NGV-Geonieuws 103

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Oktober 2005, jaargang 7 nr. 20

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 611 Binnenkern roteert sneller dan de aarde als geheel
  • 612 Nederlandse 'geosites' worden verwaarloosd
  • 613 De oorsprong van de hoogste Alpentoppen
  • 614 Overgang broeikas naar ijskast in Eoceen hing samen met koolstofcyclus
  • 615 Stierven de dino’s toch niet uit door een inslag?

    << Vorige uitgave: 102 | Volgende uitgave: 104 >>

611 Binnenkern roteert sneller dan de aarde als geheel
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geofysica ! Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !

De waarschijnlijk voornamelijk uit ijzer en nikkel opgebouwde aardkern bestaat uit een vaste binnenkern met een straal van ongeveer 1200 km en een vloeibare buitenkern met een dikte van omstreeks 2200 km. Op de een of andere manier wekt de aardkern het aardmagnetisch veld op; hoe dat precies gebeurt is nog steeds niet goed duidelijk, maar er moeten onderlinge bewegingen van magnetisch materiaal (ijzer) aan ten grondslag liggen. De aard van die bewegingen was (en is nog steeds) onduidelijk, maar het kan goed zijn dat een verschil in draaisnelheid tussen binnen- en buitenkern een rol speelt.


Xiaodong Song, die samen met Paul Richards voor het eerst de snelle omwenteling van de binnenkern opmerkte

Al in 1996 wezen Xiadong Song en Paul Richards erop, na analyse van seismologische gegevens die een periode van zo'n dertig jaar bestreken, dat de binnenkern sneller moest draaien dan de buitenkern. Zij kwamen tot een schatting dat de binnenkern per jaar ongeveer een graad meer omwenteling vertoonde dan de buitenkern. Hun onderzoek leverde sindsdien verhitte discussies op: sommige seismologen vonden hun bevindingen waarschijnlijk, anderen betwijfelden echter of de uitgangsgegevens wel voldoende betrouwbaar waren.


Schokgolven van sterke aardbevingen gaan voor een deel door de kern van de Aarde

Een team onderzoekers, waarvan Paul Richards en Xiadong Song deel uitmaakten, heeft nu doorslaggevend bewijs geleverd voor verschillende draaisnelheden. Ze deden dat door de aankomsttijden te analyseren van schokgolven die veroorzaakt zijn door aardbevingen die, op verschillende plaatsen op aarde, met tussenpozen plaatsvonden. Van de bij een aardbeving opgewekte schokgolven loopt een deel door de aardkern, voordat ze elders door een seismisch station (aan de andere kant van de aarde) worden opgevangen. Omdat de seismische karakteristieken van de vloeibare buitenkern en de vaste binnenkern verschillen, en omdat de binnenkern niet volstrekt homogeen is, levert een veranderende positie van de binnenkern t.o.v. de buitenkern een iets verschillende reistijd op van de schokgolven tussen de plaats waar de aardbevingen plaatsvonden en het seismisch registratiepunt.

In 2003 vond bij de Sandwich Eilanden een aardbeving plaats waarvan de schokgolven in Alaska werden opgevangen. In 1993 bleek op dezelfde plaats, op gelijke diepte, ook een aardbeving te zijn opgetreden, waarvan de signalen eveneens in Alaska waren opgevangen. De schokgolven die de aardkern niet waren gepasseerd, waren identiek; de schokgolven die de aardkern wel hadden doorlopen, waren echter verschillend, en kwamen in 2003 0,0090 seconde sneller aan dan in 1993. Sindsdien hebben de onderzoekers in totaal 18 van dergelijke (gelijke) gevallen gevonden, steeds met vergelijkbare resultaten.

Daarbij bleek ook dat hoe langer de twee aardbevingen van dezelfde plaats in tijd van optreden verschilden, des te groter de tijdsverschillen waren tussen de reistijden van de schokgolven van de eerste en de tweede aardbeving. Daaruit moet worden geconcludeerd dat de binnenkern voortdurend iets sneller draait dan de buitenkern. Door het grote aantal gevallen dat de onderzoekers analyseerden, konden ze ook het verschil in draaisnelheid nauwkeuriger berekenen dan eerder mogelijk was. De binnenkern blijkt 0,3-0,5 ° per jaar sneller te draaien dan de buitenkern, wat betekent dat hij in ongeveer 900 jaar tijd een omwenteling meer maakt dan de rest van de aarde.

Referenties:
  • Kerr, R.A., 2005. Earth(s inner core is running a tad faster than the rest of the planet. Science 309, p. 1313.
  • Zhang, J., Song, X., Li, Y., Richards, P.G., Sun, X. & Waldhauser, F., 2005. Inner core differential motion confirmed by earthquake waveform doublets. Science 309, p. 1357-1360.

Foto University of Illinois.
Tekening: Cornell University

612 Nederlandse 'geosites' worden verwaarloosd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

Door de privatisering van organisaties die op de een of andere manier met de bescherming van de abiotische natuur in Nederland te maken hadden (Rijks Geologische Dienst, Rijks Instituut voor Natuurbeheer) worden sommige plaatsen van groot aardwetenschappelijk belang in Nederland al meer dan 20 jaar niet in de gaten gehouden. Sommige 'geologische reservaten' zijn daardoor inmiddels verdwenen. Die harde kritiek uitte William Wimbledon tijdens de openingslezing van het 4e internationale symposium van ProGEO, dat medio september in Braga (Portugal) werd gehouden. ProGEO is een organisatie die zich, met afdelingen in vrijwel alle Europese landen, inspant om plaatsen van aardwetenschappelijke waarde erkend te krijgen als beschermd gebied.


Bedreigde sporen van Devonische tetrapoden in Ierland

Vooral gebrek aan geologische kennis leidt er toe dat er in heel Europa veel - vaak onvervangbare - aardwetenschappelijke verschijnselen verloren gaan. Het gaat daarbij niet alleen om plaatsen van zuiver wetenschappelijke waarde (bijv. de exacte plaats in een gesteentepakket waar de grens ligt tussen twee opeenvolgende geologische tijdvakken, of de vindplaats van unieke fossielen) maar ook om plaatsen met een grote educatieve waarde (bijv. riviererosie). Zowel op plaatselijk als op regionaal en landelijk niveau blijkt vaak onvoldoende kennis te bestaan over de wetenschappelijke en educatieve waarde van zulke zogeheten 'geosites'. Juist daarom is het van zulk groot belang dat overheden overgaan tot officiële bescherming, En dat ze het onderhoud (en liefst ook de voorlichting aan publiek en/of het wetenschappelijk onderzoek (mede) toewijzen aan een deskundige instantie, zoals een nationale geologische dienst. Waar dat niet gebeurt, kunnen de uitbreiding van steden, de aanleg van wegen en gewoon verwaarlozing (zoals in Nederland, waar de Rijks Geologische Dienst is opgegaan in TNO) onvervangbare schade aan deze 'geosites' toebrengen.


Breuken in onverharde sedimenten van slechte enkele eeuwen oud in de Noordoostpolder: niet meer terug te vinden

Zo zijn in een van de meest karakteristieke gebieden van Nederland (de Noordoostpolder) in de zeventiger jaren door het voormalige RIN enkele plaatsen tot een geologisch monument verheven omdat daar in de bodem verschijnselen te zien waren die van nergens anders ter wereld bekend zijn. De locaties van die plaatsen zijn door veronachtzaming inmiddels niet eens meer terug te vinden.

In Nederland betekent natuurbeheer nog steeds vrijwel uitsluitend 'beheer van de levende natuur'. Dat uit zich onder meer in voorschriften voor zandafgravingen: daar moet het gebied na afloop weer in de oorspronkelijke staat worden hersteld. Dat betekent in praktijk dat een oorspronkelijk bosgebied weer een nieuw bos moet worden, etc. Aan herstel van reliëf, type ondergrond en opbouw van de bodem wordt daarentegen als regel geen enkele voorwaarde gesteld. Dat Nederland expliciet gebrekkig natuurbeheer wordt verweten tijdens de belangrijkste lezing van een symposium waar meer dan 150 deelnemers uit meer dan 30 landen hun ervaringen over de bescherming van de abiotische natuur uitwisselden, moet een teken aan de wand zijn. Zou het om planten of dieren gaan, dan zouden direct maatregelen worden getroffen. De abiotische natuur verdient dat ook.

Referenties:
  • Wimbledon, W.A.P. & Zarlenga, F., 2005. The common approaches to geoconservation in Europe, and the considerable differences. Abstracts IV International Symposium ProGEO on the conservation of the geological heritage (Braga, 2005), p. 2.

613 De oorsprong van de hoogste Alpentoppen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen !

De Alpen zijn een klassiek geologisch gebied dat veel heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van geologische theorieën (bijv. dekbladen), en binnen de Alpen is de hoogste top, de Mont Blanc met zijn hoogte van 4810 m, een - letterlijk - grote blikvanger. Desondanks is er nog steeds veel onduidelijk over de reden hoeveel (en het tijdstip waarop) de Mont Blanc en andere hoge toppen van de zogeheten externe kristallijne massieven in de Alpen (zoals de Aiguilles Rouges) zijn opgeheven.


De top van de Mont Blanc

De Mont Blanc en Aiguilles Rouges massieven zijn zogeheten vensters in de dekbladen van de Penniden en de Helvetiden. Dat wil zeggen dat het gaat om relatief oude gesteenten die zichtbaar zijn doordat ter plaatse de jongere bedekking is verdwenen. Dergelijke vensters zijn gewoonlijk in het terrein terug te vinden als laaggelegen gebieden binnen een hogere omgeving (zoals het Venster van Theux in de Belgische Ardennen), maar in de Alpen is het allemaal veel ingewikkelder door de aanwezigheid van dekbladen: grote (kilometers dikke en tientallen kilometers lange) pakketten die door tektonische activiteit over jongere pakketten heen zijn geschoven.


De Aiguilles Rouges, die ook tot het dak van Europa behoren

De tektoniek blijkt zo gecompliceerd dat er nog steeds onderling sterk uiteenlopende theorieën bestaan over de hoge Alpenmassieven. Het gaat daarbij onder meer om de grootte van breuken (zowel wat betreft hun lengte als de erlangs horizontaal en verticaal opgetreden verschuivingen), maar ook om de totale opheffing die de massieven hebben ondergaan. Volgens onderzoek van een team van Franse en Duitse onderzoekers, die uiteenlopende analysetechnieken hebben gebruikt, bedroeg de opheffing van de Aiguilles Rouges niet meer dan de dikte van de overliggende dekbladen (ongeveer 10 km), terwijl het massief waarvan de Mont Blanc uitmaakt van 15-20 km diepte moet zijn gekomen.

De opheffing van de beide massieven begon omstreeks 22 miljoen jaar geleden, waarschijnlijk boven een breuksysteem dat zich toen net begon te ontwikkelen. De verticale beweging langs deze breuk droeg 4-8 km bij aan de totale opheffing van de massieven. Aanvankelijk ging de beweging van de twee massieven (Mont Blanc en Aiguilles Rouges) gelijk op, maar daaraan kwam omstreeks 4 miljoen jaar geleden een einde. Sindsdien is de verplaatsing van het Mont Blanc massief sneller gegaan dan die van de Aiguilles Rouges, vooral door verschuiving langs een noordwaarts hellend breukvlak dat de zuidkant van dit gebied begrenst. In totaal is er een opheffing geweest van omstreeks 20 km. Door omgekeerde bewegingen langs een breukvlak is daarvan echter in de loop der tijd weer een deel teniet gedaan.

Referenties:
  • Leloup, P.H., Arnaud, N., Sobel, E.R. & Lacassin, R., 2005. Alpine thermal and structural evolution of the highest external crystalline massif: the Mont Blanc. Tectonics 24, doi:10.129/2004TC001676.

614 Overgang broeikas naar ijskast in Eoceen hing samen met koolstofcyclus
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

Omstreeks 55 miljoen jaar geleden (Vroeg-Eoceen) was het klimaat op aarde zeer warm; daarna begon de temperatuur af te koelen. Dat gebeurde - zoals kan worden vastgesteld aan fossiele foraminiferen - eerst met kleine stapjes, 51, 48, 45 en 42 miljoen jaar geleden. Omstreeks 34 miljoen jaar geleden, op de grens van Eoceen en Oligoceen, begon een sterke temperatuurdaling waardoor ijskappen op Antarctica begonnen te ontstaan, en sindsdien is de temperatuur op aarde relatief laag gebleven, met zelfs een afwisseling van ijstijden en tussenijstijden in de laatste twee miljoen jaar. Een team onderzoekers uit Cambridge en Stockholm heeft, aan de hand van boorkernen uit het tropische deel van de Stille Zuidzee, uitgezocht onder welke omstandigheden de omslag in temperatuur kon plaatsvinden.


Overgang van carbonaatrijke naar carbonaatarme sedimenten bij einde van Eocene glaciatie, 41 mijoen jaar geleden

Bij het onderzoek hebben vooral kalkige fossielen veel informatie prijsgegeven. Dat komt doordat hun bouwmateriaal - calciet of aragoniet (CaCO3) - relatief weinig van het lichte zuurstofisotoop O-16 bevat en juist veel van O-18. Dat komt doordat bij de verdamping van zeewater water (H2O) met een lichte zuurstofisotoop iets gemakkelijker verdampt dan water met de zware isotoop. Onder 'warme' omstandigheden stroomt het verdampte water dat op het land uitregent weer naar zee terug, zodat daar de verhouding tussen de zuurstofisotopen min of meer constant blijft. In een koud klimaat blijft het echter als sneeuw (en later als ijs) op het land achter, waardoor het zeewater geleidelijk iets minder O-16 gaat bevatten. Dat weerspiegelt zich in de verhouding tussen de zuurstofisotopen in kalkskeletjes. Dat is een bekend gegeven.


Vereenvoudigd schema van omstandigheden die leiden tot neerslag van carbonaten

De onderzoekers keken in dit geval echter ook naar het magnesiumgehalte in de schelpjes. Daardoor konden ze twee effecten (de watertemperatuur en de grootte van de ijskappen) op een spitsvondige wijze van elkaar scheiden. Daarbij vonden ze dat het verhogen van het O-18 gehalte in de schelpjes vooral een gevolg was van aangroeiende ijskappen op Antarctica, en veel minder een gevolg van kouder zeewater (dat aanvankelijk waarschijnlijk alleen op hoge breedte sterk afkoelde). Zo stellen ze vast dat er al in het Eoceen een soort mini-ijstijden op Antarctica optraden, maar de ijskappen waren niet blijvend. Dat was wel het geval vanaf het begin van het Oligoceen, toen de ijskap op Antarctica waarschijnlijk net zo dik was als nu. Ook op Groenland moet er toen al een ijskap hebben bestaan.

Waarom de Eocene ijskappen niet stabiel waren en de Oligocene wel, is niet geheel duidelijk. Het onderzoek toont duidelijk aan - via eveneens optredende veranderingen in de verhouding tussen de diverse koolstofisotopen - dat de koolstofcyclus veranderde. Volgens de onderzoekers kan dat gekomen zijn doordat de opheffing van de Himalaya’s leidde tot versnelde chemische verwering; dat kost atmosferisch CO2. Ook zou in het Oligoceen de plantaardige bioproductiviteit zijn gestegen, wat ook CO2 aan de atmosfeer onttrekt. Door de daling van het atmosferisch gehalte van dit broeikasgas zouden temperatuurverhogende factoren zoals vulkanische uitbarstingen (en schommelingen in de aardbaan etc.)niet langer voldoende zijn geweest om de ijskappen te destabiliseren.

Referenties:
  • Kump, L.R., 2005. Foreshadowing the glacial area. Nature 436, p. 333-334.
  • Tripati, A., Backman, J., Elderfield, H. & Feretti, P., 2005. Eocene bipolar glaciation associated with global carcon cycle changes. Nature 436, p. 341-346.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Aradhna Tripati, Department of Earth Sciences, University of Cambridge, Cambridge (Engeland).

De foto is afkomstig uit: W.M. Lyle et al. (2002), Paleogene equatorial transect. Proc. ODP Init. Rept. 199, 87 pp.
De tekening is afkomstig uit: H. Ederfield (2002), Carbonate mysteries. Science 296, p. 1618-1621.

615 Stierven de dino’s toch niet uit door een inslag?
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Dat de inslag, 65 miljoen jaar geleden, van een hemellichaam met een doorsnede van zo’n 10 km grote gevolgen gehad heeft voor de aarde, staat vast. Op dat moment, de grens tussen Krijt en Tertiair, stierven extreem veel planten- en diersoorten uit (80-90% van de mariene diersoorten en zo’n 85% van de op het land levende soorten), onder meer bijna alle dinosauriërs. Toch beginnen steeds meer onderzoekers te twijfelen aan de inslag als voornaamste oorzaak van de massauitsterving. Er vonden op hetzelfde moment namelijk ook andere processen plaats die het leven buitengewoon moeilijk, zo niet onmogelijk, moeten hebben gemaakt.


Basaltgroeve in de Deccan Traps nabij Pune

Een van die processen was het ontstaan van de Deccan Traps, een gebied van meer dan 500.000 km² in India met basaltuitvloeiingen. De totale hoeveelheid uitgevloeid basalt wordt geschat op 2-3 miljoen km³. Dergelijke uitvloeiingen gaan gepaard met het vrijkomen van grote hoeveelheden gassen uit het inwendige der aarde. Die gassen zijn deels giftig, en kunnen deels ook andere negatieve gevolgen hebben (bijv. broeikasgassen). Of het vrijkomen van die gassen bijdraagt aan het uitsterven van soorten, hangt uiteraard af van de snelheid waarmee dat vrijkomen gebeurt, alsook van de tijd tussen twee opeenvolgende fasen van uitvloeiing (omdat de natuur zich in de tussentijd weer kan herstellen).


Uitzicht over de bovenste basaltlagen van de Deccan Traps

Een groep onderzoekers heeft nu uitgezocht hoe een en ander zich afspeelde. De datering van de diverse lavapakketten was daarbij uiteraard van groot belang. Door gebruik te maken van een combinatie van radiometrische dateringsmethoden en bepalingen van het (vroegere) aardmagnetisch veld kon - in samenhang met het onderzoek van verweringsbodems die fasen aanduiden waarin geen nieuwe uitvloeiingen plaatsvonden - een goed beeld worden verkregen van de ontwikkeling van een basaltpakket van 600 m dik.

Het blijkt dat dit pakket is gevormd in een tijdsbestek van minder dan 30.000 jaar, mogelijk zelfs minder dan 12.000 jaar. Dat betekent dat de bij de basaltuitvloeing behorende uitstoot van schadelijke gassen (in het bijzonder zwavelverbindingen) ook in zo’n korte tijd moet hebben plaatsgevonden. Om hoeveel gas het precies ging is nog niet geheel duidelijk (dat wordt nog onderzocht), maar het moet - volgens de eerste bevindingen - ruimschoots voldoende zijn geweest om het klimaat op aarde zodanig te veranderen dat een massauitsterving het geval was.

De onderzoekers wijzen erop dat het niet gaat om een unieke situatie. Volgens hen vallen de meeste massauitstervingen in de laatste 300 miljoen jaar samen met fasen van grote vulkanische activiteit. Uiteraard is het overigens wel goed mogelijk dat de inslag van het hemellichaam de druppel was die de emmer (van het al zwaar onder druk staande milieu) deed overlopen.

Referenties:
  • Chenet, A.-L., Courtillot, V., Fluteau, F., Besse, J., subbarao, K.V., Khadri, S., Bajpai, S. & Jay, A., 2005. Magnetostratigraphy of the upper formations of the Deccan traps: an attempt to constrain the timning of the eruptive sequence. Geological Society of America Program and Abstracts 'Earth System Processes 2' (Calgary, 2005), 37-6, 1 pp.

Foto’s: Anne-Lise Chenet, Laboratoire de Paléomagnetisme, Institut de Physique du Globe de Paris, Parijs (Frankrijk), via de Geological Society of America.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl