NGV-Geonieuws 150 artikel 943

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


7 Juli 2008, jaargang 10 nr. 7 artikel 943

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon
Geologisch Instituut, Adam Mickiewicz Universiteit, Poznan (Polen)

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 150! Op de huidige pagina is alleen artikel 943 te lezen.

<< Vorig artikel: 942 | Volgend artikel: 944 >>

943 Mantelpluim onderliggende oorzaak van grootste massauitsterving
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

De grootste massauitsterving van de aardgeschiedenis vond ongeveer 251 miljoen jaar geleden plaats en kenmerkt de grens tussen Perm en Trias, dus ook tussen Paleozoïcum en Mesozoïcum. Over de oorzaak van de massauitsterving zijn tal van hypotheses opgesteld; het meest waarschijnlijk is dat een aantal extreme situaties in de tijd samenviel, en dat die gezamenlijk een milieu veroorzaakten waarin slechts weinig plant- en diergroepen konden overleven. Een van de factoren was waarschijnlijk het uitvloeien van onvoorstelbaar grote hoeveelheden basaltische lava in Siberië, maar de op de P/T-grens optredende grote veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer en het zeewater kunnen daar niet alle mee worden verklaard. Zo wijst de isotopenverhouding van koolstof in fossielen en kalkafzettingen erop dat er ten tijde van de overgang van Perm naar Trias een grote hoeveelheid 'fossiele’ koolstof moet zijn vrijgekomen; die zou afkomstig kunnen zijn van methaangas dat vrijkwam door het uiteenvallen van gashydraten in de zeebodem en/of periglaciale gebieden. Maar naar alle waarschijnlijkheid zijn er meer uitzonderlijke processen aan de gang geweest. Het lijkt er bijvoorbeeld op dat de vorming van kalksteen in zee meer weg had van de vorming in het Precambrium (door microorganismen) dan door de organismen (koralen, sponzen, etc.) die in het Paleozoïcum kalksteen opbouwden.


Schema van een mantelpluim (rood), die opstijgt van af de grens
tussen aardkern (zwart) en aardmantel (geel) (niet op schaal)

De veelheid van bijzondere omstandigheden heeft al vaker geleid tot de overweging dat er mogelijk een achterliggende oorzaak moet zijn, en daarbij is onder meer het optreden van een grote mantelpluim verondersteld. Een mantelpluim is een hoeveelheid magma die, vaak vanaf de onderzijde van de aardmantel, opstijgt en doordringt in de aardkorst. Voor het optreden van zo’n mantelpluim omstreeks de P/T-grens waren echter nooit duidelijke aanwijzingen gevonden. Een team van Amerikaanse en Iraanse onderzoekers heeft nu echter, op basis van veldonderzoek in Iran en China, een model opgesteld waarin alle verschijnselen een logische plaats hebben, en waarin inderdaad een mantelpluim de uiteindelijke oorzaak is van alle gebeurtenissen die de grootste massauitsterving op aarde veroorzaakten.


De eilanden van Hawaiï danken hun bestaan aan een mantelpluim
die vanaf de diepzeebodem hoge vulkanen heeft doen ontstaan
(figuur United States Geological Survey)

Volgens de onderzoekers veroorzaakten de intrusies vanuit de opstijgende mantelpluim in de gesteenten op het continentaal plat het uiteenvallen van gashydraten in de zeebodem. Daardoor kwam veel methaangas (CH4) in het zeewater terecht. Geringere hoeveelheden methaan kwamen in het zeewater terecht door het versneld 'verkolen’ van organische stoffen in de bodemsedimenten en doordat de intrusies gas en olie uit reservoirgesteenten vrijmaakten via breukvorming. Door de zuurstof in het zeewater werd het overgrote deel van het methaan omgezet in koolzuurgas (CO2), waarbij dit CO2 een andere isotopensamenstelling had dan het atmosferische CO2, omdat het voor een zeer groot deel uit fossiele’ koolstof bestond. Dit verklaart de afwijkende isotopenverhouding van zowel kalkhoudende gesteenten als fossielen uit die tijd. Beide zijn echter relatief schaars, want het vele opgeloste CO2 leidde tot verzuring van het zeewater waardoor kalkgesteenten op het continentaal plat werden opgelost. Dat verklaart waarom mariene sedimenten op de P/T-grens voornamelijk uit siliciklastische gesteenten bestaan.

Het zeewater gaf geleidelijk steeds meer CO2 en CH4 af aan de atmosfeer. Beide zijn broeikasgassen (CH4 veel meer dan CO2), wat de sterke wereldwijde temperatuurstijging op het eind van het Perm verklaart. Deze opwarming leidde er toe dat in de polaire gebieden de in de permafrost aanwezige gashydraten ook uiteenvielen, waardoor nog meer methaan in de atmosfeer terechtkwam, waardoor uiteindelijk een 'Permisch inferno’ ontstond. Tegelijk kwamen er ook nog eens veel gassen vrij door de uitvloeiing van de enorme basaltmassa’s in Siberië. Ook op het land leidde dit in planten en carbonaten (onder meer in de vorm van caliches: kalkkorsten die bij bodemvorming kunnen ontstaan) tot afwijkende waarden voor de verhouding tussen de koolstofisotopen. Al deze ontwikkelingen zorgden voor zodanige veranderingen van het milieu, zowel op land als in de zee, dat de ecosystemen volledig van slag raakten en dat slechts weinig plant- en diergroepen konden overleven. Op het land speelde daarbij zure regen waarschijnlijk een belangrijke rol.


Model voor de gevolgen van de mantelpluim op de P/T-grens
(figuur uit het aangehaalde artikel

Toen de mantelpluim niet verder meer steeg en geleidelijk afkoelde gedurende het Vroeg-Trias, kwam er een eind aan de vrijzetting van methaangas, en stopten ook de basaltuitvloeiingen. Aanvankelijk kregen vooral primitieve organismen weer een kans; dat verklaart waarom toen 'primitieve’ kalksteenpakketten op de zeebodem werden afgezet. Het hele gebeuren, vanaf het opstijgen van de mantelpluim tot het herstel van de biosfeer moet volgens de onderzoekers zeker tweemiljoen jaar hebben geduurd.

Referenties:
  • Heydari, E., Arzani, N. & Hassanzadeh, J., 2008. Mantle plume: the invisible serial killer - application to the Permian-Triassic boundary mass extinction. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 264, p. 147-162.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl