NGV-Geonieuws 122

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Augustus 2006, jaargang 8 nr. 15

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 706 Ediacara-fossiel lijkt verwant aan moderne organismen
  • 707 Uitbarsting van de Krakatau vertraagde broeikaseffect
  • 708 Tropische 'Kleine IJstijd' geeft zonneactiviteit als oorzaak aan
  • 709 Zeewater aangetroffen met superkritieke temperatuur van 407 °C
  • 710 Onder ijs van Antarctica vinden enorme waterbewegingen plaats

    << Vorige uitgave: 121 | Volgende uitgave: 123 >>

706 Ediacara-fossiel lijkt verwant aan moderne organismen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Kort voor het einde van het Precambrium vond er een explosie van het leven plaats. Hierbij ontstonden de eerste gecompliceerde levensvormen die we kennen. Vrijwel al deze levensvormen stierven weer uit op de overgang van Precambrium naar Cambrium, of kort daarna. Opvallend is dat deze levensvormen, die naar hun eerste vindplaats de 'Ediacara-fauna' worden genoemd, zich over de hele wereld lijken te hebben verspreid. Dezelfde fossiele genera en soorten, die geen van alle harde bestanddelen hebben en in feite alleen van afdrukken bekend zijn, worden op zover uiteen gelegen plaatsen gevonden dat ze in korte tijd alle wereldzeeën moeten hebben veroverd. Kennelijk konden ze hetzij de oudere, primitieve organismen verdrijven, hetzij die organismen als prooi benutten. En kennelijk werden ze zelf gedurende die verovering van de wereldzeeën niet belaagd door andere organismen; het ziet er overigens wel naar uit dat jagers en prooi binnen de Ediacara-fauna zelf naast elkaar bestonden.


Samengestelde foto van Stromatoveris psygmoglena, waarin zowel de onder- als de bovenkant wordt getoond

Hoewel er inmiddels bestrekkelijk veel vindplaatsen van de Ediacara-fauna bekend zijn, en hoewel er veel uiterst gedetailleerde afdrukken van deze organismen zijn gevonden, is hun aard nog steeds een raadsel. Dat komt doordat ze op geen enkele wijze overeen lijken te stemmen met de huidige levensvormen. Sommige onderzoekers hebben de Ediacara-fauna gerelateerd aan korstmossen (symbioses van primitieve organismen); anderen hebben verwantschap met schimmels gesuggereerd, maar die ideeën hebben weinig weerklank gevonden. Meer aanhang hebben hypotheses die sommige vormen van de Ediacara-fauna vergelijken met sponzen, mollusken en arthropoden, maar de gelijkenissen zijn gering en de verschillen juist zeer groot. Er zijn dan ook nog steeds paleontologen die het standpunt innemen dat de Ediacara-fauna bestond uit organismen die niet tot het huidige dieren- of plantenrijk behoorden, maar een apart rijk vertegenwoordigen (de Vendobionta).


Via de zogeheten camera lucida gemaakte tekening van het nieuwe fossiel

Dankzij enkele bijzondere vindplaatsen, waar zowel nieuwe soorten als uiterst gedetailleerde afdrukken worden gevonden, begint er nu echter iets meer duidelijkheid te komen. Een beroemde vindplaats is die van Chengjiang (in de Chinese provincie Yunnan), waar de Ediacara-fauna uit het Vroeg-Cambrium stamt. Van die vindplaats is nu een nieuw geslacht (en dus ook een nieuwe soort) beschreven, die erop zou kunnen wijzen dat de Ediacara-fauna wel degelijk verwant is aan het huidige dierenrijk.

Het gaat daarbij om acht exemplaren van een fossiel dat op een veer of een blad met veervormige nerven lijkt. Deze nieuwe soort, Stromatoveris psygmoglena zeer goed te analyseren vanwege de prachtige fossilisatie. De onderzoekers schrijven dat toe door snelle begraving onder sediment tijdens een storm. Waarbij opvallend is dat de meeste exemplaren niet horizontaal liggen, maar een kleine hoek maken met het laagvlak. Dat kan erop wijzen dat ze met een stengel of een voet in de bodem verankerd zaten.


Stamboom van de Metazoa, met Stromatoveris als vroege vorm van de Ctenophora (ribkwallen)

Hoewel het fossiel overeenkomsten vertoont met andere soorten uit de Ediacara-fauna (met name Khatyspytia, Vaizitsinia, Charniodiscus, Glaessnerina en - op wat meer afstand - Charnia), is er reden genoeg om van een nieuw geslacht te spreken. Een van de redenen is dat bepaalde kenmerken van Stromatoveris volgens de onderzoekers geïnterpreteerd kunnen worden als vormen die zouden kunnen worden beschouwd als voorlopers van vormen die voorkomen bij de huidige ctenoforen (ribkwallen).

Voor ons inzicht in de evolutie van het leven is dat van extreem belang. Het zou immers betekenen dat de phyla van het moderne dierenrijk al vertegenwoordigers hadden die evolueerden voor het Cambrium. Moleculaire analyses gaven dat al eerder aan, maar er waren nog nooit fossiele aanwijzingen voor gevonden. Nu er één schaap over de dam is, zullen er wellicht meer volgen. Daarmee zou weliswaar een einde komen aan het zo intrigerende raadsel van de Ediacara-fauna, maar de wetenschap zou er zeker bij gebaat zijn.

Referenties:
  • Shu, D.-G., Morris, S.C., Han, J., Zhang, X.-L., hua, H., Zhang, Z.-F., Liu, J.-N., Guo, J.-F., Yao, Y. & Yasui, K., 2006. Lower Cambrian vendobionts from China and early diploblast evolution. Science 312, p. 731-734.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Degan Shu, Early Life Institute and Key Laboratory of Continental Dynamics, Northwest Universtity, Xian (China).

707 Uitbarsting van de Krakatau vertraagde broeikaseffect
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

In 1883 vond in het huidige Indonesië een van de grootste vulkaanuitbarstingen uit de geschiedenis plaats. De explosieve uitbarsting werd duizenden kilometers ver gevoeld, en leidde tot een tsunami van zo’n 40 m hoog, die 37.000 slachtoffers maakte. Ook werden er enorme hoeveelheden as, gassen en aerosolen in de atmosfeer uitgestoten. Die uitstoot heeft een effect op het klimaat gehad waarvan de gevolgen volgens nieuw onderzoek nog steeds merkbaar zijn.


Satellietopname (NASA) van de Krakatau

Een en ander blijkt uit de toepassing van twaalf nieuwe klimaatmodellen, waarvan er zes rekening houden met de effecten van vulkanische uitbarstingen, terwijl de andere zes dat niet doen. Vergelijking van de uitkomsten van de modelberekeningen geeft aan dat vooral de door de Krakatau uitgestoten aerosolen zoveel zonlicht tegenhielden dat daardoor de temperatuurstijging van het oppervlaktewater van de oceaan significant minder was dan zonder de uitbarsting het geval zou zijn geweest (volgens de onderzoekers wordt de waargenomen temperatuurstijging geheel door menselijke activiteit veroorzaakt). Ook de zeespiegelstijging zou daardoor sinds 1883 minder groot zijn geweest dan zonder activiteit van de Krakatau.


Tekening van een ooggetuige
van de uitbarsting in 1883


Uitzicht op de Krakatau vanuit de lucht


De minder sterke zeespiegelstijging zou veroorzaakt zijn doordat het oceaanwater minder sterk door de zon werd opgewarmd, waardoor het minder sterk uitzette. Het effect van de mindere opwarming van het zeewater bleef lang merkbaar, doordat het relatief koude oppervlaktewater zakte naar een diepte van zo’n 500 m, waar het nog steeds verantwoordelijk is voor een anomalie in het temperatuurpatroon van het zeewater. Het effect werd aan het einde van de 20e eeuw echter plotseling minder. Daaraan schrijven de onderzoekers toe dat sommige metingen van de zeespiegelstijging aangeven dat toen een plotselinge versnelling van die stijging optrad van ca. 1,8 tot 3,2 mm per jaar. Die cijfers zijn overigens sterk omstreden.

Referenties:
  • Gleckler, P.J., Wigley, T.M.L., Santer, B.D., Gregory, J.M., AchutoRao, K. & Taylor, K.E., 2006. Krakatoa's signature persists in the ocean. Nature 439, p. 675.

708 Tropische 'Kleine IJstijd' geeft zonneactiviteit als oorzaak aan
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De temperatuur heeft de laatste duizend jaar overal op aarde sterk gevarieerd, waarbij de zogeheten Kleine IJstijd een van de meest opmerkelijke uitschieters is. Ook in de tropen is deze terug te vinden, hoewel daarover minder gegevens beschikbaar zijn dan over bijv. West-Europa.

Er is al eerder vastgesteld dat op gematigde breedte de afwisseling van koudere en warmere intervallen gedurende de Kleine IJstijd samenvalt met fluctuaties in de zonneactiviteit. Of dat ook het geval is voor de tropen - waar zo'n 47% van alle door de aarde ontvangen zonnewarmte terechtkomt - was tot nu toe niet bekend. Onderzoek in de noordelijke Andes (in Venezuela) geeft nu duidelijk aan dat de relatie tussen zonneactiviteit en temperatuur ook daar in de Kleine IJstijd duidelijk bestond.


De Laguna Mucubaji met een (klein) boorplatform op het water.
De cirque op de achtergrond herbergde in de Kleine IJstijd een gletsjer

Tropische gletsjers reageren snel op fluctuaties in neerslag en temperatuur, en vormen daardoor goede 'archieven' voor vroegere klimaatfluctuaties. Deze fluctuaties hebben de onderzoekers voor de laatste 1500 jaar gereconstrueerd op basis van onderzoek naar de positie van het front van een gletsjer (die wordt aangegeven door eindmorenes) en de fluctuaties in neerslag. Die laatste gegevens verkregen de onderzoekers uit de analyse van de afzettingen in een meer (Laguna Mucubaji). Het meer bevat afzettingen die in de afgelopen 1500 jaar zonder onderbreking werden opgebouwd.

Uit deze analyse blijkt dat de temperatuur ter plaatse relatief sterk heeft gefluctueerd, waarbij de Kleine IJstijd duidelijk het koudste was. Binnen de Kleine IJstijd traden, tussen 1250 en 1810, echter ook weer duidelijke fluctuaties op: er kunnen vier intervallen worden vastgesteld waarin de gletsjer zich duidelijk uitbreidde, en waarin het dus kouder moet zijn geweest in de voorafgaande, tussenliggende en volgende tijden.

Analyse van astronomische gegevens wijst uit dat deze 'extra' koude intervallen samenvallen met perioden van verminderde zonneactiviteit. De temperatuur daalde toen met 3,2-1,4 °C. De onderzoekers wijzen erop dat in tropische hooggebergten de effecten van lagere temperaturen zorgen voor een relatief grote uitbreiding van de gletsjers; andersom zorgt een temperatuurstijging echter ook voor een relatief grote afname van hun omvang. De huidige temperatuurstijging leidt dan ook tot versterkte afsmelting van de gletsjers in tropische hooggebergten (uit Afrika is dat ook bekend van de Kilimanjaro).

Referenties:
  • Polissar, P.J., Abbott, M.B., Wolfe, A.P., Bezada, M., Rull, V. & Bradley, R.S., 2006. Solar modulation of Little Ice Age climate in the tropical Andes. Proceedings of the National Academy of Sciences 103, p. 8937-8942.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Pratigya Polissar, Department of Geosciences, University of Massachusetts, Amhurst, MA (Verenigde Staten van Amerika).

709 Zeewater aangetroffen met superkritieke temperatuur van 407 °C
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Sinds enige jaren is het verschijnsel van de 'zwarte rokers' (black smokers) in de diepzee bekend: het zijn plaatsen waar heet water en gassen vrijkomen uit wat onderzeese heetwaterbronnen genoemd zouden kunnen worden. Deze verschijnselen treden op waar heet magma dicht bij de zeebodem voorkomt, en waar de zeebodem scheuren vertoont waardoor zeewater dat door het magma is verhit, samen met vrijkomende gassen, kan ontsnappen. Dergelijke plaatsen, waar ook extremen vormen van levende organismen worden aangetroffen, komen onder meer relatief vaak voor bij de midoceanische ruggen.


Locatie (linksboven) op de Midatlantische Rug waar het hete water werd aangetroffen


Het onderzoeksschip 'Meteor' van waaraf het onderzoek werd uitgevoerd


Er is nu een zwarte roker aangetroffen waar het water een recordtemperatuur had: 407 °C. De zwarte roker bevindt zich op een dieptevan zo'n 3000 m, op de Midatlantische Rug, op ca. 5° Z.B. Dit gedeelte van de Midatlantische Rug vertoont een sterke vulkanische activiteit, waarbij uitstromend magma zorgt voor aangroei van de oceaanbodem naar weerszijden van de rug. Ter plaatse drijven Afrika en Zuid-Amerika daardoor jaarlijks zo’n 4 cm verder uiteen. De zwarte roker werd aangetroffen toen, vanaf het onderzoekschip Meteor, de onbemande duikboot Quest op onderzoek werd uitgestuurd.


Tot nu toe was de hoogst bekende temperatuur van zeewater (ook van een zwarte roker, maar uit de Stille Oceaan) 402 °C. Bij dergelijk hoge temperaturen lijkt een record van 5° meer niet zo interessant, maar dat is het, in dit geval, zeker wel. Bij 407 °C wordt op 3000 m diepte namelijk een kritieke temperatuur overschreden: het water gaat over in een fase die het midden houdt tussen vloeibaar en gasvormig. Volgens onderzoeksleidster Andrea Koschinsky heeft dit zogeheten superkritieke water een aantal bijzonder chemische en fysische eigenschappen. Bestanddelen zoals metalen uit de omliggende gesteenten worden bijvoorbeeld op een geheel andere wijze opgelost dan 'normaal' het geval is. Als gevolg daarvan ontstaan er buitengewoon hete oplossingen met uitzonderlijke chemische samenstellingen.


De miniduikboot Quest nadert een 'black smoker' (hete bron die het water vrijwel zwart maakt)

Het water bij de 'record-zwarte roker' bevat onder meer methaan, waterstof en zwavelwaterstof. Die stoffen kunnen als energiebron dienen voor bepaalde organismen, die op hun beurt weer als voedsel kunnen dienen voor hogere levensvormen. Inderdaad blijkt de zwarte roker, ondanks zijn extreem hoge temperatuur, dan ook het middelpunt van een gebied dat, net als een oase in een woestijn, vol leven is in een verder vrijwel levenloze omgeving. Het bijzondere daarvan is uiteraard dat hierdoor een ecosysteem bestaat dat, in tegenstelling tot vrijwel alle andere ecosystemen, niet berust op zonlicht als energiebron.


Met een grijparm wordt het 407 °C hete water vanaf de Quest bemonsterd.


Het meten van de watertemperatuur was een prestatie op zichzelf. Dat moest immers gebeuren met instrumenten die bestand waren tegen de extreem hoge temperatuur, maar ook tegen de hoge druk in de diepzee (300 kg per cm2), tegen het agressief zoute zeewater, en tegen de zuren die in het water ter plaatse voorkomen. Omdat het onderzoek als doel had om meer te weten te komen over de samenhang tussen vulkanisme, de stromingspatronen net boven en in de bodem van de diepzee, en het leven bij hete bronnen, was de expeditie daarop overigens goed voorbereid. De geofysicus Hans Hermann Gennerich (ook van de Universiteit van Bremen) had dan ook een meetsonde ontwikkeld die tegen al die extreme omstandigheden bestand is. Dat was zeker geen eenvoudige opgave, want de thermometer moest bijv. zo dun zijn dat hij in een zeer kort meetmoment de juiste temperatuur aangaf. Maar het werkte!

Referenties:
  • Marum & Forschungszentrum Ozeanränder, 2006. 407 °C: Hitzerkord in der Tiefzee. Persbericht Marum, http://www.rcom.marum.de/407C_Hitzerekord-in-der-Tiefsee-2.html.

710 Onder ijs van Antarctica vinden enorme waterbewegingen plaats
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

Onder het kilometers dikke ijs van Antarctica bevinden zich talrijke meren, waarvan het Vostok-meer zowel het grootst als het bekendst is. Deze subglaciale meren lijken volledig van de buitenwereld afgesloten; daarom is een poging om door het ijs tot in het Vostok-meer te boren opgegeven, want tal van onderzoekers meenden dat daardoor een miljoenen jaar oud, geïsoleerd ecosysteem verontreinigd zou kunnen raken met recente microorganismen. Dat zou de kans om een 'fossiel' ecosysteem te bestuderen uiteraard voorgoed onmogelijk maken.

Die angst lijkt ongegrond, want een recente studie wijst uit dat de diverse subglaciale meren van Antarctica helemaal niet zo geïsoleerd zijn. Dat blijkt uit radarinterferometrie, een techniek waarbij (vanuit een satelliet) radiosignalen worden uitgezonden die (net als bij geofysische reflectiemethoden) worden teruggekaatst, in dit geval vanaf het ijsoppervlak. Daarmee kan de hoogte van het ijs in het onderzochte gebied zeer nauwkeurig worden vastgesteld.


Het Labyrinth, een stelsel van waarschijnlijk door catastrofale waterstromen uitgeschuurde dalen die onderdeel uitmaken van de zogeheten Dry Valleys (Droge Dalen) op Antarctica

Deze waarnemingen leverden een verrassend resultaat op: gedurende een periode van 16 maanden bleek het ijsoppervlak boven een van de meren met maar liefst 3 m te dalen, terwijl het oppervlak boven een stelsel van meren 290 km verderop in dezelfde periode juist met 1 m steeg. Dat kan, volgens de onderzoekers, niet worden verklaard uit veranderingen in de neerslag of uit stromingspatronen van het ijs, maar moet zijn veroorzaakt doordat water uit het bovenste meer zich verplaatste naar het stelsel van lager gelegen meren.


Een van de Dry Valleys. Foto David Marchant (National Science Foundation). Let op de polygoonbodem

Om de optredende daling en stijging van het ijsoppervlak te kunnen verklaren, moet het gaan om een gigantische watermassa die zich van het ene meer naar de andere meren heeft verplaatst. De onderzoekers schatten dat het gaat om 1,8 km 3, wat overeen zou komen met een 16 maanden durende waterstroom die te vergelijken is met die van de Theems bij Londen. Een dergelijke stroom is zeker groot en sterk genoeg om sediment uit het bovenste meer naar de lager gelegen meren te vervoeren, en dat geldt zeker ook voor grote hoeveelheden microorganismen. Van miljoenen jaren durende isolatie van althans deze meren is dus zeker geen sprake.

Er is ook een verklaring voor deze grote subglaciale waterstromen. De subglaciale meren worden afgedamd door ijsmassa's. Als, door wat van oorzaak dan ook, het niveau van het water in zo'n meer stijgt, dan wordt de door dat water uitgeoefende druk groter. Op een kritiek moment breekt daardoor de ijsdam door, en het onder druk staande water boort zich zo als het ware een tunnel door de ijsmassa, totdat de druk weer onder het kritische punt komt; dat zal gewoonlijk zijn als de waterstroom uitmondt in een ander meer. Het uit het bovenste meer wegstromende water zorgt ervoor dat de waterdruk in dat bovenste meer afneemt, waardoor op een gegeven ogenblik de druk wordt bereikt waarbij de ijsdam zich weer sluit en de door het water 'uitgeboorde' tunnels zich weer met ijs vullen.


Wright Valley, ook een dal dat waarschijnlijk door sterke subglaciale waterstromen in uitgeschuurd. Foto Universiteit van Maine

Het is zeker niet onmogelijk dat de grote subglaciale waterstromen ook geulen in de harde ondergrond uitschuren. Het zich terugtrekkende ijs op Antarctica heeft plaatselijk een stelsel van niet met smeltwater gevulde dalen zichtbaar laten worden (de Dry Valleys - Droge Dalen). Deze dalen vertonen soms een merkwaardig patroon (zoals in het Labyrinth) dat niet te verklaren is door uitschuring als gevolg van smeltwaterstromen onder normale omstandigheden. Wel zouden dergelijke dalpatronen kunnen ontstaan als het gaat om subglaciale waterverplaatsingen. Onderzoekers nemen aan dat die dalen zijn gevormd toen soortgelijke waterverplaatsingen als nu onder het ijs plaatsvonden, ervoor zorgden dat het water niet van het ene subglaciale meer in het andere liep, maar uiteindelijk de zee bereikte. Dat zou zo'n 13 miljoen jaar geleden, in het Mioceen hebben plaatsgevonden. Als het om grote hoeveelheden water ging, zou dat zeker invloed op het klimaat kunnen hebben gehad. Er is geen reden om aan te nemen dat zoiets ook niet in onze tijd zou kunnen gebeuren.

Referenties:
  • Clarke, G.K.C., 2006. Ice-sheet plumbing in Antarctica. Nature 440, p. 1000-1001.
  • Giles, J., 2006. Lakes linked beneath Arctic ice. Nature 440, p. 977.
  • Wingham, D.J., Siegert, M.J., Shepherd, A. & Muir, A.S., 2006. Rapid discharge connects Antarctica subglacial lakes. Nature 440, p. 1033-1036.

Foto van het Labyrinth (door David Sugden) welwillend ter beschikking gesteld door Martin SiegertCentre for Polar observation and Modelling, School of Geographical Sciences, University of Bristol, Bristol (Engeland).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl