NGV-Geonieuws 170 artikel 1058

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Augustus 2010, jaargang 12 nr. 5 artikel 1058

Redactie: George Brouwers tot en met artikel 1023 en vanaf 1024 dr.W.M.L.(Willem) Schuurman

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 170! Op de huidige pagina is alleen artikel 1058 te lezen.

<< Vorig artikel: 1057 | Volgend artikel: 1059 >>

1058 Atmosferisch zuurstofgehalte in geologisch verleden is te bepalen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

De huidige aardatmosfeer bestaat voor ca. 21% uit zuurstof. Dat is lang niet altijd zo geweest: in het begin had de aarde een vrijwel zuurstofloze atmosfeer, maar dat veranderde al zo’n 2,4 miljard jaar geleden (zie o.a. Geonieuws 851). Echter, ook nadien is het zuurstof gehalte aan sterke fluctuaties onderhevig geweest. Zo zouden bijvoorbeeld zo’n 300 miljoen jaar geleden, aan het einde van het Carboon, de concentraties zuurstof veel hoger zijn geweest dan nu.


Bosbranden leidden in het geologisch verleden tot
uitgestrekte niveaus met houtskool
(foto Aykut Ince).


Raadselachtige verkoolde structuur uit
het Laat-Siluur of Vroeg-Devoon; mogelijk
een schimmel (vgl. de recente Gandoderma).


De zuurstof fluctuaties hebben waarschijnlijk grote invloed uitgeoefend op de evolutie van flora en fauna. Zo zou de hoge zuurstofconcentratie aan het eind van het Carboon hebben bijgedragen aan een uitzonderlijke toename van de grootte van bepaalde diergroepen (gigantisme), vooral bij insecten: de libelle Meganeura monyi bijvoorbeeld, had een spanwijdte van zo’n 70 cm! Ook zou dit tijdelijke maar wel langdurige hoge zuurstofgehalte van de atmosfeer de gewervelde dieren in staat hebben gesteld om het land te veroveren.

Hoe groot de concentratie van zuurstof in de aardatmosfeer vroeger was, kon tot nu toe alleen tamelijk ruw worden bepaald met geochemische modellen; echter, de verschillende modellen leveren vaak tegenstrijdige uitkomsten. Nu lijkt er een methode te zijn gevonden om die concentratie min of meer direct te meten, althans voor de tijd dat er een land flora is geweest die sporen achterlaat in de vorm van houtskool (de onderzoekers onderzochten materiaal tot 419 miljoen jaar oud). Planten produceren tijdens de groei door fotosynthese zuurstof (uit koolzuurgas) en min of meer dezelfde hoeveelheid zuurstof wordt verbruikt gedurende het verrotting proces, met als resultaat een neutraal effect op de totale hoeveelheid zuurstof in de atmosfeer. Worden de planten echter ‘begraven’, afgesloten van de atmosfeer, dan vindt geen verrotting plaats, en blijft een deel van de door deze planten geproduceerde zuurstof in de atmosfeer, met als gevolg een stijging van het zuurstofgehalte. Het begraven en fossiliseren van grote hoeveelheden planten in de vorm van steenkool kennen we o.a. uit het Carboon in het Laat-Paleozoicum; ook in de Nederlandse ondergrond zijn in die periode dikke steenkool lagen afgezet.


Ook uitwerpselen werden bij brand omgezet
in houtskool, zoals dit exemplaar uit het
Lockhovian (oudste Devoon) van Brown Clee
Hill in Engeland.


Grotsediment uit het Moscovian (Carboon)
van Illinois (USA) met verkoolde restanten
van coniferen.



Houtskool met een hoog gehalte aan het kooltype
inertiniet uit het Perm van Gondwanaland.


Verkoold vruchtbeginsel van een
vroege angiosperm (Krijt).


De concentratie zuurstof in de atmosfeer heeft grote gevolgen voor de brandbaarheid van tal van stoffen. Bij concentraties van minder dan 15% kunnen bosbranden, die ontstaan door bijv.Blikseminslag, zich niet uitbreiden. Bij concentraties boven 25% kunnen zelfs natte planten branden, en bij concentraties van 30-35%, zoals bijv in het Carboon zouden zijn voorgekomen, zouden bosbranden zeer frequent zijn geweest en van catastrofale omvang. Bosbranden produceren houtskool en de theorie is nu dat het houtskoolpercentage een maat voor de zuurstofconcentratie en temperratuur van de brand ten tijde van de verkoling. Hoe de verhouding precies ligt, kan experimenteel worden vastgesteld.

Op deze wijze vonden onderzoekers dat het houtskoolpercentage in (bruin)kool gedurende de afgelopen 50 miljoen jaar steeds tussen de 4% en 8% schommelt, wat aangeeft dat de atmosferische zuurstofconcentratie ongeveer gelijk moet zijn geweest aan de huidige concentratie van 21%. Oudere steenkool bevat echter soms wel tot 70% houtskool, wat wijst op grote, langdurige en extreem hete bosbranden. Dit geldt onder meer voor 320-250 miljoen jaar geleden (Carboon-Perm) en voor een periode omstreeks 100 miljoen jaar geleden (Midden-Krijt). Juist deze tijdsintervallen gaven ook grote veranderingen te zien in de ontwikkeling van de landplanten, onder meer met het tot bloei komen van coniferen in het Laat-Carboon, en van bloemplanten(Angiospermen) in het Krijt.

Volgens de onderzoekers kan hier ook een zelfversterkend proces zijn opgetreden: door het grote aantal branden werd de vegetatie over grote gebieden vernietigd, met als gevolg toenemende erosie, waardoor meer sediment werd afgevoerd dat elders afgebrande vegetatie kon bedekken, waardoor daar geen verrotting van de planten plaatsvond, waardoor de door die planten geproduceerde zuurstof niet aan de atmosfeer werd onttrokken, waardoor de zuurstofconcentratie hoger werd, waardoor meer branden konden optreden, enz., enz. Fluctuaties van de atmosferische zuurstofconcentratie zijn dus eigenlijk heel normaal. Het raadsel is, volgens de onderzoekers, juist waarom die concentratie in de afgelopen 50 miljoen jaar niet is veranderd.


Verkoold exemplaar van de recente schimmel
Gandoderma.


Onderzoeksleider Ian Glaspool.


Referenties:
  • Glasspool, I.J. & Scott, A.C., 2010. Phanerozoic oxygen concentrations reconstructed from sedimentary charcoal. Nature Geoscience 3, doi:10.1038/NGEO923, 4 pp.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Ian Glasspool, Department of Geology, The Field Museum of Natural History, Chicago, IL (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl