. Al eerder was olie in zeer oude gesteenten aangetroffen, maar in al die gevallen leek het ontstaan ervan te verklaren door niet-biologische processen. In het geval van de Australische gesteenten zijn er echter aanwijzingen dat de olie is gevormd door rottingsprocessen van organisch materiaal. Birger Rasmussen bestudeerde twee opeenvolgingen van zwarte schalies, van resp. 3,2 en 2,6 miljard jaar oud. Dergelijke schalies van geringere ouderdom bevatten vaak veel organisch materiaal, en onder de juiste omstandigheden kan daaruit olie ontstaan. De Australische zwarte schalies bleken dunne, discontinue streepjes kerogeen te bevatten. Kerogeen zijn een wasachtige substantie (in feite weinig anders dan een vast geworden massa van bacteriën en/of algen) die bekend is uit veel oliehoudende schalies. Het is een product dat daarin wordt gevormd uit organisch materiaal in een beginstadium van omzetting in olie. In beide zwarte schalies trof Rasmussen ook kleine asfaltbolletjes aan. Dergelijk teerachtige producten blijven vaak (als zware koolwaterstofverbindingen) achter wanneer de uit lichtere koolwaterstoffen bestaande olie uit een schalie naar een ander pakket migreert.


Zwarte schalie met daarin de duidelijk zichtbare dunne streepjes kerogeen

De aanzienlijke hoeveelheid kerogeen die Rasmussen in de zwarte schalies aantrof, wijst volgens hem op het bestaan van een oceaan waarin eencellige organismen al in zo grote hoeveelheden voorkwamen dat ze na hun afsterven en wegzinken naar de bodem voldoende organisch materiaal opleverden om de vorming van olie mogelijk te maken. Dat er in zo’n vroeg stadium van de aarde (ongeveer een miljard jaar na het ontstaan) al olie gevormd kon worden, betekent overigens niet dat de oliemaatschappijen nieuwe grote voorkomens in zulke oude gesteenten kunnen verwachten. Volgens de biochemicus John Hayes van het Woods Hole Oceanografisch Instituut was de vorming van aardolie in het Precambrium uitzonderlijk. Pas zo’n 570 miljoen jaar geleden zorgde een verandering in de koolstofcyclus ervoor dat afgestorven organismen veelvuldig in aardolie konden worden omgezet.

De economische waarde van de vondst mag dan verwaarloosbaar klein zijn, de wetenschappelijke betekenis is enorm. Niet alleen omdat de gevonden verbindingen een sterke aanwijzing zijn voor het bestaan van organismen zo vroeg in de aardgeschiedenis, maar ook omdat de Australische zwarte schalies een miljard jaar ouder zijn dan de oudste tot nu toe bekende oliemoedergesteentes. Bovendien levert de vondst zo niet het bewijs dan toch op z’n minst een zeer sterk argument dat de tot nu toe vrij algemeen aangehangen theorie dat olie en gas in zeer oud gesteente onder hoge druk ontstaan zijn door anorganische processen, onjuist is.

Referenties:

• Rasmussen, B., 2005. Evidence for pervasive petroleum generation and migration in 3.2 and 2.63 Ga shales. Geology 33, p. 497-500.

589 Vulkanische aslaag blijft na eeuw nog enorme hoeveelheid warmte afgeven Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Op 6-8 juni 1912 barstte de Novarupte uit, een vulkaan op het langgerekte schiereiland aan de zuidkant van Alaska. Met as beladen gloedwolken trokken door de nabij gelegen glaciale dalen en lieten daar hun spoor achter in de vorm van ignimbrieten, de asachtige, soms ook glasachtige, afzettingen van een gloedwolk die ook wel (verwarrend) als tuf worden beschreven. Na deze gebeurtenis konden in de nabij gelegen dalen duizenden fumarolen (stomende heetwaterbronnen) worden waargenomen. Die gaven het dalsysteem zijn naam: Valley of Ten Thousand Smokes (Dal van de 10.000 Rookpluimen). Pas zo’n 70 jaar na de uitbarsting waren de meeste fumarolen niet langer actief, maar wel werden in 1987 in een 15 m diepe insnijding in het midden van het dal, over een afstand van 300 m, nog hete bronnen aangetroffen. Het uitstromende water had een temperatuur van 20-30 °C; chemische thermometers gaven aan dat dit water afkomstig moest zijn uit een 'reservoir' met temperaturen van 30-60 °C. Dat wees erop dat de aslaag nog steeds warmte afgaf. Die warmteafgifte wordt nu geschat op 250 MW, dat is ongeveer gelijk aan enkele procenten van het totale elektriciteitsverbruik in Nederland.


De Novarupta, die in 1912 uitbarstte
Metingen gedurende een aantal jaren gaven een geleidelijke (zeer langzame) afname van de temperatuur te zien. Ook de chemie van het water bleek langzaam te veranderen. Op basis van de metingen kon Noor Hogeweg van de Universiteit van Utrecht, samen met drie collega’s van de Amerikaanse Geologische Dienst, een model opstellen dat aangeeft welke temperatuurgeschiedenis het gebied sinds de uitbarsting van de Novarupta heeft gehad.


De Valley of Ten Thousand Smokes

Op basis van eerder onderzoek is aangenomen dat bij de uitbarsting in 1912 6-7 km³ van het uitgestoten magma niet als lava uitstroomde maar anderszins (in de vorm van gloedwolken of in de lucht uitgestoten materiaal) met een temperatuur van ca. 700 °C uiteindelijk terechtkwam in de ignimbriet. De warmte-inhoud van het gehele pakket moet dan aanvankelijk zo’n 10¹⁹J hebben bedragen. In het begin moet het pakket snel veel warmte hebben afgegeven, vooral via water dat het pakket binnenstroomde en weer in de vorm van stoom verliet; in 1919 moet het warmteverlies in de orde van grootte van 20.000 MW zijn geweest. Als de warmteafgifte continue op dat niveau zou zijn gebleven, zou alle warmte in 15 jaar aan de omgeving zijn afgestaan. Die warmteafgifte nam in de jaren daarna echter snel af.

De afkoeling van het pakket gaat nog steeds door; de onderzoekers hebben uitgerekend dat de huidige warmte-inhoud van het pakket nog altijd zo’n 90% (10¹⁸J) van de oorspronkelijke waarde is. De afgifte van die warmte neemt nog steeds af, maar dat gebeurt langzaam. Daardoor zal een warmteafgifte van minder dan 100 MW nog vele tientallen jaren voortduren.

Referenties:

• Hogeweg, N., Keith, T.E.C., Colvard, E.M. & Ingebritsen, S.E., 2005. Ongoing hydrothermal heat loss from the 1912 ash-flow sheet, Valley of Ten Thousand Smokes, Alaska. Journal of Volcanology and Geothermal Research 143, p. 279-291.

Foto van de Valley of Ten Thousand Smokes: United States Geological Survey.

590 Rijst en maïssiroop geven inzicht in gedrag van basaltische lava’s Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Basaltische lava’s bestaan in twee soorten: zeer onregelmatige pakketten die bestaan uit schots en scheef op elkaar gestapelde brokstukken (naar het Hawaiiaanse woord p~hoehoe in het Nederlands pahoehoe genoemd) en meer regelmatige pakketten (naar het Hawaiiaanse woord 'a'~ in het Nederlands aa genoemd) die onder meer touwlava’s vormen. Deze verschillende pakketten ontstaan door het stollen van lavastromen met een uiteenlopend karakter: de pahoehoe-lavastromen gaan onregelmatig vooruit in de vorm van lobben waarvan de bovenzijde een dun gestold 'vlies' heeft, terwijl de aa-lavastromen zich continue voortbewegen als een front waarin gestolde brokstukken zich temidden van vloeibaar heet lava bevinden.


Een typische Pahoehoe, met touwlava

Niet alleen de gestolde gesteenten worden pahoehoe en lava genoemd, maar ook de lavastromen met die specifieke karakteristieken. Daarbij is het opvallend dat pahoehoes tijdens hun uitstromen vaak in een aa veranderen, maar dat het omgekeerde slechts zelden voorkomt. Wat daarvan de precieze reden is, is onbekend, maar het ligt voor de hand om te veronderstellen dat dat samenhangt met de toename van de viscositeit (stroperigheid) van de lavastroom, die toeneemt naarmate de hete stroom langer aan de relatief koude buitenlucht (en grond) is blootgesteld. Ook de uitkristallisatie van steeds meer kristallen bij afnemende temperatuur zou het gedrag van de lavastroom kunnen beïnvloeden.


Een typische aa met een zeer blokkig karakter

Om na te gaan hoe de veranderingen van pahoehoe in lava plaatsvinden, hebben de aardwetenschappers Adam Soule en Katharine Cashman een aantal interessante experimenten uitgevoerd. Ze gebruikten daarvoor maïssiroop die ze verdunden tot hij dezelfde viscositeit had als heet basaltisch magma. Verder gebruikten ze rijstkorrels; deze korrels, die de kristallen in de afkoelende lavastroom voorstelden, hadden dezelfde dichtheid als de verdunde maïssiroop.

Met deze simpele hulpmiddelen bootsten ze de opeenvolgende gebeurtenissen in een basaltische lavastroom na. Zo bleek dat bij een toename van de hoeveelheid rijst tot 0,3% van de totale massa (overeenkomend met meer kristallen, dus een verdere afkoeling van de lavastroom, dus een toenemende viscositeit) een laminaire stroming ontstond. Hierbij klonterden de afzonderlijke rijstkorrels aaneen, waarbij schuifvlakken tussen de afzonderlijke 'klonten' ontstonden. Uiteindelijk ontstond een rijstvrije zone van siroop aan het oppervlak van de siroop, waardoor deze stroom zich kon afscheiden van de eerder gevormde 'klonten'. Zo ontstond als het ware een aa uit een pahoehoe.

De vier hiervoor beschreven ontwikkelingsfases uit het laboratoriumexperiment komen precies overeen met metingen die zijn uitgevoerd tijdens de overgang van een pahoehoe-achtige lavastroom naar een aa-achtige lavastroom. Die overgang is nu dus goed verklaarbaar. Het blijft echter vooralsnodig onverklaarbaar waarom - in overigens zeldzame gevallen - een aa weer kan overgaan in een pahoehoe.

Referenties:

• Soule, A.A. & Cashman, K.V., 2005. Shear rate dependence of the p~hoehoe-to-’a’~ transition: analog experiments. Geology 33, p. 361-364.

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl