NGV-Geonieuws 127

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Oktober 2006, jaargang 8 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 !
  • 731 Enorme Calamites-achtige boom gevonden in versteend bos
  • 732 IJskap in Noordelijke IJszee vermindert snel in omvang
  • 733 Subductie vond al meer dan 3 miljard jaar geleden plaats
  • 734 Ötzi was een gedrongen, goed gebouwde man
  • 735 Fossiele regendruppels verraden ouderdom van de Sierra Nevada in California

    << Vorige uitgave: 126 | Volgende uitgave: 128 >>

731 Enorme Calamites-achtige boom gevonden in versteend bos
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het geslacht Calamites behoort, vooral in het Carboon, tot de bekendste fossiele planten. Bijna altijd gaat het om afdrukken van de in kransen geplaatste bladeren, maar soms worden ook stammen gevonden van deze plant die kon uitgroeien tot een boom. Vaak gaat het daarbij om min of meer verkoolde exemplaren, maar onder gunstige omstandigheden kan de stam - net als bij andere stukken hout - als het ware molecuul voor molecuul worden versteend, waarbij de anatomische structuur bewaard blijft. Dat was ook het geval bij het onderste gedeelte van de stam van een exemplaar van een Calamites-achtige boom die onlangs werd aangetroffen in het versteende bos bij Chemnitz.


Deel van de stam, nog in levenspositie ingebed in vulkanische as


Het vervaardigen van dwarsdoorneden door de stam


Dit bos, dat zich bevindt in de Zeisigwald Tuff Horizon van de Leukersdorf-Formatie (278 miljoen jaar), stamt uit het Vroeg-Perm. Het bos, waarin veel bomen (waaronder het hier beschreven exemplaar) nog rechtop staan, werd gefossiliseerd door plotselinge begraving onder een laag vulkanische as. Dat leverde, zoals ook elders vaak het geval is, een voortreffelijke fossilisatie op, waardoor de gefossiliseerde planten goed kunnen worden gedetermineerd. Zo kon het nu beschreven exemplaar worden gedetermineerd als Arthropitys ezonata. Details van deze soort waren tot nu toe nauwelijks bekend, maar daaraan is nu in één klap een einde gekomen.


Detail van de radiale structuur in een lengtedoorsnede

De Calamites-achtige planten uit het Carboon en Perm hadden een holle stengel of stam, en de vondst van het nieuwe exemplaar, dat gelijk ook de grootst bekende Calamites-achtige is waarvan de fossilisatie de anatomische kenmerken heeft bewaard (de stam is zo'n 50 cm in doorsnede), levert interessante nieuwe gegevens op over deze groep die paleobotanici tot nu toe veel hoofdbrekens heeft gekost. Het gaat dan ook om een groep met nogal opmerkelijke karakteristieken, zoals een combinatie groei omhoog in combinatie met een ondergronds systeem van rhizosomen, holle stammen/stengels, een sterke verhouting, en een groei zonder de vorming van zijtakken. Hoewel deze groep, die in het Vroeg-Namurien verscheen, zich goed aan het milieu kon aanpassen, stierf hij uit bij de grote massauitsterving op de grens tussen Perm en Trias.


Dwarsdoorsnede door de stam ca. anderhalve meter boven de basis


Dwarsdoornede door Arthropitys ezonata
vlak bij de basis van de stam


Dwarsdoorsnede door de stam van een ander
exemplaar van Arthropitys ezonata uit dezelfde laag


Het gevonden reuzenexemplaar is opgenomen (nr. MfNC K 5200) in de paleontologische collectie van het Museum für Naturkunde in Chemnitz. Het verkeert uiteraard niet meer in de staat waarin het werd gevonden, want ten behoeve van het anatomisch onderzoek zijn er met behulp van een steenzaag zowel dwars- als een lengtedoorsneden uit gezaagd.

Referenties:
  • Rössler, R. & Noll, R., 2006. Sphenopsids of the Permian (I): the largest known anatomically preserved calamite, an exceptional find from the petrified forest of Chemnitz, Germany. Review of Palaeobotany and Palynology 140, p. 145-162.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Ronny Rössler, Museum für Naturkunde, Chemnitz (Duitsland).

732 IJskap in Noordelijke IJszee vermindert snel in omvang
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het gebied rondom de Noordpool, de Noordelijke IJszee, blijft al eeuwenlang grotendeels met ijs bedekt (eeuwig ijs), ook gedurende de zomers. Dat is de reden waarom de Nederlandse zeevaarders er niet in slaagden om een route 'om de noord' te vinden, die de mogelijkheid zou bieden om de winstgevende koloniale gebieden te bereiken zonder strijd met concurrenten te hoeven leveren op de normale zeeroutes. Hun vergeefse pogingen werden destijds bemoeilijkt door de relatief lage temperaturen die toen op het noordelijk halfrond heersten (de 'Kleine IJstijd'), maar ook nu is de route 'om de noord' slechts gedurende hartje zomer, en dan nog alleen met behulp van zeer sterke ijsbrekers, te begaan.


De Noordelijke IJszee ligt dicht omsloten door Europa, Azië,
Canada en Groenland (kaart Universiteit van Texas)

Zo was het althans tot voor kort. Mogelijk komt daarin nu echter verandering, want de 'eeuwige ijskap' in de Noordelijke IJszee blijkt tussen 2004 en 2005 plotseling met maar liefst 14% in omvang te zijn afgenomen. Vooral in wat de 'Oostelijke Noordelijke IJszee' wordt genoemd, dat wil zeggen het zeegebied ten noorden van Europa en Azië, gaat het heel hard: de omvang nam daar zelfs met ongeveer de helft af, doordat een deel van het daar aanwezige ijs naar de Westelijke Noordelijke IJszee dreef, ten noorden van Canada.


Pas in 1991 kon, door het dikke ijs, de eerste niet-nucleaire ijsbreker (de Oden),
de noordpool bereiken (foto Universiteit van Bergen)

De totale afname van de omvang van het 'eeuwige ijs' gedurende de winter bedroeg zo'n 730.000 km2. Weliswaar werd het in de zomer afgesmolten gedeelte voor het grootste deel weer in de winter met ijs bedekt, maar met een veel dunner pakket. Het 'eeuwige ijs' is omstreeks 3 m dik, en kan daardoor de zomer doorstaan. Er smelt dan weinig van af, en eenzelfde hoeveelheid ijs groeit de volgende winter weer aan. Nu blijkt de situatie echter dramatisch veranderd: het gebied waar het 'eeuwige ijs' zomers was verdwenen, werd in de winter van 2004/2005 weliswaar weer bedekt met een ijslaag, maar die was niet meer dan 0,3-2 m dik; dat is onvoldoende om volledige afsmelting in de zomer te voorkomen.


Satellietopname (NASA) van het 'eeuwige ijs' in de Noordelijke IJszee

Het verdwijnen van een significant deel van het 'eeuwige ijs' kan niet direct worden toegeschreven aan stijgende temperaturen. Het lijkt erop dat wind verantwoordelijk is voor het afdrijven van veel ijs uit het oostelijk deel naar het westelijk deel van de Noordelijke IJszee, maar dat daarbij ook ijs werd weggevoerd naar het zuiden, tussen Groenland en Spitsbergen door. Dat ijs kwam in zuidelijker en dus warmer water terecht en smolt weg.


In de zomer vallen er gaten in het zeeijs
(foto Integrated Ocean Drilling Program, IODP)

Hoe meer 'eeuwig zeeijs' uit de Noordelijke IJszee verdwijnt, hoe minder warmte er 's zomers aan het water wordt onttrokken bij het smelten van een deel van de ijskap. Het water zou daardoor geleidelijk iets minder koud kunnen worden, waardoor het afsmelten van ijs in de zomer verder zou kunnen worden versterkt, en ook langer zou kunnen doorgaan. Het is niet denkbeeldig dat daardoor op langere termijn inderdaad een 'route om de noord' voor zeevaarders ter beschikking zal komen.

Referenties:
  • Nghiem, S.V., Chao, Y., Neumann, G., Perovich, D.K., Street, T. & Clemente-Colón, P., 2006. Depletion of perennial sea ice in the East Arctic Ocean. Geophysical research Letters 33, L17501, doi:10.1029/2006GL027198, 6 pp.

733 Subductie vond al meer dan 3 miljard jaar geleden plaats
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De ontwikkeling van de schollentektoniek heeft de geologie tot een echte natuurwetenschap gemaakt, waarbij tal van grootschalige verschijnselen een plaats in een model vonden, en waarbij de samenhang tussen veel van die verschijnselen ook in een bredere context kon worden geplaatst. Het is echter nog niet duidelijk of er al vanaf het moment dat de aardkorst werd gevormd sprake was van schollentektoniek. Voor het Archeďcum (4-2,5 miljard jaar geleden) is daarvoor geen duidelijk bewijs. De verschuiving van continenten, die direct een gevolg is van de schollentektoniek, is dan ook gewoonlijk nauwelijks of zelfs helemaal niet direct te bepalen, omdat de magnetische gegevens die in sommige gesteenten worden opgeslagen na een dergelijk lange tijdsduur niet betrouwbaar zijn 'af te lezen': de bij de vorming van het gesteente vastgelegde magnetische gegevens zijn daarna vrijwel onvermijdelijk verloren gegaan doordat later processen in de magnetische mineralen een andere richting vastlegden.


Het lege landschap van het Barberton-gebied

Met schollentektoniek gaan echter ook andere verschijnselen gepaard. Zo schuift, waar twee schollen op elkaar botsen, de ene schol onder de andere weg (subductie). De enige andere mogelijkheid is dat de twee botsende continenten zich als het ware in elkaar frommelen (collisie), zoals dat ook kan gebeuren wanneer twee auto's recht op elkaar inrijden. Het aantonen van subductie of collisie in een bepaalde tijd bewijst dus dat er toen schollentektoniek bestond. Die processen zijn (als het meezit) wél voor zeer oude gesteenten te reconstrueren. En dat is precies wat Zuid-Afrikaanse onderzoekers hebben gedaan aan de hand van analyses van gesteenten in het Barberton-gebied; die gesteenten zijn ca. 3,23 miljard jaar oud.


De sterk geplooide gneis van ca. 3,5 miljard jaar oud

De onderzoekers moesten er wel rekening mee houden dat tijdens de vorming van de gesteenten in het Barberton gebied (die nu deel uitmaken van een zogeheten 'greenstone belt', zo genoemd naar de groene kleur die door vorming van nieuwe mineralen bij de metamorfose is ontstaan) continentverschuiving fundamenteel anders moet zijn geweest dan nu. Continentverschuiving is immers afhankelijk van convectiestromen in de aardmantel, die vooral het gevolg zijn van de voortdurende 'toevoer' van de warmte die vrijkomt bij het natuurlijke verval van radioactieve elementen. Zo'n 3,2 miljard jaar geleden was de warmteproductie ruwweg driemaal zo groot als nu, en zowel continentbeweging als subductie moet toen daarom geheel anders van aard zijn geweest dan nu.


Microscopische opname van het metamorfe gesteente met granaat dat omgeven wordt
door een randje plagioklaas

Bij het onderzoek in de Barberton greenstone belt troffen de onderzoekers diverse metamorfe gesteenten aan (o.a. gneis, trondhjemiet en tonaliet) met mineraalassociaties waaruit een interessante vorming van het hele complex is af te leiden. Het gaat daarbij onder meer om granaat/albiet-assemblages, waaruit valt te reconstrueren dat het gesteente werd gevormd bij een druk van 1,2-1,5 GPa, bij een druk van 600-650 °C. Dergelijke omstandigheden wijzen op een geothermische gradiënt van 12-15 °C per kilometer. Dat is opvallend laag, en komt overeen met wat momenteel in een subductiezone wordt vastgesteld (terwijl de warmteproductie destijds veel hoger was). In samenhang met andere gegevens komen de onderzoekers tot de conclusie dat er inderdaad sprake moet zijn geweest van subductie. Dat betekent dus dat er al meer dan 3 miljard jaar geleden sprake was van schollentektoniek.

Referenties:
  • Moyen, J.-F., Stevens, G. & Kisters, A., 2006. Record of mid-Archaean subduction from metamorphism in the Barberton terrain, South Africa. Nature 442, p. 559-562.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Jean-François Moyen, Department of Geology, University of Stellenbosch, Matieland (Zuid-Afrika).

734 Ötzi was een gedrongen, goed gebouwde man
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Bij de vondst in 1991 van de 'Tiroler ijsman', beter bekend onder zijn koosnaam 'Ötzi' (naar het Oostenrijkse Ötztal), werd er ruw met hem omgesprongen. Het lichaam was duidelijk gemummificeerd, maar dat was ook het geval bij zoveel andere slachtoffers die sinds het terugtrekken van de Alpengletsjers worden gevonden. Het bleek echter toch al spoedig dat het om een prehistorisch mens ging (Ötzi leefde zo'n 5200 jaar geleden), en wetenschappers betreurden dan ook zeer dat het lichaam op veel plaatsen bij het ruwe uithakken en het daarop volgende transport omlaag beschadigd was geraakt. Er bleef gelukkig echter nog voldoende te onderzoeken.


Alsof Ötzi zelf uit het ijs kroop ...


Bij de berging van Ötzi ging het nog ruw toe:
men had geen idee van zijn ouderdom


Ötzi leefde in het laatste deel van de Jonge Steentijd (Neolithicum), op de overgang naar de Bronstijd. Er bestaat nog onenigheid over de vraag of een bronzen bijl, die is gevonden vlak bij de plek waar Ötzi werd ontdekt, ook aan hem heeft toebehoord. Onderzoek van haarresten zou er op wijzen dat Ötzi zelfs betrokken is geweest bij het vervaardigen van bronzen voorwerpen, maar dat onderzoek is omstreden, mede omdat de overgang naar de Bronstijd dan veel vroeger plaatsgevonden zou moeten hebben dan tot nu toe werd aangehouden. Toen Ötzi stierf, moet hij ongeveer 46 jaar oud zijn geweest (40-53 jaar volgens het onderzoek). Zijn doodsoorzaak is lang onduidelijk geweest, maar niet zo lang geleden werd ontdekt dat een pijl punt in zijn lichaam zit, en dat hij dus waarschijnlijk is overleden aan de interne verwonding die door de (van boven af) geschoten pijl werd veroorzaakt. Waarschijnlijk werd hij ontdekt door tijdgenoten van een rivaliserende stam, mogelijk terwijl hij probeerde het vee dat hij als herder onder zijn hoede had over de Alpen heen te begeleiden.


De vindplaats, op ca. 3200 m hoogte, in het Oostenrijkse Ötztal,
net over de Italiaanse grens


Ötzi bleek buitengewoon goed
gemummificeerd in het ijs


Een nieuw onderzoek met behulp van tomografie (een techniek waarmee met behulp van een computer als het ware dunne 'plakjes' van het onderzochte voorwerp zichtbaar worden gemaakt) geeft informatie over de lichaamseigenschappen van de prehistorische man. Dat is des te interessanter omdat de zo verkregen gegevens door de onderzoekers zijn vergeleken met soortgelijke gegevens van 139 andere prehistorische mannen. Uit dat onderzoek kwam ondermeer naar voren dat het dijbeen van Ötzi vergelijkbaar was met dat van andere mannen uit zijn tijd, maar dat zijn scheenbeen duidelijk sterker was dan gemiddeld.

Dat sterk ontwikkelde scheenbeen, dat meer weg heeft van het scheenbeen van mannen uit de Midden-Steentijd (Mesolithicum) dan van zijn mannelijke tijdgenoten uit de Jonge Steentijd, wijst volgens de onderzoekers op aanpassing aan omstandigheden die een hoge mate van mobiliteit vereisten; die mobiliteit moet groter zijn geweest dan voor de gewone mens uit de Jonge Steentijd. Dat wijst op een actieve levensstijl, waarschijnlijk met lange tochten door ruig terrein. Dat past goed bij het beeld van een herder dat al eerder - op basis van andere kenmerken - voor Ötzi was gesuggereerd.


De 'IJsman' ondergaat nog steeds tal van onderzoeken

De onderzoekers hebben met twee methoden onderzocht wat het lichaamsgewicht van Ötzi tijdens zijn leven moet zijn geweest. Beide onderzoeksmethoden leverden hetzelfde resultaat op: 61 kg. Met zijn waarschijnlijke lengte van 1,58 cm was Ötzi daarmee weliswaar tamelijk klein in vergelijking met zijn tijdgenoten, maar wel had hij een gedrongen gestalte die wijst op de mogelijkheid om ook onder moeilijke omstandigheden goed te kunnen functioneren.

Referenties:
  • Ruff, C.B., Holt, B.M., Sládek, V., Berner, M., Murphy Jr., W.A., Zur Nedden, D., Seidler, H. & Recheis, W., 2006. Body size, body proportions, and mobility of the Tyroleam AIceman@. Journal of Human Evolution 51, p. 91-101.

735 Fossiele regendruppels verraden ouderdom van de Sierra Nevada in California
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De grootste gebergteketen in de Verenigde Staten is de Sierra Nevada, in de staat California. Het gebergte is vooral bekend vanwege het prachtige Yosemite National Park en vanwege het toeristische Tahoe-Meer. Merkwaardig genoeg heeft het bepalen van de ouderdom van dit gebergte altijd problemen opgeleverd. Er zijn twee kampen die al geruime tijd tegenover elkaar staan; één van die kampen gaat er vanuit dat het gebergte geologisch gezien kort geleden (3-5 miljoen jaar) vanaf zeeniveau is opgeheven. Dat zou een gevolg zijn geweest van het feit dat toen een enorm stuk van de aardkorst afbrak en wegzakte in de aardmantel, waarna de ontstane ruimte werd opgevuld door heet, lichter mantelmateriaal dat - vanwege zijn relatief geringe gewicht - als een boei in het water opsteeg en het gebied daarbij ophief, maar er zijn nooit duidelijke bewijzen voor die hypothese gevonden.


De Sierra Nevada, met (in wit) de Eocene rivier)

Het andere kamp houdt voor het gebergte een ouderdom van zo'n 60 miljoen jaar aan. Een opvallend onderzoek lijkt het gelijk te geven aan het laatstgenoemde kamp, zij het niet helemaal. Volgens dat onderzoek is de Sierra Nevada tenminste al zo'n 40 miljoen jaar oud. Dat wil zeggen: het gebergte bereikte toen in ieder geval hoogtes van zo'n 2200 m. Daarmee zou het toen nauwelijks hebben afgeweken van het huidige gebergte. Mogelijk is het gebergte echter toch aanzienlijk ouder: de onderzoekers sluiten in ieder geval niet uit dat het gebergte al voor het begin van het Mesozoďcum (65 miljoen jaar geleden) werd gevormd. Wanneer dat ook precies het geval mag zijn geweest, volgens de onderzoekers bestond California destijds uit twee delen, van elkaar gescheiden door een voormalige subductiezone waar inmiddels een wegduikende lithosfeerschol het gebied erboven (het huidige gebergte) ophief.


Ontsluiting in de sterk grindige, rivierterrassen

Het onderzoek dat deze laatste hypothese lijkt te bevestigen, werd uitgevoerd door wetenschappers van Stanford University. Zij analyseerden de chemie van fossiele regendruppels die werden blootgelegd bij de werkzaamheden van de goudzoekers tijdens de 'goldrush' van California (midden van de 19e eeuw). Dat onderzoek leverde klimatologische gegevens op, waaruit overigens niet alleen gegevens over de vroegere hoogte van de Sierra Nevada konden worden afgeleid, maar die ook van belang zijn voor klimaatmodellen (dergelijke modellen zijn immers alleen betrouwbaar als ze ook voor het geologische verleden correcte gegevens opleveren).


Het pakket met sterk verweerde kleirolstenen

De toegepaste onderzoeksmethode maakt gebruik van het feit dat water bestaat uit twee elementen (waterstof en zuurstof), die allebei verschillende isotopen kennen. Deze isotopen hebben een minimaal verschillend gewicht; zelfs dat minieme verschil is echter genoeg om regendruppels met relatief zware isotopen, nadat ze door verdamping uit zee zijn opgestegen, op een geringere hoogte weer als regen te laten neervallen dan de lichtere isotopen. Zo kan uit de verhouding tussen de diverse waterstof- en zuurstofisotopen de hoogte van het gebied waar de neerslag plaatsvond worden bepaald, althans bij benadering. De neergevallen regen wordt namelijk deels opgenomen in de moleculaire structuur van klei en andere mineralen in de bodem. Daarmee vormen die oude bodems dus een archief waarin de voormalige hoogte van het gebied is vastgelegd.

Gedurende het onderzoek werden bodems van 40-50 miljoen jaar oud (Eoceen) op deze wijze onderzocht. Die bodems waren vooral ontwikkeld in grindrijke afzettingen. Een deel van de stenen in dit grind verweerden onder het destijds warme klimaat, waarbij de kleideeltjes werden gevormd waarin het regenwater werd opgenomen. Uit de analyse van monsters die op diverse hoogten werden genomen, kon worden afgeleid dat het gebied destijds al een gebergte moet hebben gevormd, met ongeveer dezelfde hoogte als nu. Sterke opheffing in de laatste 3-5 miljoen jaar lijkt dan ook uitgesloten, al kan opheffing van maximaal 600 m echter niet worden uitgesloten.

Referenties:
  • Mulch, A., Graham, S.A. & Chamberlain, C.P., 2006. Hydrogen isotopes in Eocene river gravels and paleoelevation of the Sierra Nevada. Science 313, p. 87-89.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Andreas Mulch, Geological and Environmental Sciences, Stanford University, Stanford, CA 94305 (Verenigde Staten van Amerika)


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl