NGV-Geonieuws 118

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Juni 2006, jaargang 8 nr. 11

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 686 Methaan werd al vroeg door microorganismen geproduceerd
  • 687 Herstel 'ozongat' lijkt vooral gevolg van verminderde zonneactiviteit
  • 688 Mega-eruptie van vulkaan in Andes
  • 689 Ondergang van tal van beschavingen 4200 jaar geleden te wijten aan droogte
  • 690 Jezus wandelde niet over water maar op ijs

    << Vorige uitgave: 117 | Volgende uitgave: 119 >>

686 Methaan werd al vroeg door microorganismen geproduceerd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Olie, Gas & Mijnbouw ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Methaangas (CH4) is een veel sterker broeikasgas dan bijv. koolzuurgas (CO2). Het wordt momenteel op tal van wijzen geproduceerd, maar er kunnen in principe binnen korte tijd extreem grote hoeveelheden methaan in de atmosfeer terechtkomen door het uiteenvallen van gashydraten uit de zeebodem of uit permafrostgebieden. Dat is in het geologische verleden waarschijnlijk ook gebeurd, onder meer aan het eind van het Paleoceen (55 miljoen jaar geleden). Ook bij de grootste massauitsterving op aarde, op de grens tussen Perm en Trias (251 miljoen jaar geleden) speelde plotseling vrijkomend methaangas mogelijk een grote rol.


Hydrothermale intrusie (dyke) waarin de kwarts met insluitsels werd aangetroffen

De natuurlijke productie van methaangas vindt voor het overgrote deel plaats door microorganismen die leven op plaatsen waar zuurstof niet in noemenswaardige hoeveelheden aanwezig is. Uit de genetische informatie van deze organismen blijkt dat deze al vroeg in de aardgeschiedenis moeten zijn ontstaan; deze zogeheten methanogenen verschillen fundamenteel van andere bacteriŽn en Archaea. Het is echter niet duidelijk wanneer deze methanogenen ontstonden; wel waren er aanwijzingen (op basis van de verhouding tussen de diverse koolstofisotopen in kerogeen) dat er 2,8 miljard jaar geleden al methaanvormende organismen bestonden.

Nu blijkt dat ze al veel vroeger in de aardgeschiedenis aanwezig moeten zijn geweest. Dat blijkt uit onderzoek door een team van Japanse aardwetenschappers. Ze gingen ervan uit dat, wanneer er methaan werd geproduceerd (en dat kan in de vroege aardgeschiedenis alleen zijn gebeurd door in zee levende organismen), het methaan op zín minst voor een deel in het zeewater terecht moest zijn gekomen. Als dat zeewater werd opgesloten in gesteenten, dan zijn er in die gesteenten wellicht nog resten van dat methaan te vinden. De onderzoekers hebben daarom in gebieden met zeer oude gesteenten systematisch gezocht naar lagen waarin dat het geval zou kunnen zijn. Ze vonden tenslotte wat ze zochten!


Microscopische opname (gepolariseerd licht) van de grove kwartskristallen (felle kleuren) waarin de insluitsels (zwarte stipjes) voorkomen

Zoín 3,5-3,45 miljard jaar geleden werd, in wat nu AustraliŽ is, de Dresser Formatie gevormd. Die bestaat vooral uit kussenlavaís en sedimenten. De basaltpakketten zijn doorsneden door aders die ontstonden door het binnendringen van heet water (met daarin opgelost allerlei elementen). Sommige van die aders stoppen in de sedimenten van de Dresser formatie, wat inhoudt dat ze tijdens de afzetting van die sedimentpakketten werden gevormd (en dus ongeveer even oud zijn). In deze aders werd bij het afkoelen onder meer kwarts gevormd, en in de kwartskristallen komen vloeistofinsluitsels voor, die bestaan uit het water dat ter plaatse voorhanden was (dus het zeewater). In die vloeistofinsluitsels komen ook CO2 en CH4 voor. Veel van de insluitsels komen voor langs groeilijnen van de kwartskristallen, wat moeilijk anders te verklaren is dan door insluiting tijdens de kristallisatie van de kristallen. Die vloeistofinsluitsels met gasbelletjes zijn dus even oud als de sedimenten die ingebed liggen tussen goed gedateerde basalten. Andere vloeistofinsluitsels zijn mogelijk later ontstaan.

Het blijkt dat deze 'andere' vloeistofbelletje koolzuurgas en methaangas bevatten waarvan de verhouding tussen de koolstofisotopen niet wijst op een organische oorsprong. Voor de insluitsels die de groeilijnen van de kristallen volgen, wijzen de koolstofisotopen echter juist wel op een organische oorsprong. Er moeten ten tijde van het ontstaan van de Dresser Formatie dus al methanogenen zijn geweest. Het gaat in dat geval niet alleen om het oudste aardgas dat ooit op aarde is aangetroffen, maar ook om veel oudere methaanproducerende bacteriŽn dan tot nu toe bekend waren.


Methaaninsluitsels (1-5 micron groot) in de kwarts.

Dit zou een hoop verklaren. De zon was destijds namelijk nog veel minder krachtig dan nu, en op basis van die geringe zonnewarmte zou al het water op aarde destijds bevroren moeten zijn geweest. Dat was echter niet het geval. Uit de nieuwe vondst mag nu naar alle waarschijnlijkheid worden geconcludeerd dat de vroege methanogenen zoveel methaangas in de (vrijwel zuurstofloze) atmosfeer hebben gebracht, dat daardoor een broeikaseffect ontstond dat sterk genoeg was om vloeibaar water te laten ontstaan. Daardoor worden theorieŽn die uitgingen van onwaarschijnlijk sterke vulkanische activiteit om het vloeibare water op de vroege aarde te verklaren, overbodig.

Referenties:
  • Canfield, D.E., 2006. Gas with an ancient history. Nature 440, p. 426-427.
  • Ueno, Y., Yamada, K., Yoshida, N., Maruyama, S. & Isozaki, Y., 2006. Evidence from fluid inclusions for microbial methanogenesis in the early Archaean era. Nature 440, p. 516-519.

Fotoís welwillend ter beschikking gesteld door Yuichiro Ueno, Research Center for the Evolving Earth and Planet, Tokyo Institute of Technology, Tokyo (Japan).

687 Herstel 'ozongat' lijkt vooral gevolg van verminderde zonneactiviteit
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Sinds 1998 neemt de concentratie van ozon (O3) in de hoge atmosfeer weer toe, waardoor ook het gevreesde ozongat in grootte afneemt. Deze toename is aanvankelijk toegeschreven aan het vrijwel wereldwijd uitbannen van chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's), maar nu lijkt het er sterk op dat niet (alleen) het menselijk ingrijpen maar (vooral) een natuurverschijnsel voor deze ontwikkeling verantwoordelijk is.


In 1998 was het ozongat boven de zuidpool het grootst

De aarde wordt voortdurend blootgesteld aan ultraviolette straling van de zon. Die straling wordt deels tegengehouden in de stratosfeer. Dat heeft grote voordelen voor het leven op aarde, want ultraviolette straling kan in de cellen van levende organismen beschadigingen veroorzaken waardoor kanker kan ontstaan. Bij mensen gaat het vooral om huidkanker. Sinds metingen uitwezen dat de seizoensgebonden afname van de ozonconcentratie (vooral boven Antarctica en - wijde - omgeving) samenviel met een significante toename van het aantal gevallen van huidkanker in AustraliŽ, is wereldwijd overleg gevoerd over mogelijke maatregelen. Onderzoek wees uit dat CFK's leiden tot afbraak van ozon. Omdat er wereldwijd enorme hoeveelheden CFK's in de atmosfeer terechtkwamen vanwege hun toepassing als drijfgas in spuitbussen, werd besloten die toepassing van CFK's te beŽindigen. Via het zogeheten Protocol van Montreal, dat in 1987 door 189 landen - in een welhaast ongekende eensgezindheid - werd ondertekend, gingen de CFK's in de ban.


Het oplaten van een ballon op Antarctica om de ozonconcentratie in de stratosfeer te maten


Onderzoek van chloorhoudende gassen tijdens de ozonexpeditie van 1986 naar Antarctica


De vreugde was dan ook groot toen het ozongat vanaf 1998 in omvang afnam. Het leek er dan toch op dat menselijke maatregelen de natuur konden sturen. Maar er werd mogelijk te vroeg gejuicht: metingen over een langere periode wijzen namelijk uit dat de ozonconcentratie een (wat verlate) reactie is op variaties in de zonneactiviteit. Deze vertoont een 11-jarige cyclus, en daarom kan pas nu de relatie tussen die zonnevlekken, de ozonconcentratie en de uitbanning van drijfgassen in 1987 met redelijke zekerheid worden vastgesteld.

Daarbij moest overigens wel rekening worden gehouden met tal van andere factoren die de ozonconcentratie in de stratosfeer beÔnvloeden. Het gaat daarbij onder meer om de - vaak enorme - hoeveelheden gassen die door vulkanen worden uitgestoten, en die deels ook helpen om ozon af te breken. Die invloed is, op basis van een aantal grote vulkaanuitbarstingen in de afgelopen 20 jaar (onder meer de Pinatubo, in 1991) ook duidelijk aantoonbaar.


De ozonconcentratie boven Antarctica nam lange tijd af, maar sinds enkele jaren is weer sprake van een toename, die zich waarschijnlijk zal voortzetten

Het gaat er derhalve steeds meer naar uitzien dat fluctuaties in de zonneactiviteit een enorme invloed hebben. De relatie met het gevreesde broeikaseffect is al eerder vastgesteld: we leven nu in een periode van - voor de laatste eeuwen - ongekend sterke zonneactiviteit. Nu lijkt dus ook de fluctuatie in de ozonconcentratie voor een belangrijk deel met die activiteit samen te hangen, zij het dat een toename van de zonneactiviteit juist gepaard gaat met minder afbraak van ozon.

Helemaal zinloos is de ban op CFK's echter zeker niet: het stopzetten van de emissies speelt zeker ook een rol. De onderzoekers stellen dan ook - zij het voorzichtig - dat op den duur zeker een effect merkbaar zal zijn. In 2008 zal de zonneactiviteit een minimum in zijn 11-jarige cyclus bereiken. Vooral wanneer de zonneactiviteit daarna weer toeneemt, dan zal het effect van de ban op CFK's waarschijnlijk opnieuw, net als na het minimum in de zonneactiviteit van 11 jaar eerder) nog duidelijker - en mogelijk blijvender - worden.

Referenties:
  • Dameris, M., Matthes, S., Deckert, R., Grewe, V. & Ponater, M., 2006. Solar cycle effect delays onset of ozone recovery. Geophysical Research Letters 33, doi:10.1029/2005GL024741, 4 pp.

Curve van de ozonconcentratie welwillend ter beschikking gesteld door Martin Dameris, Institut fŁr Physik der Erde, DLR-Oberpfaffenhofen, Wessling (Duitsland).

688 Mega-eruptie van vulkaan in Andes
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

De menselijke geschiedenis is pas zo kort (en het collectieve geheugen is nog veel korter!) dat we nauwelijks enig idee hebben van de natuurkrachten die kunnen optreden. We kennen zeer grote tsunamiís, zeer heftige aardbevingen en zeer sterke vulkanische uitbarstingen, maar telkens weer blijkt dat er in het niet eens zo verre geologische verleden nog veel krachtiger verschijnselen zijn opgetreden. Zo zijn er onlangs de sporen gevonden die werden achtergelaten door een (in onze ogen) extreme vulkanische uitbarsting in ArgentiniŽ, in het grensgebied met Bolivia en Chili.


LANDSAT-opname van het Eduardo Avaroa complex, waarvan de Vilama caldera deel uitmaakt

Dit nauwelijks toegankelijke grensgebied, de Puna-Altiplano, herbergt wat met enige fantasie zou kunnen worden beschouwd als een soort kwekerij van vulkanen. Samen vormen die vulkanen het Eduardo Avaroa Caldera Complex, waarvan diverse megavulkanen deel uitmaken. Een daarvan is de nauwelijks bekende Vilama Caldera; deze caldera (instortingsvulkaan) moet gedurende ťťn enkele catastrofale gebeurtenis, 8,4 miljoen jaar geleden, zijn ontstaan. Bij die explosieve gebeurtenis, die het gevolg was van het instorten van het 'dak' van zo'n 15x40 km boven een deels geleegde magmakamer, moet zo'n 2000 km3 aan vulkanische fragmenten de lucht in zijn geworpen. Tevens kwamen bij die instorting grote hoeveelheden gassen vrij, waardoor gloedwolken van gigantische afmetingen zijn opgetreden.


De onherbergzame Punta Altiplano


De vulkanische geaardheid van het gebied blijkt
uit tal van geothermiseche verschijnselen
(met letters aangegeven).


De reden voor deze catastrofale uitbarsting - met daaropvolgende instorting - van de Vilama was complex. Waarschijnlijk ontstond er in de ondergrond een grote hoeveelheid magma door de hitte die werd ontwikkeld bij de botsing tussen de Zuid-Amerikaanse aardschol en de Nazca-schol, waarbij de eerste de laatste 'overreed'. Dat 'overrijden' ging uiteraard niet soepel: de aardkorst ter plaatse werd gedeformeerd, waarbij die lokaal dikker en elders dunner werd. Ook kwam de korst plaatselijk onder grote druk, terwijl die druk elders juist afnam. Hierdoor ontstonden in het gebied boven het gevormde magma breuken, terwijl de plaatselijk hoge druk in de ondergrond gebruik maakte van de plaatselijk juist lagere druk in de bovenste aardkorst om magma op te stuwen en te laten uitstromen. De magmakamer werd daardoor deels geleegd, en het door breuken doorsneden 'dak' viel omlaag: de instorting.


Het Eduardo Avaroa complex

Veel vragen zijn nog onbeantwoord, en een volledig beeld zal nog wel even op zich laten wachten, vooral omdat het uiterst droge gebied nauwelijks toegankelijk is.

Referenties:
  • Soler, M.M., Coira, B., Kay, S.M. & Caffe, P.J., 2006. Vilama caldera: onset of large eruptions during ignimbrite flare-up in Puna-region, and its indications of stress field orientation. Abstracts Geological Society of America / Asociaciůn Geolůgica Argentina / Sociedad Geolůgica de Chile meeting 'Backbone of the Americas - Patagonia to Alaska' (Mendoza, april 2006), 2-27, 1 pp.

LANDSAT-foto: via Geological Society of America.

689 Ondergang van tal van beschavingen 4200 jaar geleden te wijten aan droogte
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Omstreeks 4200 jaar geleden kwamen tal van grote beschavingen in Europa en AziŽ binnen korte tijd aan hun einde. Dat betreft onder meer de klassieke Egyptische beschaving uit de tijd van de farao's, de MinoÔsche beschaving op Kreta, de Accadische beschaving uit het noordelijk deel van MesopotamiŽ (bekend van Hammoerabiís hangende tuinen van Babylon - een van de zeven wereldwonderen), en de beschaving van de Mohenjodaro langs de bovenloop van de Indus. De meeste van deze beschavingen waren gesitueerd in de omgeving van het oostelijke deel van de Middellandse Zee.

Vanwege de omvang van het getroffen gebied en de gelijktijdigheid van het ineenstorten van deze beschavingen wordt al lang gedacht aan een natuurramp. Daarbij zijn als mogelijke oorzaak grote vulkanische uitbarstingen genoemd (onder meer van de Santorini), en zelfs de inslag van een hemellichaam. Het is in dit verband ook interessant dat de zeven plagen van Egypte die in de Bijbel worden genoemd, ook op dit tijdstip moeten hebben plaatsgevonden.


De onderzochte vlietsteen

Een andere mogelijke verklaring ligt in een klimatologische verandering. Daarvoor waren tot nu toe echter onvoldoende duidelijke (en in gelijke richting wijzende) aanwijzingen voorhanden. Zo'n aanwijzing is er nu wel in de vorm van wat - met een wat oude term - wel een 'vlietsteen' wordt genoemd. Dat is een gesteente dat ontstaat door chemische neerslag van (voornamelijk) calciet (calciumcarbonaat), wanneer carbonaathoudend grondwater onder omstandigheden terechtkomt waar de druk minder wordt, en waar ontgassing kan optreden. Dat is onder meer het geval wanneer in de grond doorgedrongen water in een kalksteengebied weer naar buiten komt, bij voorkeur in een grot.


De locatie van de Alpi Apuane, waarin de grot Buca della Renella ligt

De vlietsteen waarom het gaat werd inderdaad in een grot aangetroffen, n.l. in de Buca della Renella, een 250 m lange grot in het Italiaanse karstgebied van de Alpi Apuane. De grot ligt in lichtgemetamorfoseerde dolomieten uit de Trias, in een gebied waar jaarlijks zo'n 200 cm regen valt. De gemiddelde jaarlijkse temperatuur in de grot bedraagt 12 įC, en dat is waarschijnlijk al duizenden jaren min of meer gelijk.



Alle metingen wijzen op een droogtepiek omstreeks 4200 jaar geleden, vooral voor gebieden op ca. 40 N.B.

Van de vlietsteen werd onder meer, uit de diverse daarin aanwezige laagjes - die goed konden worden gedateerd - de verhouding tussen de zuurstofisotopen gemeten; die weerspiegelen de hoeveelheid regen die het water leverde waaruit de kalk neersloeg. Op basis van vergelijking met aanwijzingen uit andere gebieden, komen de onderzoekers tot de conclusie dat een lange zone rondom de 40e graad noorderbreedte gedurende een periode van waarschijnlijk enkele honderden jaren, rondom 4000 v.Chr., heeft doorgemaakt. Het is waarschijnlijk dat daardoor de destijds al sterk op landbouw gebaseerde beschavingen sterk in verval raakten.

Referenties:
  • Drysdale, R., Zanchetta, G., Hellstrom, J., Maas, R., Fallick, A., Pickett, M., Cartwright, I. & Piccini, L., 2006. Late Holocene drought responsible for the collapse of Old World civilisations is recorded in an Italian cave flowstone. Geology 34, p. 101-104.

Foto van de vlietsteen welwillend ter beschikking gesteld door Russell Drysdale, Environmental and Climate Change Research Group, Geology Building, University of Newcastle, Callaghan (AustraliŽ).

690 Jezus wandelde niet over water maar op ijs
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie ! Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Sinds de natuurwetenschappen zich in de westerse wereld losmaakten van de dogmaís van de kerk, is er een bijna onophoudelijke strijd geweest over de talrijke en meest uiteenlopende wonderen die in de Bijbel staan beschreven. Waar gelovigen ten koste van alles wilden vasthouden aan een letterlijke interpretatie (en de Creationisten doen dat - tot schade van de samenleving - nog steeds), daar verwezen de natuurwetenschappers oorspronkelijk alle 'wonderen' naar het rijk der fabelen. Vooral halverwege de twintigste eeuw kwam er een beweging op gang waarbij werd geprobeerd voor tal van in de Bijbel beschreven wonderen een natuurwetenschappelijke verklaring te vinden. Vaak bleken die verklaringen bij zorgvuldige analyse erg ver gezocht, wetenschappelijk erg onwaarschijnlijk of zelfs onhoudbaar, maar voor sommige 'wonderen' is inmiddels een alleszins overtuigende verklaring gevonden. Daarbij blijkt vaak dat specifieke omstandigheden, die nu ter plaatse niet meer bestaan, een doorslaggevende rol hebben gespeeld. Het weghonen van natuurwetenschappers die met een (goed onderbouwde) verklaring komen voor een 'wonder', is nu dan ook afgelopen, en in tal van gerespecteerde natuurwetenschappelijke tijdschriften zijn inmiddels ook artikelen over dit soort onderwerpen verschenen.


Ligging van het Meer van Tiberias. Het meer staat ook bekend als de Zee van Galilea.
Op oude kaarten wordt het meer vaak aangeduid als het Meer van Cinnareth; deze naam wordt ook recent weer veel gebruikt

Onlangs is weer zo'n artikel gepubliceerd, in het Journal of Paleolimnology (Tijdschrift over de Wetenschap van Meren uit het Verleden). Het gaat in op het verhaal dat Jezus lopend over het Meer van Tiberias naar zijn discipelen in een boot liep. De onderzoekers komen tot de conclusie dat dat heel goed mogelijk kan zijn geweest; Jezus liep echter niet over water, maar op drijvende ijsschollen. De kans dat dergelijk drijfijs nu op het meer ontstaat, is te verwaarlozen: eens in de tienduizend jaar of meer, schatten de onderzoekers. De situatie was 2000 jaar geleden echter anders: tussen 1500 en 2500 jaar geleden hebben zich ter plaatse minstens twee duidelijk koude intervallen voorgedaan, in een periode dat het toch al kouder was dan nu. En zeker wanneer het ook nog wat geregend had waardoor er op de ijsschollen wat water stond, zal het voor de toeschouwer hebben geleken of Jezus over het water liep.



In ontelbare tekeningen, gravures en andere illustraties is Jezus lopend over het Meer van Tiberias afgebeeld

De vraag rijst bij deze 'verklaring' echter of het wetenschappelijk gezien reŽel is om te veronderstellen dat zich destijds een ijslaag op het Meer van Tiberias kon ontwikkelen. Dat lijkt in eerste instantie onmogelijk, omdat de temperatuur niet laag genoeg kan zijn geweest om het water voldoende af te koelen. Het probleem is namelijk dat de afkoeling van het water bij vorst aan het oppervlak plaatsvindt; het koudere oppervlaktewater krimpt iets, en wordt daardoor per volume iets zwaarder. Het zakt daarom door het warmere (lichtere) water naar de bodem, en er komt dus - via een soort convectie - steeds opnieuw relatief warm water dat moet worden afgekoeld tot het vriespunt. Pas als (bijna) al het water koud genoeg is om verdere convectie te voorkomen, zal zich aan het oppervlak ijs vormen. In het geval van het Meer van Tiberias was de temperatuur zeker niet lang genoeg koud genoeg om dat te bewerkstelligen.


Onderzoeker Doron Nof

Aan de rand van het meer komen plaatselijk echter enkele zoute bronnen voor. Die brachten op geringe diepte een 'pluim' van zout (relatief zwaar) water in het meer, waardoor het convectiepatroon niet tot aan het oppervlak kon reken. Daardoor hoefden op die plaatsen slechts enkele decimeters (i.p.v. ca. 20 m) water tot het vriespunt af te koelen om ijsvorming mogelijk te maken. Dat zou volgens de berekeningen wel degelijk geleid kunnen hebben tot plaatsen waar voldoende ijsschollen dreven om over te kunnen lopen. Wat er moet hebben uitgezien alsof er op water werd gelopen.

Referenties:
  • Nof, D., McKeague, I. & Paldor, N., 2006. Is there a paleolimnological explanation for 'walking on water' in the Sea of Galilee? Journal of Paleolimnology 35, p. 417-439.

Foto Doron Nof: Florida State University.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl