NGV-Geonieuws 130

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 December 2006, jaargang 8 nr. 23

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 746 Fossiele schrikvogel had kop zo groot als een paardenhoofd
  • 747 Orkanen blijken belangrijk sedimentatiemechanisme langs kusten
  • 748 Dierenrijk dankt ontstaan aan supergebergte
  • 749 Experimenteel bakken van arthropoden lost probleem van fossiele pantsers op
  • 750 Marslandschap mogelijk gevolg van grootschalig vrijkomen van kristalwater

    << Vorige uitgave: 129 | Volgende uitgave: 131 >>

746 Fossiele schrikvogel had kop zo groot als een paardenhoofd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De grootste vogels (Phorusrhacidae) die ooit op aarde voorkwamen zijn de zogeheten schrikvogels (beter bekend onder hun Engelse naam: terror birds), die tussen 60 en 2 miljoen jaar geleden leefden in Zuid-Amerika. Ze konden zich in dat vrijwel van de rest van de wereld geÔsoleerde continent ontwikkelen tot de dominante roofdieren. Hun naam danken ze aan hun grootte, die onder meer valt af te leiden uit de grootte van de schedelfragmenten die zijn gevonden.


De nieuwe fossiele schrikvogel was veel groter
dan een mens


Veel zoogdieren waren een gemakkelijke
prooi voor de schrikvogel


Over de precieze eigenschappen van de schrikvogels is weinig bekend omdat het fossiele materiaal schaars is; er waren twee schedelfragmenten bekend: een zeer onvolledige schedel van ruim 60 cm lang van Devincenzia pozzi, en een schets van de schedel van Phorusrhacos longissimus (die bij het verzamelen uiteenviel). Daarnaast was er ook nog een schets van de veel kleinere schedel van Patagornis marshi (met zijn 35 cm toch ook altijd nog een grote vogelschedel).

Het beeld van de schrikvogels is een stuk duidelijker - en huiveringwekkender - geworden door de vondst van nieuw materiaal in afzettingen van 14-15 miljoen jaar oud (Mioceen). Het gaat daarbij onder meer om een vrijwel volledige schedel, die met zijn 71,6 cm lengte (vergelijkbaar met de schedel van een paard) nog veel groter is dan van enige andere schrikvogel. De schedel vertoont overeenkomst met die van de kleinere Devincenzia pozzi, maar wijkt daarvan toch ook weer zoveel af dat het waarschijnlijk om een nieuwe (nog niet benoemde) soort gaat.


De schedel van ruim 71 cm lang

Paleontologen namen gewoonlijk aan dat hun grootte de schrikvogels tamelijk log maakte op de grond. Des te vervaarlijker moeten ze zijn geweest bij een aanval vanuit de lucht, want alle fossiele schedelfragmenten wijzen op enorme, gekromde snavels. De nieuwe vondst doet aan dat laatste zeker niets af (de nieuwe soort moet lammeren hebben kunnen oppakken en in zijn bek fijnkraken), maar de karakteristieken van het samen met de schedel gevonden bot materiaal werpen wel een ander licht op het loopvermogen van de nieuw ontdekte soort: het moeten vogels zijn geweest die op de grond goed uit de voeten konden, en die - net zoals bijv. struisvogels - hard konden rennen. Ze waren alleen veel groter dan struisvogels: hun hoogte moet omstreeks 3 m zijn geweest.

De bevinding van een enorme lichaamsgrootte in combinatie met een snel loopvermogen lijkt bestaande hypotheses over de relatie tussen die twee eigenschappen omver te werpen. Dat zou ook consequenties kunnen hebben voor de interpretatie van de voortbeweging van de grote dinosauriŽrs.

Referenties:
  • Chiappe, L.M. & Bertelli, S., 2006. Skull morphology of giant terror birds. Nature 443, p. 929.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Luis Chiappe, Natural History Museum of Los Angeles County, Los Angeles, CA (Verenigde Staten van Amerika).

747 Orkanen blijken belangrijk sedimentatiemechanisme langs kusten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De orkaan Katrina richtte op 29 augustus 2005 enorme schade aan langs de zuidkust van de Amerikaanse staat Louisiana, waarbij onder meer de stad New Orleans voor een groot deel werd overstroomd. Ook de moerasachtige gebieden ('wetlands') langs de kust hadden zwaar onder Katrina te lijden. De orkaan Rita deed daar later, op 24 september van hetzelfde jaar, nog een schepje bovenop.


Verwoest huis en met modder gevulde auto ten ZW
van New Orleans als gevolg van de orkaan Katrina

De wetlands langs de zuidkust van de Verenigde Staten zijn in allerlei opzichten van groot belang, en die van Louisiana vormen veruit het grootste systeem binnen de Verenigde Staten. Ze leveren per jaar meer dan 450 miljoen kg aan voedsel (vissen en andere zeedieren) en een kwart van de jaarlijkse olie- en gasproductie. Verder worden de wetlands verondersteld om een soort bufferzone te vormen die het land beschermt tegen stormvloeden. Sinds het midden van de vorige eeuw nemen de wetlands van Louisiana echter steeds verder in omvang af. Hoewel die afname de laatste 15 jaar langzamer is gegaan, is de bezorgdheid over het voortbestaan van de wetlands niet afgenomen, en Katrina en Rita hebben die bezorgdheid alleen maar doen toenemen.


Sterk vervuilde Bay St. Louis na de orkaan Katrina (foto NOAA)

De bezorgdheid over het voortbestaan van de wetlands heeft geleid tot diverse plannen. De meeste zijn gebaseerd op het doen toenemen van de sedimentatie. De Mississippi wordt door zijn eigen - deels kunstmatig versterkte of opgehoogde - oeverwallen gevangen gehouden, en overstromingen waarbij zowel organisch als anorganisch sediment in de wetlands zou worden afgezet, komen nauwelijks meer voor. Er zijn daarom voorstanders van (zeer dure) plannen om - via kunstmatige doorbraken - voor meer overstromingen door de Mississippi te zorgen, maar niet alle deskundigen zijn ervan overtuigd dat daarmee een afdoende oplossing is gevonden; ze denken dat veel schade aan de wetlands te wijten is aan het uitbaggeren van riviertakken in de delta, aan het dalen van het gebied door olie- en gaswinning, en door de introductie van een knaagdier dat veel planten vernietigt.

Iedereen lijkt het er echter over eens dat de aanvoer van nieuw sediment de wetlands ten goede zou komen. En die aanvoer vindt, volgens onderzoek door een team van de Universiteit van Louisiana, nu juist plaats door orkanen, en dat kan heel effectief zijn. Katrina en Rita blijken namelijk een laag modder te hebben achtergelaten van gemiddeld zo'n 5 cm dik. De laag bleek gemakkelijk te herkennen, omdat er geen grove (fluviatiele) bestanddelen in voorkomen, en omdat direct onder de modderlaag het normale oppervlak van de wetlands (met nog verse groene bladeren) aanwezig is.


Satellietopname van de orkaan Rita in de Golf van Mexico (foto NOAA)

Door in de wetlands metingen te doen en monsters te nemen, kon het team uitrekenen hoeveel modder er door Katrina en Rita was afgezet. Dat bleek een enorme hoeveelheid: ruim 131 miljoen ton anorganisch sediment. Die hoeveelheid is vijfmaal zo groot als de hoeveelheid die door de Mississippi in de wetlands werd achtergelaten voordat de oeverwallen kunstmatig werden versterkt en verhoogd. Het is ook 200 maal zoveel als wat er zou worden afgezet als er rivieromleidingen zouden worden uitgevoerd, zoals volgens sommigen zou moeten gebeuren om meer sediment aan te voeren.

Orkanen blijken dus een uiterst effectief sedimentatiemechanisme voor wetlands langs een kust. Langs de Golf van Mexico komen orkanen die vergelijkbaar zijn met Katrina en Rita gemiddeld eens in de acht jaar voor. Dat betekent dus - geologisch gezien - een continue aanvoer van zeer veel sediment. De ontdekking van deze hoeveelheid heeft grote economische consequenties, omdat nu blijkt dat de gigantische kosten kunnen worden uitgespaard van de diverse projecten die eerder zijn voorgesteld om sedimentatie in de wetlands te bevorderen.

Referenties:
  • Turner, R.E., Baustian, J.J., Swenson, E.M. & Spicer, J.S., 2006. Wetland sedimentation from hurricanes Katrina and Rita. Science 314, p. 449-552.

Foto van de auto in de modder welwillend ter beschikking gesteld door Eugene Turner, Department of Oceanography and Coastal Sciences, Louisiana State University, Baton Rouge, LA (Verenigde Staten van America).

748 Dierenrijk dankt ontstaan aan supergebergte
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 ! Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen !

Het was een gebergte van zo'n 8000 km lang (vergelijkbaar met sommige midoceanische ruggen) en 1000 km breed, maar dan op het land, en met net zulke hoge toppen als de Himalaya's. Dit supergebergte was niet alleen een unicum in de aardgeschiedenis, maar het vormt mogelijk ook de sleutel tot de oplossing van een van de meest intrigerende vragen binnen de geologie en de biologie: waardoor ontstond omstreeks de grens Precambrium/Cambrium plotseling een explosie van gevarieerd leven, en waarom ontstond toen ook het dierenrijk?


Het supergebergte in het midden van Gondwanaland

Het supergebergte zou, volgens de aanwijzingen die nu zijn gevonden, 650-500 miljoen jaar geleden hebben moeten bestaan. Dat was in een periode waarin diverse grote continentale massa's tegen elkaar opbotsten en het supercontinent Gondwanaland vormden. Bij de botsingen omstreeks de grens Precambrium/Cambrium werden delen van de continenten tot bergen opgestuwd, zoals de Alpen zijn ontstaan door de botsing van de Afrikaanse lithosfeerschol tegen Europa. West-Gondwanaland, dat de landmassa's omvatte die na latere opsplitsing de continenten van Afrika en Zuid-Amerika gingen vormen, werden door het gebergte (dat door de onderzoekers het 'Transgondwana Supergebergte' wordt genoemd) gescheiden van Oost-Gondwanaland, dat het huidige India, ArabiŽ, Antarctica, AustraliŽ en Nieuw-Zeeland omvatte.

Uiteraard stond het supergebergte bloot aan verwering en erosie, en omdat het gebergte ruwweg langs de evenaar lag en dus blootstond aan tropische verwering, en omdat het zo lang en zo hoog was, werd er per tijdseenheid een enorme massa verweerd gesteente geŽrodeerd. De zo gevormde deeltjes werden door een aantal grote rivieren meegevoerd en langs de kusten van Gondwanaland als zand, silt en klei in zee afgezet. De onderzoekers, die gesteenten uit allerlei uithoeken van de aarde voor dit doel hebben bemonsterd, geanalyseerd en gedateerd, komen tot een totaal volume aan sediment bestaande uit afbraakproducten van het supergebergte van ruim 100 miljoen kubieke kilometer!


Onderzoeksleider Rick Squire


De plotselinge ontwikkeling van het leven tussen
580 en 520 miljoen jaar geleden


Die deeltjes bevatten - zoals ook nu het geval is - veel verweringsproducten; deze zijn deels in water oplosbaar, en kunnen dienen als voedingsstoffen voor levende organismen. Weliswaar lossen veel verweringsproducten slecht in water op, maar vanwege de gigantische hoeveelheid sediment die van het supergebergte afkomstig was, werd er toch een ongekend grote hoeveelheid voedingsstoffen, waaronder fosfor, ijzer, calcium en bicarbonaationen, in zee gebracht.

De overdaad aan voedingsstoffen resulteerde volgens Rick Squire, die het onderzoek leidde waarbij de aanwijzingen voor het supergebergte werden ontdekt, tot een enorme bloei van het destijds in de zeeŽn aanwezige primitieve leven. Daarmee werd een extreem rijke voedselbron geschapen voor meer complexe levensvormen, inclusief dierlijk leven, die zich inderdaad in deze tijd (580-520 miljoen jaar geleden) ontwikkelden; de beroemde Ediacara-fauna is daarvan het bewijs. Omdat tussen 543 en 515 miljoen jaar geleden de concentratie calcium in zee verdrievoudigde, konden zich toen ook dieren met harde schalen (zoals trilobieten en schelpdieren) ontwikkelen. Daarmee is ook de overgang van de primitieve Ediacara-fauna naar een zeer uiteenlopende fauna met tal van diergroepen verklaard.

Uiteraard ondervindt deze elegante verklaring voor de plotselinge explosie van het dierenrijk (nog?) veel kritiek van paleontologen. Die wijzen er onder meer op dat ook de zuurstofconcentratie in de atmosfeer waarschijnlijk een belangrijke factor was, en dat er veel fysische en chemische veranderingen in deze periode van de aardgeschiedenis optraden die ook een rol gespeeld kunnen hebben.

Referenties:
  • Squire, R.J., Campbell, I.H., Allen, Ch.,M. & Wilson, J.L., 2006. Did the Transgondwanan supermountain trigger the explosive radiation of animals on Earth? Earth and Planetary Science Letters 250, p. 116-133.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Rick Squire, School of Geosciences, Monash University, Clayton (AustraliŽ).

749 Experimenteel bakken van arthropoden lost probleem van fossiele pantsers op
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Bij chemische analyse blijkt dat gefossiliseerde (maar nog niet versteende) geleedpotigen (arthropoden) van 30 miljoen jaar geleden een uitwendig skelet (pantser)hebben waarvan de chemische samenstelling opvallend afwijkt van dat van recente arthropoden. Alle recente taxa (waaronder kakkerlakken, schorpioenen en garnalen) hebben een pantser dat bestaat uit chitine. Chitine is een stof die bestaat uit vezels van verbindingen van koolstof en waterstof - vergelijkbaar met de cellulose van planten - die afgedekt zijn met een waslaagje.


Doorsnede door het pantser van een insect,
bestaande uit chitine 'vezels' in een matrix van eiwitten


Tertiaire arthropoden blijken een chemisch sterk verschillend pantser te hebben: dat bestaat voor een belangrijk deel uit alifatische verbindingen, dat wil zeggen uit moleculen die bestaan uit lange ketens van koolstofatomen (met daaraan gebonden waterstof), vergelijkbaar met de chemische structuur van kerogeen. Er is volgens paleontologen geen enkele reden om aan te nemen dat het pantser van arthropoden in het geologische verleden een andere samenstelling had dan nu, en het chemische verschil tussen de fossiele en de recente pantsers is dan ook altijd een intrigerend raadsel geweest. Op de een of andere wijze moet er tijdens de fossilisatie een chemische omzetting hebben plaatsgevonden, maar het hoe en waarom was een vraag die niet kon worden beantwoord.


Een in korte tijd vervallen pantser


Een pantser waaruit na 8 weken bijna alle
eiwitten zijn verdwenen


Tot nu toe, want een in wezen uiterst simpel experiment licht een tipje van de sluier op. Bij het experiment was het uitgangspunt de wijze waarop kerogeen in de natuur ontstaat als tussenproduct bij de omzetting van organisch materiaal naar koolwaterstoffen (kerogeen is dus als het ware een voorloper van benzine). Die omzetting vindt niet altijd op gelijke wijze plaats, maar bekend is dat kerogeen uit mariene algen ontstaat doordat lange ketens van koolwaterstoffen bij de omzetting bewaard blijven, terwijl kortere ketens teloor gaan.


Een gedode kever voor het 'bakken'


De 'gebakken' kever van opzij (links)
en van de buikzijde (rechts).




Bij het uitgevoerde experiment 'fossiliseerden' de onderzoekers kakkerlakken, schorpioenen en garnalen uit de dierentuin van Bristol, na ze eerst via bevriezing ter dood te hebben gebracht. Het pantser van deze dieren werd vervolgens in kleine gouden houders luchtdicht afgesloten en vervolgens gedurende een dag gebakken bij een temperatuur van 350 įC en een druk van ongeveer 700 atmosfeer. Volgens de onderzoekers is dit een verantwoorde manier om het echte fossilisatieproces (gedurende veel langere tijd maar bij veel lagere temperaturen) na te bootsen.


De 'oven' waarin de kever werd gebakken

Het resultaat van dit experiment was verbazingwekkend: in de pantsers werden alifatische verbindingen aangetroffen die er voordien niet in zaten. Merkwaardig genoeg werden geen alifatische verbindingen aangetroffen als niet het hele pantser werd gebakken, maar alleen de chitine. Evenmin ontstonden deze verbindingen als er een stukje pantser werd gebakken nadat de onderzoekers daarvan de was hadden verwijderd. De conclusie die hieruit moet worden getrokken is dat de alifatische verbindingen tijdens het fossilisatieproces ontstaan door een chemische wisselwerking tussen de chitine en de was. Daarmee is nu bekend waarom de pantsers van fossiele en recente arthropoden verschillen, maar hoe de omzetting precies plaatsvindt is nog niet bekend.


Doorsnede door de 'oven', met daarin de drukcel met de gouden houder waarin de insecten werden gebakken

Referenties:
  • Gupta, N.S., Michels, R., Briggs, D.E.G., Evershed, P. & Pancost, R.D., 2006. The organic preservation of fossil arthropods: an experimental study. Proceedings of the Royal Socirety B, doi:10.1098/rspb.2006.3646.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Neal Gupta, School of Chemistry, University of Bristol, Bristol (Groot-BrittanniŽ).

750 Marslandschap mogelijk gevolg van grootschalig vrijkomen van kristalwater
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie ! Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie ! Klik hier voor alle artikelen over Mineralen !

Tal van foto's van Mars tonen landschapsvormen zoals dalen en ravijnen die sterke gelijkenis vertonen met reliŽfvormen die op aarde ontstaan door grote stromen die in korte tijd het aardoppervlak insnijden. In combinatie met het voorkomen van structuren die we op aarde kennen als gevolg van stromend water, wordt daarom algemeen aangenomen dat het reliŽf op Mars, althans voor een belangrijk deel, is ontstaan door grote stromen van een vloeistof. Daarbij is gedacht aan water, aan vloeibaar koolzuurgas en aan enkele andere stoffen, maar enige zekerheid daaromtrent ontbreekt. De meeste onderzoekers vinden stromend water het meest waarschijnlijk, maar de hoeveelheid water op Mars is nu veel te gering om dergelijke grote insnijdingen te veroorzaken. Wel was er mogelijk in het verleden meer water op Mars aanwezig, dat echter nu grotendeels in de ruimte verloren is gegaan.


De onderzoeksrobot Opportunity aan het werk op Mars

De onderzoekers menen dat het Marsoppervlak kan zijn ontstaan door plotseling vrijkomende hoeveelheden kristalwater uit gesteenten aan het Marsoppervlak. Dat is niet zomaar een theorie, want beelden die de Opportunity van Mars naar de Aarde heeft geseind tonen in een gebied van de Meridiani Planum sulfaatrijke gesteenten met daarin plaatvormige holten, die waarschijnlijk het gevolg zijn van de oplossing van een als evaporiet (door indamping) gevormd mineraal. Volgens de onderzoekers is het goed mogelijk dat het daarbij gaat om magnesiumsulfaat met kristalwater (MgSO4.nH2O). De hoeveelheid kristalwater kan sterk variŽren, en het systeem van MgSO4.nH2O (in oplossing of vast) is zeer ingewikkeld, en hangt vooral af van enerzijds de temperatuur en anderzijds de gewichtsverhouding tussen magnesiumsulfaat en water.


Het landschap van Mars door de ogen van de Opportunity

Een interessante verbinding (die van nature voor zover bekend niet op Aarde voorkomt en die daarom geen mineraal mag worden genoemd) is magnesiumsulfaat met daaraan gekoppeld 11 moleculen kristalwater.
Bij een uitgevoerd experiment bleek dat deze verbinding ontstond toen een oplossing met 30% magnesiumsulfaat een aantal dagen bij een temperatuur van 0,3-2,3 įC onder het vriespunt en een relatieve vochtigheid van 58-66% werd bewaard. Na 24 uur ontstonden metastabiele kristallen van epsomiet (MgSO4.7H2O), en na 48 uur begonnen zich heldere, kleurloze kristallen van MgSO4.11H2O te vormen. Deze kristallen hadden precies de vorm die op de foto's van Mars zichtbaar zijn als oplosholtes in de sulfaatrijke gesteenten van Meridiani Planum. Sommige kristallen groeiden uitzonderlijk uit, andere vormden samen kristalmassa's, en weer andere verbonden zich met epsomiet.


Beeld van Burns Cliff, in het ZW deel van
de binnenwand van de krater Endurance
op Mars


In sporen van onderzoeksrobotten op Mars
zijn mogelijk zoutresten aangetroffen
(lichtgekleurd, false-colour opname)


Toen de temperatuur werd verhoogd tot 2 įC, smolt het MgSO4.11H2O, waarbij het overging in epsomiet en dus vier watermoleculen vrijkwamen. Gezien de omstandigheden die op Mars moeten hebben geheerst, is het volgens de onderzoekers waarschijnlijk dat er grote hoeveelheden MgSO4.11H2O aanwezig zijn geweest, die bij het stijgen van de temperatuur op grote schaal werden omgezet in epsomiet, waarbij dus ook enorme watermassa's vrijkwamen. Die zouden heel goed de erosie- en sedimentatieprocessen kunnen hebben veroorzaakt waarvan thans de diverse morfologische en sedimentaire structuren op Mars nog getuigen.

Referenties:
  • Peterson, R.C. & Wang, R., 2006. Crystal molds on Mars: melting of a possible new mineral species to create Martian chaotic terrain. Geology 34, p. 957-960.

Foto's: NASA.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl