NGV-Geonieuws 116

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Mei 2006, jaargang 8 nr. 9

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 676 Enorme vloedgolf in Grand Canyon na doorbreken van lavadam
  • 677 Bodemerosie bij Maya’s hing niet samen met populatiedruk
  • 678 Einde van een sprookje: massauitsterving op grens Krijt/Tertiair was geen gevolg van meteorietinslag
  • 679 Hawaii groeit tweemaal zo snel aan als gedacht
  • 680 Satellietmetingen geven nieuwe opheffing van caldera in Yellowstone aan

    << Vorige uitgave: 115 | Volgende uitgave: 117 >>

676 Enorme vloedgolf in Grand Canyon na doorbreken van lavadam
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Tussen 630.000 en 100.000 jaar geleden werd de Colorada Rivier in het westelijke deel van de Grand Canyon minstens 13 maal afgedamd doordat basaltische lavastromen zich in de canyon stortten. De dammen die daarbij ontstonden waren tot zo’n 600 m hoog, waardoor diepe stuwmeren - met een lengte van soms meer dan 500 km - werden gevormd. Afhankelijk van de grootte van die 'stuwmeren' duurde het (indien de afvoer van de Colorado Rivier toen net zo groot was als nu) een paar dagen tot zo’n 23 jaar voordat die meren waren volgelopen. In die meren kwamen soms ook lavastromen uit, die dan plotseling - onder de vorming van veel stoom - werden afgekoeld. Daarbij ontstonden gesteenten die als ‘hyaloklastiet’ worden aangeduid.


De basis van de lavadam


Geslumpt materiaal van een hyaloklastiet


Zodra een meer was volgelopen met water, liep de dam over, waarbij het stromende water in korte tijd de lava zo ver uitschuurde dat er plotseling enorme watermassa’s in de Grand Canyon vrijkwamen. Volgens recent onderzoek moet daarbij in één geval meer dan 10 miljard kubieke meter water (10 kubieke kilometer) binnen 31 uur zijn vrijgekomen. Omdat het kolkende water de dam steeds verder uitschuurde, is het niet mogelijk om exact de maximale afvoer vast te stellen, maar de onderzoekers gaan voor de grootste stortvloed uit van een maximum van ruim 500.000 kubieke meter per seconde. Dat is ruim tienmaal zoveel als de grootste vloedgolf die ooit in de Verenigde Staten ontstond door het bezwijken van een kunstmatige stuwdam.



De - inmiddels ingesneden - dam van een lavastroom die in het water eindigde


De sporen van dergelijke vloedgolven zijn duidelijk terug te vinden. Zo werden door de extreme stromen afzettingen gevormd met een grootschalige scheve gelaagdheid. Deze is nu op sommige plaatsen terug te vinden op enkele honderden meters boven het huidige niveau van de Colorado Rivier. Er werden ook enorme blokken meegevoerd die, net als rolstenen in een rivier, in hun meest stabiele positie (d.w.z. dakpansgewijs over elkaar) bleven liggen. De sterke uitschuring tijdens de heftige stromen had ook andere gevolgen. Zo werden ook de wanden van de canyon op veel plaatsen zo steil dat massa’s materiaal (bijv. van hyaloklastieten) omlaag gleden. Dergelijke slumpmassa’s konden op hun beurt ook weer de rivier geheel of gedeeltelijk afdammen, en vielen later ook zelf weer ten prooi aan uitschuring.


Enorme scheve gelaagdheid wijst op de enorme watermassa die plotseling in de Grand Canyon vrijkwam


Deze enorme blokken werden als 'rolstenen' door het kolkende water vervoerd en op elkaar gelegd


Door al deze processen heeft de Colorado Rivier een aantal merkwaardige verschijnselen. In de door afdamming gevormde meren kon slib bezinken, dat zich tot hoog boven de oorspronkelijke rivierbedding kon opstapelen. Doordat er op verschillende plaatsen (over een lengte van ca. 15 km) in de loop der tijd verschillende dammen zijn ontstaan en weer afgebroken, zijn er een aantal ‘terrassen’ gevormd waarin de rivier zich heeft ingesneden.

Referenties:
  • Fenton, C.R., Webb, R.H. & Cerling, T.E., 2006. Peak discharge of a Pleistocene lava-dam outburst in Grand Canyon, Arizona, USA. Quaternary Research 65, p. 324-335.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Cassie Fenton, GeoForschungsZentrum Potsdam, Potsdam (Duitsland).

677 Bodemerosie bij Maya’s hing niet samen met populatiedruk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie ! Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

De bodems in de door de Maya’s bewoonde zuidelijke laaglandgebieden van Belize, Guatemala, Honduras en Mexico zijn vaak opvallend dun. Bovendien blijken ze in de tijd van de Maya’s - ruwweg tussen 1000 v.Chr. en 900 n.Chr. - sterk verslechterd te zijn, enerzijds door sedimentatie over de vruchtbare bodem heen, anderzijds door erosie van de bodem. Een en ander is al lang in verband gebracht met de landbouwactiviteiten van de Maya’s, waarbij in het algemeen werd aangenomen dat de instorting van het Mayarijk, omstreeks 900 n.Chr., samenhing met uitputting of verschraling van de grond ten tijde van een hoge populatiedruk.


Onderzoeksleider Tim Beach (TB)


Put voor bodemonderzoek in Belize (TB)


Die opvatting blijkt niet juist te zijn. Onderzoek van ruim honderd ontsluitingen (meestal voor het doel gegraven putten) in zowel het laagland als in hoger gelegen gebieden, in combinatie met bodemonderzoek in de natte gebieden en aan de hand van boorkernen uit meren, en tal van andere onderzoeksmethoden, toont aan dat erosie gedurende drie afzonderlijke tijdsintervallen plaatsvond. Deze drie tijdsintervallen zijn duidelijk van elkaar gescheiden, en blijken te zijn voorgekomen op momenten van sterk uiteenlopende populatiedruk. De eerste fase vond plaats in de zogeheten pre- klassieke periode (ongeveer 1000 v.Chr. 250 n.Chr.); de tweede in de laat-klassieke periode (550-900 n.Chr.); de derde fase van sterke bodemerosie vond plaats gedurende de afgelopen tientallen jaren.


Put bij Cancuen met duidelijke paleosol (TB)

In de perioden tussen de erosiefasen werd tweemaal een - nu onder sediment bedekte - bodem (paleosol) gevormd. De bovenste paleosol is niet overal aanwezig. Hij ligt onder sedimenten van de klassieke periode en is relatief slecht ontwikkeld. Veel beter ontwikkeld is een bodem die in het begin van het Holoceen werd gevormd, die meestal ontwikkeld is in sediment dat uit de pre-klassieke periode dateert.


Put voor bodemonderzoek (N.D.)

Dit beeld geeft aan dat de sterkste bodemerosie optrad in de vroege fase van de Mayaontwikkeling; de erosie in die tijd - waarschijnlijk veroorzaakt onder invloed van landbouw - blijkt sterker te zijn geweest dan tot nu toe werd aangenomen. Daarentegen blijkt de erosie gedurende de fase tot aan de instorting van het Mayarijk duidelijk minder sterk te zijn geweest dan werd verondersteld. Dat is opvallend, want juist in die laatste periode was de populatiedruk veruit het grootst. Kennelijk wist de bevolking door verbeterde landbouwtechnieken toen de erosie grotendeels tegen te houden.
Hierbij moet overigens worden opgemerkt dat dit beeld niet voor het hele Mayarijk opgaat. Onder meer in Guatemala trad juist aan het einde van de laatklassieke periode (550-830) sterke bodemerosie op.

Referenties:
  • Beach, T., Dunning, N., Luzadder-Beach, S., Cook, D.E. & Lohse, J., 2006. Impacts of the ancient Maya on soils and soil erosion in the central Maya lowlands. Catena 65, p. 166-178.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Tim Beach (TB), STYA, SFS, Georgetown University, Washington DC (Verenigde Staten van Amerika) en Nick Dunning (ND) Department of Geography, University of Cincinnati, Cincinnati, OH (Verenigde Staten van Amerika).

678 Einde van een sprookje: massauitsterving op grens Krijt/Tertiair was geen gevolg van meteorietinslag
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

De massauitsterving 65 miljoen jaar geleden, waarbij ook (bijna) alle dinosauriërs van de aardbodem verdwenen, lijkt toch niet veroorzaakt te zijn door de inslag van een groot hemellichaam. Er waren al eerder aanwijzingen dat dit zo aansprekende verband tussen inslag en massauitsterving wel eens niet waar kon zijn, maar juist omdat het de enige goed verklaarde massauitsterving was, ondervonden kritische geluiden steeds veel weerstand.


Locatie van de Chicxulub inslagkrater


Zo stelt men zich de inslag voor


Waar in het verleden de Nederlander Jan Smit (Vrije Universiteit van Amsterdam) een belangrijke rol speelde bij het onderzoek dat het verband tussen de inslag en de uitsterving op de K/T-grens moest bewijzen, daar is het nu een andere Nederlander die met sterke aanwijzingen voor het tegendeel komt. Markus Harting (Universiteit van Utrecht) heeft namelijk glasbolletjes die - op basis van geochemische analyse - zeker moeten zijn gevormd bij de inslag op het Yucatan schiereiland onderzocht. Dergelijke bolletjes zijn in grote hoeveelheden te vinden in sedimenten uit noordoost Mexico, Texas, Guatemala, Belize en Haïti. Veel van die bolletjes zijn te vinden in afzettingen die omstreeks de K/T-grens zijn gevormd. Ze komen echter ook in oudere lagen voor, en op sedimentologische gronden kan worden aangenomen dat veel van de bolletjes die op het aardoppervlak zijn terechtgekomen, via erosie en transport in jongere afzettingen terecht zijn gekomen. De oudste sedimenten waarin ze worden aangetroffen, geven het meest waarschijnlijke moment weer waarop de bolletjes - na de lucht in te zijn geslingerd bij de inslag - weer op aarde terugvielen. Die oudste lagen met de desbetreffende glasbolletjes blijken van zo’n 300.000 jaar voor de K/T-grens te dateren, en liggen soms zo’n 10 m onder de sedimenten die de grens markeren. Dat betekent dat er geen direct oorzakelijk verband kan bestaan tussen de inslag en de massauitsterving. Gelukkig lijkt de inslag die de Chicxulub-krater veroorzaakte overigens toch niet helemaal zonder gevolgen te zijn geweest: de ammonieten stierven al voor de K/T-grens uit, en hun uitsterving lijkt samen te vallen met de inslag.


Scanning-electron-microscope opname van een glasbolletjes uit Noordoost Mexico

Het feit dat veel bolletjes in 'te jonge' lagen worden aangetroffen, is op zichzelf niet verwonderlijk. Op het land vindt immers voortdurend erosie plaats. Bij het transport van geërodeerd materiaal treden veranderingen op; er worden bijv. stukjes afgeslagen, en de deeltjes kunnen breken. Dat is precies wat waargenomen wordt bij de glasdeeltjes in de 'jonge' lagen, terwijl de bolletjes in de sedimenten van 300.000 jaar voor de inslag geen dergelijke verschijnselen vertonen. Ook blijkt het fameuze 'iridiumlaagje' - in feite een niveau met een verhoogd gehalte van het element iridium dat van de ingeslagen meteoriet afkomstig is - samen te vallen met lagen waarin de glasbolletjes transportverschijnselen vertonen, terwijl in de daaronder liggende lagen met onaangetaste bolletjes geen verhoogde iridiumconcentratie wordt gevonden.


Slijpplaatje door een sediment met enkele glasbolletjes

Nu het verband tussen de inslag en de massauitsterving niet lijkt te bestaan, kunnen ook alle hypotheses die eerder zijn opgesteld, naar het land der fabelen worden verwezen. Warmteminnende dieren zoals krokodillen en schildpadden overleefden de inslag, kennelijk zonder al te veel problemen. Het scenario van een ‘nucleaire winter’ die veroorzaakt zou zijn doordat de zonnestraling grotendeels werd tegengehouden door een enorme stofwolk die bij de inslag ontstond en die langdurig om de aarde bleef cirkelen, kan dus niet langer worden gehandhaafd. Ook de inslag van een vele kilometers grote meteoriet betekent dus niet automatisch dat bijna al het leven op aarde verdwijnt. Dat is dan toch weer een troost bij het verloren gaan van zo’n mooi sprookje.

Referenties:
  • Harting, M., 2006. Geochemical characterisation of Chicxulub-impact ejecta - new constraints from the Gulf of Mexico and the Caribbean. Abstracts Geological Society of America / Asociación Geológica Argentina / Sociedad Geológica de Chile meeting 'Backbone of the Americas - Patagonia to Alaska' (Mendoza, april 2006), 5-18, 1 pp.

Foto's van de glasbolletjes: Geological Society of America / Markus Harting, Faculteit Aardwetenschappen, Universiteit van Utrecht.

679 Hawaii groeit tweemaal zo snel aan als gedacht
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

]
3-D beeld van de eilanden van Hawaii

De toppen van de hoogste vulkanen op Hawaii liggen op meer dan 4 km boven de zeespiegel. Toch zijn die bergen slechts het topje van de ijsberg, want de voet van de kraters ligt in water dat plaatselijk meer dan 6 km diep is. Het gaat in feite dus om bergen die ruim 10 km hoog zijn, waarmee ze de Mount Everest ruimschoots overtreffen. Hawaii bestaat uit een eilandengroep. Op grond van het bovenstaande zal duidelijk zijn dat het in feite gaat om een vulkanische rug, waarvan slechts de hoogste delen boven water uitsteken en dan gewoonlijk schildvulkanen vormen.


Hoogtekaart (paars is diepst, tot 6081 m onder zee; wit is hoogst, tot 4195 m boven zee) van Hawaii

Deze bergrug is zo’n 6000 km lang en bestaat uit meer dan 100 vulkanen, die soms geïsoleerd uit zee oprijzen, soms samengroeien en dan een eiland vormen waarvan de typische kratervorm niet altijd meer zo duidelijk is. De actieve vulkanen vormen het zuidoostelijke einde van deze rug; naar het noordwesten neemt de leeftijd van de vulkanen toe. Deze 18 vulkanen, die alle in de laatste miljoen jaar zijn gevormd, zijn recentelijk onderzocht met behulp van geofysische technieken, waarbij hun vorm via nauwkeurige dieptemetingen is bepaald. Op basis van de zo gereconstrueerde onderzeese configuratie kon worden uitgerekend hoe groot het totale volume is van de basaltmassa die Hawaii (met zijn onderzeese voortzetting) is. Het resultaat was verrassend, omdat pas bij dit onderzoek duidelijk naar voren kwam hoe diep de zeebodem ter plaatse wordt weggedrukt onder het gewicht van het 'gebergte'. Daardoor reiken de vulkanen dieper dan eerder werd aangenomen, en hebben ze dus ook een groter volume. Het volume voor het 'jonge' einde van de bergrug wordt door de onderzoekers nu geschat op ruim 570.000 km3, tegenover eerdere schattingen (van ruim 30 jaar geleden) van minder dan 300.000 km3. Voor bijv. het eiland Hawaii (dat de vulkanen Mahukona, Kohala, Mauna Kea, Hualalai, Mauna Loa, Kilauea en Loihi omvat) wordt het volume, inclusief dan van zijn onderzeese vervolg, nu geschat op 213.000 km3; dat is bijna het dubbele van wat tot nu toe werd aangenomen.


False-colour LANDSAT opname van de krater van de Mauna Kea


False-colour LANDSAT opname van de krater van de Mauna Loa


Deze grotere volumes betekenen uiteraard ook dat de aanvoer van magma waaruit de schildvulkanen zijn opgebouwd groter is dan eerder werd verondersteld. De onderzoekers schatten de hoeveelheid jaarlijks op Hawaii uitvloeiend magma nu op gemiddeld 0,21 km3, tegen eerdere veronderstellingen van ca. 0,1 km3. Deze waarde is overigens niet altijd zo hoog geweest, en is ook niet overal zo hoog: voor de hele bergrug schatten de onderzoekers de jaarlijkse aangroeisnelheid over het laatste 6 miljoen jaar op gemiddeld 0,010 km3 voor de rug van Hawaii op 0,017 km3, en voor Hawaii zelf op 0,095 km3. Het ziet er dus naar uit dat het vulkanisme op Hawaii, dat veel toeristen trekt, momenteel leidt tot een exceptioneel snelle aangroei van het eiland.


False-colour LANDSAT opname van de krater van de Mauna Loa

Referenties:
  • Robinson, J.E. & Eakins, B.W., 2006. Calculated volumes of individual shield volcanoes at the young end of the Hawaiian Ridge. Journal of Volcanology and Geothermal Research 151, p. 309-317.

Foto’s: LANDSAT. Overige figuren welwillend ter beschikking gesteld door Joel Robinson, United States Geological Survey, Menlo Park CA (Verenigde Staten van Amerika).

680 Satellietmetingen geven nieuwe opheffing van caldera in Yellowstone aan
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Yellowstone, het eerste nationale park van de Verenigde Staten, is bekend om zijn met vulkanisme samenhangende verschijnselen zoals geisers en hete bronnen. Het vulkanisme is ook nog terug te vinden in de vorm van een ingestorte vulkaan (caldera) van enkele honderden vierkante kilometers groot. Het vulkanisme is nog steeds actief, hoewel niet altijd duidelijk. Het zijn echter waarschijnlijk verplaatsingen van magma in de ondergrond die ertoe leiden dat plaatselijk (en vooral in het gebied van de caldera) opheffingen en dalingen plaatsvinden. Zo werd dat gebied tussen 1923 en 1985 zo'n 70 cm opgeheven, waarna weer daling volgde.


Kaart van het gebied met de caldera (rood = vulkanische kraters van na de calderavorming; geel = hete bronnen, etc.; groen = caldera; bruin = slumpzone)

Het leek er op dat de dalingen en opheffingen beperkt waren tot het centrale deel van de caldera, maar metingen met een satelliet geven aan dat een nieuwe fase van opheffing, die in 1996 begon, aanvankelijk vooral het noordelijke deel van de caldera omvatte; inmiddels is de - nog steeds doorgaande - opheffing weer het sterkst in het centrale deel.


Opheffing van de caldera tussen 1996 en 2000 (iedere kleurring geeft een verschil in opheffing aan van 28 mm)

De opheffing is bepaald met twee technieken: GPS (Global Position System), waarbij een 'luisterapparaat' op de grond signalen van diverse satellieten opvangt, waarmee de positie nauwkeurig kan worden vastgelegd, en InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), waarmee tijdens opeenvolgende omwentelingen van de satelliet hoogteveranderingen van een bepaalde plaats - via een computer - in kaart worden gebracht. Beide technieken vullen elkaar aan.


Principe van de hoogtemeting: met een satelliet wordt tweemaal de precieze hoogte gemeten, waarna het gevonden verschil de opheffing (of daling) voorstelt

Met InSAR produceert de computer uit de via de satelliet opgenomen 'hoogtekaarten' zogeheten interferogrammen; zoals de naam al aangeeft, bestaan die uit interferentiekleuren die ontstaan wanneer van de aarde teruggekaatste signalen geen gelijke reistijd van en naar de satelliet hebben. Die interferogrammen geven een uiterst nauwkeurig beeld van de veranderingen in hoogte. Door dergelijke interferogrammen met tussenpozen van bijv. een paar jaar te maken, ontstaat een aantal interferogrammen waaruit valt af te lezen waar en wanneer een bepaald gebied steeg of juist daalde. Opnames van het gebied van en rondom de caldera tussen 1996 en 2003 geven aan dat er sprake was van voortdurende stijging tussen 1996 en 2003 (nieuwere gegevens wijzen erop dat ook in 2006 de stijging nog doorging), maar dat het centrum van de opheffing zich verplaatste. Sommige gebieden waar eerst opheffing plaatsvond, kwamen tot rust, terwijl elders juist eerst rustige gebieden stijging ondergingen.


Opheffing van de caldera in 4 perioden (zie voor verklaring de uitvergrote figuur van 1996-2000)

Dergelijke nauwkeurige waarnemingen geven eindelijk inzicht in de snelheid waarmee dergelijke processen plaatsvinden. Tot nu toe waren daarvoor alleen betrekkelijk ruwe schattingen beschikbaar, op basis van (grote) opheffingen in het geologische verleden, waarbij de tijdsduur van de opheffing niet erg nauwkeurig te bepalen was. Nu is dus duidelijk dat het om vele centimeters per jaar kan gaan, ook gerekend over (menselijk gezien) langere perioden.

Referenties:
  • Wicks, Ch.W., Thatcher, W., Dzurisin, D. & Svarc, J., 2006. Uplift, thermal unrest and magma intrusion at Yellowstone caldera. Nature 440, p. 72-75.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Cuck Wicks, United States Geological Survey, Menlo Park, CA (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl