NGV-Geonieuws 135

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 April 2007, jaargang 9 nr. 4

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 791 Anthropogeen CO2 wordt opgeslagen in diepzee
  • 792 Merkwaardige archaebacterie verliet mogelijk nooit zijn ontstaansmilieu
  • 793 Hoop op bedwinging van moddervulkaan op Java
  • 794 Precieze dateringen van geologische processen mogelijk met 'ultrachron'
  • 795 Chinese hagedis had vleugels tussen uitstaande ribben
  • 796 Groenland veel eerder bedekt met ijs dan aangenomen
  • 797 Verandering van milieu leidde pas na 2 miljoen jaar tot massauitsterving
  • 798 Fossiel zoogdier met unieke eigenschappen toont evolutie van middenoor
  • 799 Schollentektoniek bestond reeds 3,8 miljard jaar geleden
  • 800 Microdiamantjes bewijzen diepe subductie van continentale korst

    << Vorige uitgave: 134 | Volgende uitgave: 136 >>

791 Anthropogeen CO2 wordt opgeslagen in diepzee
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De sterke toename van het gebruik van fossiele brandstoffen sinds de industriële revolutie heeft geleid tot een toename van het CO2gehalte in de oceaan. Dat de atmosferische CO2concentratie niet veel sterker is gestegen, komt doordat de oceanen veel van dit gas absorberen. De vraag is of dit geabsorbeerde CO2 vooral in de bovenste waterlagen wordt opgenomen of niet, want dan is de opnamecapaciteit gering, en kan op betrekkelijk korte termijn een versnelde stijging van de atmosferische CO2concentratie optreden.


Schematische doorsnede door de Atlantische Oceaan met (A en B) de waarden van anthropogene CO2 (in μmol per kg) volgens twee berekeningsmethoden en van chloorfluorkoolwaterstof-12 ( C) en CCI 4 (D), beide in pmol per kg.

Onderzoekers van een onderzoeksinstituut in Kiel en van de Johns Hopkins University in Baltimore hebben een nieuwe techniek ontwikkeld om na te gaan waar het door menselijke activiteit ontstane CO2 in de oceaan blijft. De methode is gebaseerd op extreem nauwkeurige metingen van het opgeloste CO2 (en andere stoffen) vanaf onderzoekschepen. De meest recente metingen werden uitgevoerd in 2004, waarbij hetzelfde traject werd gevaren als in 1981. Ook eerder werd dit gedaan, waardoor de ontwikkeling met de tijd zichtbaar wordt.


Doorsnede met waarden van de DIC-concentratie en de verzadigingshorizon van aragoniet. Stippellijn: niveau in preindustriële tijdperk. Getrokken lijnen: niveaus in 2004 en 2006.

Dit onderzoek, dat zich concentreert op de Atlantische Oceaan, heeft een nauwkeurig beeld opgeleverd waar het CO2 blijft, en om hoeveel het gaat. Zo blijkt dat er in de diepzee een veel hogere concentratie CO2 ontstaat dan vroeger voor mogelijk werd gehouden. Volgens onderzoeker Tanhua lijkt dat goed nieuws. Meer CO2 dan aangenomen blijft zo immers uit de atmosfeer verwijderd, en kan geen bijdrage leveren aan het broeikaseffect. Bovendien kan de oceaan dus veel meer CO2 opnemen dan eerder werd gedacht, omdat de diepzee vroeger niet in aanmerking werd genomen als 'opslagplaats'.


Het onderzoekschip Meteor in woelige baren

Tanhua wijst echter ook op een minder plezierig bijeffect: in het noorden van de Atlantische Oceaan ligt een diep bekken waarin het CO2 zich concentreert op een niveau waar door organismen gevormde kalkschaaltjes (CaCO3) oplossen (het verzadigingsniveau). De toevoeging van extra CO2 maakt het water daar extra zuur, waardoor de oplossing van de kalkschaaltjes nog verder versterkt wordt. Het verzadigingsniveau lijkt in de afgelopen twee eeuwen zo’n 400 m hoger zijn komen te liggen, en die ontwikkeling zal zich waarschijnlijk versneld voortzetten. Dat kan op termijn het leefmilieu bedreigen van diepzeeorganismen die een kalkschaaltje bouwen.

Met de nieuwe techniek is het mogelijk om meer helderheid te verkrijgen over waar het CO2 blijft. De koolstofcyclus op aarde is voor een deel nog onvoldoende bekend; zo weten we dat er op bepaalde plaatsen zogeheten ‘sinks’ moeten bestaan (waar CO2 wordt vastgelegd), maar waar die sinks liggen is deels onbekend. Het ziet er nu naar uit dat de diepzee zo’n sink vormt.

Referenties:
  • Tanhua, T., Körtzinger, A., Friis, K., Waugh, D.W. & Wallace, W.R., 2007. An estimate of anthropogenic CO2 inventory from decadal changes in oceanic carbon content. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 104, p. 3037-3042.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Toste Tanhua, Leibnitz-Institut für Meereswissenschaften, Kiel (Duitsland).

792 Merkwaardige archaebacterie verliet mogelijk nooit zijn ontstaansmilieu
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

Er worden steeds meer primitieve organismen ontdekt die in extreme milieus leven (extremofielen). Dat ze voor zo’n uitzonderlijk milieu hebben gekozen (hete bronnen, diepzee, grot, zout, etc.) is alleen goed te verklaren doordat ze daar nauwelijks of geen natuurlijke vijanden hebben. Ooit moeten op dergelijke plaatsen primitieve organismen terecht zijn gekomen die zich voldoende snel hebben weten aan te passen. Een andere mogelijkheid is echter dat dergelijke microorganismen zich al vroeg in de evolutie ontwikkelden in een milieu waarin ze sindsdien zijn gebleven.




De archaebacterie Ferroplasma acidiphilum

Dat lijkt bijv. het geval bij Ferroplasma acidiphilum. Het organisme, dat enkele jaren geleden in pyriet werd ontdekt, is ingedeeld bij de Archaebacteria. Het bestaat uit een enkele cel zonder beschermende celwand. Het is een organisme dat in extreem zure milieus voorkomt en zelfs in zwavelzuur kan overleven. Onderzoekers uit Braunschweig en Madrid hebben ontdekt dat dit organisme niet alleen zijn energie ontleent aan ijzer (het 'eet' het ijzer, oxideert het en laat dus 'roest' achter), maar gebruikt ijzer ook als essentiële bouwsteen voor zijn meeste proteïnen (eiwitten). Dit is een eigenschap die van geen enkel ander organisme bekend is.


Onderzoeker Ken Timmis


Een andere soort van Ferroplasma
(F. acidarmanus) vormt sliertige patronen


Sommige organismen, inclusief archaebacteriën gebruiken weliswaar ijzer voor hun eiwitten, maar dat gaat altijd om een minimale hoeveelheid. In de eiwitten van F. acidiphilum speelt ijzer echter een hoofdrol. Het dient in die eiwitten onder meer als ankers die de ruimtelijke structuur van de anders gemakkelijk vervormbare eiwitketens in stand houden. De onderzoekers gebruiken daarvoor een Engelse term die het beste als 'ijzerkram' te vertalen is.

Ondanks de vaak onderling sterk afwijkende theorieën over het ontstaan van het leven op aarde, zijn de meeste onderzoekers het erover eens dat de eerste biologische moleculen moeten zijn ontstaan op ijzer- en zwavelhoudende oppervlakken, zoals het mineraal pyriet (FeS2). Aan het ijzer en de zwavel zou de energie zijn ontleed die onder meer nodig was voor vermenigvuldiging. De Spaanse en Duitse onderzoekers menen nu dat beide elementen ook een rol moeten hebben gespeeld bij de ontwikkeling van eiwitten. Pas later, toen de organismen verder waren ontwikkeld, konden daarvoor andere bouwstoffen worden gebruikt. Daarom veronderstellen de onderzoekers dat F. acidiphilum nog een extreem oude evolutionaire vorm vertegenwoordigt, die alleen kan overleven in een milieu dat zo zuur is dat ijzer erin opgeloste vorm in voorkomt.

Referenties:
  • Ferrer, M., Golyshina, O.V., Beloqui, A., Golyshin, P.N. & Timmis, K.N., 2007. The cellular machinery of Ferroplasma acidiphilum is iron-protein-dominated. Nature 445, p. 91-94.

Foto’s: Helmholz Zentrum für Infektionsforschung, Braunschweig (Duitsland).

793 Hoop op bedwinging van moddervulkaan op Java
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over Olie, Gas & Mijnbouw ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

De uitbarsting van een moddervulkaan die al sinds 29 mei vorig jaar aan de gang is op Java, bij het dorpje Sidoarjo (zie ook Geonieuws 742), neemt steeds rampzaliger vormen aan. De moddervulkaan houdt de gemoederen zo druk bezig dat hij inmiddels zelfs een naam heeft gekregen: Lusi (een samentrekking van lumpur - maleis voor modder - en Sidoarjo). De moddervulkaan heeft inmiddels een doorsnede van zo'n 50 m en steekt 16 m boven de bodem uit. Die bodem staat nu overigens over een gebied van inmiddels zo'n 450 hectare onder de modderige massa die de vulkaan omhoog blijft spuiten.


Het modderwater zorgt voor steeds rampzaliger
toestanden


Bewoners trachten hun bezittingen (letterlijk)
uit de modder op te vissen


De oorzaak van de opspuitende modder is nog steeds niet met zekerheid bekend. Sommige Indonesische autoriteiten schuiven de schuld op een aardbeving (met een kracht van 6,3) die op 27 mei vorig jaar optrad en die delen van Djokjakarta, zo'n 280 km ten zuidoosten van Sidoarjo, met de grond gelijk maakte. Steeds meer geologen raken er echter van overtuigd dat de moddervulkaan een gevolg is van een boring ter plaatse die op 2800 m diepte een permeabele kalksteen aanboorde.

Wat de reden ook mag zijn, met zekerheid daaromtrent schieten de bewoners van het getroffen gebied weinig of niets op. Er zijn inmiddels duizenden huizen door de modder overspoeld, evenals talrijke fabrieken. Zo'n 240.000 mensen zijn inmiddels noodgedwongen geëvacueerd. En de modder blijft omhoog komen in ongekende hoeveelheden: tot zo'n 160.000 m3 per dag. Er wordt dan ook hard gewerkt aan plannen om de moddervulkaan onder controle te krijgen.


Hete stoomwolken stijgen plaatselijk uit de modder op

Met de uitvoering van een recent plan is inmiddels een begin gemaakt. Dit plan, ontwikkeld door Bagus Nurhandoko, Satria Bijaksana en Umar Fauzi, allen geofysici die verbonden zijn aan het Technologisch Instituut van Bandung behelst om 4000 grote betonnen ballen, in hoeveelheden van steeds vier tegelijk met elkaar door zeer dik staaldraad verboden exemplaren, in de opening van de vulkaan te laten zakken. Met de uitvoering is eind februari begonnen; op 26 maart waren er inmiddels 374 ketens met elk vier ballen in de vulkaan neergelaten.


De betonnen ballen waarmee Lusi tot zwijgen moet worden gebracht

Volgens de geofysische zullen de ballen de 'kraterpijp' deels afsluiten, waardoor de gassen en de modder energie verliezen bij het vinden van een pad omhoog. Op den duur zou daardoor de pijp geheel dicht kunnen raken, maar dat kan maanden duren. Het plan lijkt overigens goede kans van slagen te hebben: op 19 maart kwam er gedurende ruim een half uur geen modder meer naar buiten. De betrokkenen denken overigens dat het waarschijnlijker is dat dat een gevolg was van een kleine instorting van de kraterpijp dan een gevolg van de betonballen.

Er is overigens ook een ander hoopvol teken: de hoeveelheid uitgestoten H2S (zwavelwaterstof, het gas dat de stank van rotte eieren veroorzaakt) is sinds de ballen omlaag zijn gelaten verdubbeld. Weliswaar kunnen vanwege dit giftige gas de arbeiders niet langer dan een uur bij de vulkaan aan de slag, maar de toename bevestigt volgens de onderzoekers de theorie dat de druk afneemt. Er gloort dus weer een beetje licht aan het eind van de donkere tunnel.

Referenties:
  • Cyranoski, D., 2007a. Volcano gets choke chains to slow mud. Nature 445, p. 470.
  • Cyranoski, D., 2007b. Muddy waters. Nature 445, p. 812-815.
  • Normile, D., 2007. Indonesian mud volcano unleashes a torrent of controversy. Science 315, p. 586.

794 Precieze dateringen van geologische processen mogelijk met 'ultrachron'
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Dateringen !

In de loop van de geologische tijd ondergaan gesteenten tal van processen. Wanneer die optraden is gewoonlijk moeilijk of niet te achterhalen. Wetenschappers van de Universiteit van Massachusetts in Amherst hebben nu echter een apparaat ontwikkeld (de 'ultrachron') waarmee dat in veel gevallen wél mogelijk moet zijn. Dankzij door hen zeer sterk verfijnde technieken kunnen veel geologische processen nu met voorheen ongekende precisie worden gedateerd. De werking van de ultrachron werd middenmaart besproken op een bijeenkomst van de Northeastern Section van de Geological Society of America.


De 'ultrachron'

De datering van een geologisch proces waaraan een gesteentepakket onderworpen is geweest, is in het algemeen extreem moeilijk, omdat er in de loop van de geologische tijd zoveel processen gelijktijdig opeenvolgend en/of met tussenpozen - plaatsvinden. Daarbij valt te denken aan processen zoals botsende continenten, gebergtevorming, magmatische intrusies, belasting door het gewicht van dikke ijskappen, etc. Er blijkt echter een soort opslag van al dergelijke processen plaats te vinden in het mineraal monaziet (CePO4). Dit fosfaat komt in zeer geringe hoeveelheden in tal van gesteenten voor; het bevat altijd kleine hoeveelheden van de radioactieve elementen uranium en thorium, waardoor radiometrische ouderdomsbepalingen mogelijk zijn. Omdat de monazietkristallen onder diverse omstandigheden kunnen aangroeien, en de nieuwgevormde 'laagjes' goed van elkaar te onderscheiden zijn, kunnen ook de afzonderlijke laagjes goed worden gedateerd. Omdat de nieuw aangegroeide laagjes vaak karakteristieken vertonen die samenhangen met de tegelijkertijd optredende processen, ontstaat hierdoor de mogelijkheid om die afzonderlijke processen te dateren.


Tweelingkristallen van monaziet

Deze theoretische mogelijkheid tot datering van processen, door monazietkristallen als het ware als een ui schil voor schil af te pellen, moest natuurlijk wel eerst nog in praktijk uitvoerbaar blijken. Dat is nu gebeurd in de vorm van de ultrachron, een apparaat dat is ontwikkeld om juist van extreem dunne aangroeilaagjes van monaziet een uiterst nauwkeurige radiometrische datering uit te voeren. De uitvoering was verre van eenvoudig. Met behulp van subsidie van de Amerikaanse National Science Foundation kon Cameca, een Franse instrumentbouwer, op aanwijzingen van de betrokken aardwetenschappers (Michael Williams en Michael Jercinovic), aan de slag. Vooral het optische gedeelte van het instrument vereiste een ongekende precisie, waardoor het ontwerpen, bouwen, uitproberen en verbeteren van de ultrachron uiteindelijk meer dan twee en een half jaar duurde. Aan de verdere verfijning wordt overigens nog steeds gewerkt.


De botsing van aardschollen kan met de ultrachron worden gedateerd

Inmiddels is het apparaat in de praktijk getest op gesteenten waarvan, op andere geologische gronden, duidelijk was wanneer ze bepaalde processen ondergingen. De ultrachron bleek daarbij zeer nauwkeurige resultaten op te leveren. De onderzoekers hopen met de ultrachron ook nieuw licht te kunnen werpen op hete hangijzers zoals de duur van 'Sneeuwbal Aarde' op het eind van het Precambrium.

Referenties:
  • Anonymus, 2007. UMass Amherst scientists read the history of rocks using custom-built >ultrachron=. Persbericht University of Massachusetts: http://www.umass.edu/newsoffice/newsreleases/articles/47657.php

Foto apparatuur: University of Massachusetts, Amherst; foto monaziettweeling: Natural History Museum Los Angeles; kaart aardschollen US Geological Survey

795 Chinese hagedis had vleugels tussen uitstaande ribben
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 !

Geen ledematen die tot vleugels werden omgevormd, en evenmin een zweefhuid tussen de voor- en achterpoten: een fossiele hagedis van zo'n 130 miljoen jaar oud (Vroeg-Krijt) had een heel eigen type vleugels. Die bestonden namelijk uit een vlieghuid tussen een aantal ribben die niet - zoals bij de mens, maar ook bij de andere ribben van hetzelfde dier - gebogen waren (om zo een beveiliging van de borstholte te vormen), maar die naar weerszijden van het lichaam uitstaken.


Het fossiel Xianglong zhaoi (foto Xing Xu)

Het fossiel is Xianglong zhaoi gedoopt, wat 'vliegende draak van Zhao' betekent (Prof. Zhao Dayu is medeoprichter van het Paleontologisch Museum van Liaoning, de provincie in het noordoosten van China waar ook zoveel andere bijzondere fossiele vondsten vandaan komen). Het exemplaar, dat ca. 15,5 cm groot is, is zeer goed bewaard gebleven, waardoor tal van details kunnen worden bestudeerd. Dat betreft onder meer afdrukken van de vlieghuid, die zijn sterkte ontleende aan 8 ribben links en rechts die zich zijdelings uitstrekte. Uit reconstructie blijkt dat het dier een spanwijdte van 11,4 cm moet hebben gehad. De vleugels lijken onvoldoende te zijn ontwikkeld om echt te vliegen, maar zweefvluchten waren zeker mogelijk. Hij kon dat doen door vanuit boomtoppen het luchtruim te kiezen. Dat hij in bomen kon klimmen blijkt uit de klauwen die hij aan zijn poten had. Het zweefvliegen moet hem goed zijn afgegaan: waarschijnlijk kwam hij vele tientallen meters ver en joeg hij tijdens zijn zweefvluchten op insecten.


Reconstructie (door Zhao Chung en Xing Lida) van de zwevende hagedis.

In sommige opzichten is de vondst uniek. Zo is het de enige bekende uitgestorven soort hagedis die het luchtruim koos. Ook tegenwoordig zijn er overigens hagedissen die dat doen, maar die hebben een 'normale' zweefhuid. Het gebruik van ribben voor de constructie van vleugels is overigens niet uniek voor Xianglong: uit het Perm en Trias zijn zwevende reptielen bekend die ook vleugels op basis van uitstekende ribben hadden. Dat betreft de geslachten Coelurosauravus (Duitsland), Icarosaurus (Noord-Amerika) en Kuehneosaurus (Groot-Brittannië). Deze drie geslachten zijn geen voorouders van Xianglong waarvan hij zijn bijzondere vleugels heeft geërfd: het gaat om gelijksoortige evolutionaire ontwikkelingen die los van elkaar stonden (convergentie).

Referenties:
  • Li, P.-P., Gao, K.-Q., Hou, L.-H. & Xu, X., 2007. A gliding lizard from the Early Cretaceous of China. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104, p. 5507-5509.

Illustraties: Chinese Academie van Wetenschappen.

796 Groenland veel eerder bedekt met ijs dan aangenomen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het Kwartair is destijds als een afzonderlijke geologische tijdseenheid ingevoerd vanwege de daarin optredende ijstijden (gedurende het Pleistoceen; het Holoceen kan als een tussenijstijd worden beschouwd). Dat gebeurde toen de Pleistocene uitbreiding van de landijskappen in Europa en Noord-Amerika duidelijk was geworden. Van de vroegere uitbreidingen van het landijs elders had men toen nog geen weet. Inmiddels weten we dat er al in het Tertiair grote landijskappen bestonden. Vooral van Antarctica is inmiddels veel bekend geworden, en daar lijken zich al in het Paleoceen ijskappen te hebben gevormd. Groenland lijkt langer ijsvrij te zijn gebleven, maar dat moet toch minder lang zijn geweest dan werd aangenomen.


Een steen uit zee met gletsjerkrassen verraadt zijn glaciale herkomst.

Onderzoekers van de Universiteit van Southampton hebben vastgesteld dat ook op het noordelijk halfrond zo'n 20 miljoen jaar eerder dan tot nu toe werd gedacht landijskappen moeten hebben bestaan. Ze stelden dat vast voor Groenland, dat al omstreeks 34 miljoen jaar geleden door - overigens nog relatief kleiner - ijskappen bedekt moet zijn geweest. Tot nu toe werd aangenomen dat het eerste landijs zich daar pas omstreeks 15 miljoen jaar geleden begon te vormen.


Scanning-electron microscope (SEM) opname van een kwartskorrel met typisch glaciale kenmerken

Interessant is daarbij dat het CO2-gehalte in de atmosfeer significant hoger waren dan vlak voor de industriële revolutie. Dat is alweer een aanwijzing dat er niet zonder meer mag worden aangenomen dat een toename van het CO2-gehalte als vanzelfsprekend leidt tot opwarming van de aarde.


Onderzoeker Ian C. Harding

De - voor zover nu bekend - eerste vorming van landijs op Groenland vond plaats op de grens tussen Eoceen en Oligoceen. Dat was ook het moment waarop de tot dan toe nog relatief kleine ijskap op Antarctica zich zeer snel uitbreidde tot ongeveer zijn huidige omvang. Het ijs op Oost-Groenland moet de bron zijn geweest van glaciaal materiaal dat met ijsbergen wegdreef. Toen die ijsbergen smolten, kwam het puin in zee terecht. Dergelijk puin is aangetroffen in boorkernen van afzettingen die tussen 38 en 30 miljoen jaar geleden werden gevormd in de zee tussen Groenland en Noorwegen. Het aangetroffen glaciomariene materiaal verraadt zijn herkomst door typische kenmerken aan het oppervlak van de brokstukken, zoals gletsjerkrassen

Referenties:
  • Eldrett, J.S., Harding, I.C., Wilson, P.A., Butler, E. & Roberts, A.P., 2007. Continental ice in Greenland during Eocene and Oligocene. Nature 446, p. 176-179.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Ian Harding, School of Ocean and Earth Science, University of Southampton, Southampton (Groot-Brittannië).

797 Verandering van milieu leidde pas na 2 miljoen jaar tot massauitsterving
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Wie de paniekverhalen over de mogelijke gevolgen van de opwarming van de aarde leest, moet haast wel tot de conclusie komen dat verandering van het milieu op - geologisch gezien - uiterst korte termijn tot verschrikkelijke rampen leidt. Zo zou volgens sommige uitspraken zo’n 25-30% van de fauna binnen een eeuw mogelijk uitsterven. De werkelijkheid is - gelukkig - anders. In alle bekende gevallen van grote natuurrampen door menselijke activiteit (dioxine in Bhopal, olie in de Perzische Golf tijdens de Golfoorlog, de ramp met de Amoco Cadiz, etc.) bleek de natuur zo’n groot zelfreinigend vermogen te hebben dat de schade aan het milieu van korte duur was. Waar het milieu sterk verandert door niet-catastrofale natuurlijke oorzaken (bijv. ijstijden), blijkt het bovendien lang te duren voordat er grote veranderingen optreden.


De Caraïbische Zee wordt momenteel gedomineerd
door koralen, algen en zeegras (boven),
de westkust van Panama door mollusken (onder).


Finger Island in de Caraïbische Zee, opgebouwd
uit sedimenten van 10 miljoen jaar oud die aangeven
dat het milieu daar toen gelijk was aan dat voor de
huidige westkust van Panama


Dat blijkt opnieuw uit een studie van een gebeurtenis die zeer grote consequenties voor het zeemilieu had: de afsluiting van de open zee tussen de Atlantische en de Stille Oceaan door de landengte van Midden-Amerika. Die landengte ontstond doordat 3-4 miljoen jaar geleden het gebied werd opgeheven, waardoor een verbinding ontstond tussen de continenten van Noord- en Zuid-Amerika. De afsluiting had uiteraard enorme gevolgen voor de oceanische circulatiepatronen. Dat leidde in het Caraïbische gebied tot een massauitsterving van de mariene fauna, die voorafgaand aan de afsluiting een periode van grote bloei meemaakte.


Escudo de Veraguas, een Caraïbisch eiland voor de
kust van Panama, waar de gesteenten de overgang
van een 'Pacifisch' naar een 'Caraïbisch' milieu
vertegenwoordigen


Escudo de Veraguas: geen slechte plaats voor
geologisch onderzoek


Die uitsterving trad echter niet direct op: er was zelfs sprake van een soort naijleffect, want de dramatische uitsterving van vooral koralen en schelpdieren vond pas 2 miljoen jaar na de afsluiting plaats. Dat blijkt uit vergelijking van recente fauna’s aan weerszijden van de landengte met fossiele fauna’s van de laatste 10 miljoen jaar uit het zuidwestelijke deel van de Caraïbische Zee. Schelpdieren komen nu veel voor aan de westkant, waar de passaatwinden van december tot april zorgen voor het omhoog stromen van koud, voedselrijk water. In het Caraïbische gebied, waar het water warm is en minder voedsel bevat, komen vooral koralen en algen voor.


Aaron O’Dea op jacht naar fossielen
voor de oostkust van Panama


Kalkskeletje van een van de soorten cupuladriiden
(mosdiertjes)


In hoeverre een fauna het goed deed, leidden de onderzoekers af uit bepaalde kenmerken. Zo is de grootte van fossiele cupuladriiden (een groep van bryozoën, mosdiertjes) een indicatie voor de sterkte van de destijds opwellende waterstroom; de soorten foraminiferen geven informatie over de waterdiepte, en de hoeveelheid schelpmateriaal in de bodemsedimenten is een maat voor de hoeveelheid voedsel in het water. De gewichtsverhouding tussen de diverse soorten fossiele organismen geeft aan welke groepen op een bepaald moment overheersten.

Bij de sluiting van de zeedoorgang traden direct aanzienlijke veranderingen op. In het Caraïbisch gebied stabiliseerde de watertemperatuur en nam de afzetting van kalk aanzienlijk toe. Koralen en algen beginnen te domineren, maar andere groepen bleken gedurende een miljoen jaar niet of nauwelijks uit te sterven. Na een miljoen jaar gebeurde dat wel, waarbij vooral de groepen verdwenen die een productief milieu prefereren. Dat het zo lang duurde, schrijven de onderzoekers toe aan het feit dat de steeds ongunstiger omstandigheden weliswaar leidden tot een steeds geringer wordende populatie, maar dat pas na het overschrijden van een bepaalde drempelwaarde de genadeklap werd uitgedeeld.


Schelpen van het geslacht Strombus, dat pas 2 miljoen jaar na de afsluiting uitstierf

De onderzoekers trekken daaruit de conclusie dat bij het zoeken naar de oorzaak van massauitstervingen niet gezocht hoeft te worden naar een gelijktijdige catastrofale gebeurtenis, maar dat die ook geruime tijd daarvoor kan hebben plaatsgevonden. Omdat ook nu de biodiversiteit lijkt af te nemen, zou dat volgens hen een teken aan de wand kunnen zijn; wanneer eventueel een fataal punt zou worden overschreden, kunnen ook zij echter niet vertellen.

Referenties:
  • O’Dea, A., Jackson, J.B.C., Fortunato, H., Smith, J.T., D’Croz, L., Johnson, K.G. & Todd, J.A., 2007. Environmental change preceded Caribbean extinction by 2 million years. Proceedings of the National Academy of Sciences 104, p. 5501-506.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Aaron O’Dea, Scripps Institution of Oceanography, University of California at San Diego, La Jolla, CA (Verenigde Staten van Amerika).

798 Fossiel zoogdier met unieke eigenschappen toont evolutie van middenoor
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 !

De vondst van een nieuw zoogdier, dat 125 miljoen jaar geleden leefde in wat nu de Chinese provincie Hebei is, toont hoe het middenoor - een van de meest kenmerkende verschijnselen van de moderne zoogdieren - zich evolutionair ontwikkelde. Het dier, dat Yanocodon allini is genoemd, werd ongeveer 300 km van Beijing gevonden in de Yixian-Formatie; het is het eerste fossiele zoogdier dat in de provincie Hebei is gevonden. Het dier, dat 15 cm lang was en waarschijnlijk ongeveer 30 gram woog, had tanden die kenmerkend zijn voor dieren die insecten en wormen eten. Met zijn lange lichaam en korte poten met klauwen was hij goed toegerust om te graven of onder de grond te leven.


Het holotype van Yanocodon allini, aangetroffen op een
splijtvlak waardoor het fossiel in beide stukken kan worden bestudeerd.

Bij onderzoek bleek dat het middenoor van Yanocodon het midden houdt tussen dat van de moderne zoogdieren en dat van de naaste verwanten; het biedt volgens de onderzoekers een zeldzame mogelijkheid om de ontwikkeling van het zoogdieroor te onderzoeken. Dat is niet alleen interessant omdat daarmee een van de specifieke evolutionaire aanpassingen van zoogdieren kan worden onderzocht, maar ook omdat daaruit blijkt hoe een complexe structuur geleidelijk door evolutie ontstaat (en niet door ‘intelligent design’ zoals de creationisten beweren).


Vindplaats van Yanocodon

Zoogdieren hebben een veel beter ontwikkeld gehoor dan alle andere gewervelde dieren, en mede daardoor konden de zoogdieren een leefwijze ontwikkelen die sterk op dat goede gehoor berust. Juist daarom hebben paleontologen en revolutionairbiologen al langer dan een eeuw naarstig gespeurd naar aanwijzingen die zouden kunnen leiden tot inzicht in de evolutionaire ontwikkeling van het oor.


Reconstructie van het skelet (door Mark A. Klingler, CMNH)

Het goede gehoor van de zoogdieren berust voor een groot deel op de opbouw van het middenoor, dat bestaat uit drie botjes (stijgbeugel, hamer en aambeeld) en een benige ring voor de trommelholte. Deze botjes ontwikkelden zich evolutionair uit het kaakscharnier dat bij verwante reptielen voorkomt. Hoe dat gebeurde was tot nu toe volstrekt onduidelijk, maar Yanocodon laat de tussenliggende stap zien.


Vergelijking tussen het oor en de kaak van Yanocodon met die van verwanten

Daarnaast vertoont Yanocodon nog enkele unieke eigenschappen. Zo had hij verbazend veel wervels: 26 in zijn borst en heup, terwijl de meeste uitgestorven zoogdieren er slechts 19 of 20 hadden. Mede aan dat grote aantal wervels dankt hij zijn langgerekte vorm. Een andere zeldzame eigenschap is dat hij ook ribben ter hoogte van zijn middel had. Met al deze kenmerken lijkt Yanocodon soms dichter bij de Marsupialia (buideldieren) te staan dan bij de Placentalia (zoogdieren die bij zwangerschap een placenta ontwikkelen), soms juist andersom.


Reconstructie van Yanocodon allini (door Mark A. Klingler, CMNH).

Referenties:
  • Luo, Z.-X., Chen, P., Li, G. & Chen, M., 2007. A new eutriconodont mammal and evolutionary development in early mammals. Nature 446, p. 288-293.

Foto’s (© Carnegie Museum of Natural History, Pittsburgh) welwillend ter beschikking gesteld door Zhe-Xi Luo, Carnegie Museum of Natural History, Pittsburgh, PA (Verenigde Staten van Amerika).

799 Schollentektoniek bestond reeds 3,8 miljard jaar geleden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De aarde was 3,8 miljard jaar geleden nog jong en heet, en convectiestromen hebben toen zeker bestaan in het inwendige der aarde. Nu blijkt dat er toen ook al schollentektoniek moet hebben plaatsgevonden, het proces waardoor momenteel de continentverschuiving plaatsvindt.


Onderzoeksleider Harald Furnes

Een en ander blijkt uit onderzoek in de vanwege zijn hoge ouderdom befaamde Isua 'greenstone belt'. Een gebied op Groenland ten noordoosten van de hoofdstad Nuuk, dat al geruime tijd veel aandacht krijgt van onderzoekers die zeer oude gesteenten (en mogelijke resten van het vroegste primitieve leven op aarde) aan nauwgezette studies onderwerpen.


Een ontsluiting van de ofioliet op Groenland.

Deze 'greenstone belt' - zo genoemd omdat door metamorfose nieuwe mineralen zijn gevormd die een deel van het gesteente een groenige kleur geven - bevat de oudst bekende gesteenten die op de bodem van een oceaan werden gevormd. Het gaat om kussenlava’s die ontstonden toen heet magma door de convectiestromen opwelde - en stolde toen het in contact kwam met het (relatief) koude zeewater.

Bij die kussenlava’s zijn nu gesteenten gevonden die kenmerkend zijn voor zogeheten ofiolieten. Dat zijn gesteenten die bestaan uit peridotieten, gabbro’s, geïntrudeerde gangen en die veelal ook met kussenlava’s geassocieerd zijn. Men neemt algemeen aan dat ofiolieten ontstonden bij het uitstromen van lava op de zeebodem waar twee convectiestromen tegengestelde richtingen inslaan, zoals dat nu bij de midoceanische ruggen gebeurt.


Pakket met vulkanische afzettingen en geïntrudeerde ganggesteenten

Onderzoeksleider Harald Furnes verklaart hierover: Momenteel ontstaan ofiolieten op midoceanische ruggen, dus waar de kringloop van de schollentektoniek begint. Daar drijven de krachten uit het inwendige der aarde twee schollen van oceaanbodem uit elkaar. Het magma stijgt door de zo gevormde zwaktezone op en stolt als nieuwe oceaanbodem en wordt door nieuw opstijgend magma opzij gedrongen. Ofiolieten ontstaan echter ook aan het einde van de kringloop, waar twee oceanische aardschollen op elkaar botsen en de ene, die inmiddels oud en zwaar is geworden, onder de andere wegduikt, terug naar het binnenste der aarde. De in deze subductiezone wegzinkende schol smelt en vormt het magma dat weer aan het aardoppervlak terugkomt via grote vulkanen. Daarbij ontstaan de meest ofiolieten.


Intrusiefgesteente in het complex op Groenland

Of de ofiolieten van de Isua greenstone belt werden gevormd bij het begin of het einde van de schollenkringloop staat nog niet vast. De gesteenten zijn in de loop van hun lange geologische geschiedenis aan zoveel processen blootgesteld, dat ze sterk zijn veranderd, wat interpretatie moeilijk maakt. Furnes zegt hierover: We hebben de opbouw van deze oude oceaanbodem geanalyseerd en er een geochemische vingerafdruk van genomen. De opbouw lijkt een ontstaan bij een midoceanische rug aan te geven, dus op een plaats waar nieuwe oceaanbodem ontstaat. De chemische vingerafdruk pleit daarentegen voor een ontstaan waar de oceanische korst weer vernietigd wordt. We nemen voorlopig aan dat we met deze laatste situatie te maken hebben, maar dat het om een heel jonge subductiezone ging, een soort subductiezoneembryo, in een geologische context waarin nog geen grote vulkanen waren gevormd.


Kussenlava in het ofiolietcomplex

Nader onderzoek zal meer zekerheid moeten bieden. De grote winst is nu al dat is komen vast te staan dat schollentektoniek al zeer vroeg in de aardgeschiedenis is opgetreden, zelfs zo’n tweemiljard jaar eerder dan tot nu toe bekend was.

Referenties:
  • Furnes, H., Wit, M. de, Staudigel, H., Rosing & Muehlenbachs, K., 2007. A vestige of Earth=s oldest ophiolite. Science 315, p. 1704-1707.
  • Kerr, R.A., 2007. A trace of the earliest plate tectonics turns up in Greenland. Science 315, p. 1650-1651.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Harald Furnes, Department of Earth Science, University of Bergen, Bergen (Noorwegen).

800 Microdiamantjes bewijzen diepe subductie van continentale korst
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De aardkorst is lichter dan de aardmantel, en drijft daar als het ware op. Binnen de aardkorst zelf bestaan ook weer dichtheidsverschillen. Zo is de oceanische korst gemiddeld zwaarder dan de continentale korst. Vanwege zijn relatief lichte aard is daarom lange tijd algemeen aangenomen dat bij subductie, waarbij één aardschol onder een andere wordt weggedrukt, continentale korst niet echt diep kan wegzakken. Dat beeld moest in de afgelopen 25 jaar worden herzien omdat bleek dat er in metamorfe gesteenten die bestaan uit materiaal dat als continentale korst bij subductie betrokken is geweest, zeer kleine diamantjes (tot max. 80 micron) voorkomen. Die diamantjes kunnen alleen zijn ontstaan bij een druk die bereikt wordt op minimaal 150 km diepte. De gesteenten met de op die diepte gevormde diamantjes moeten later weer bij - ook met de botsing van de aardschollen samenhangende - gebergtevorming, opheffing (en later erosie) aan het aardoppervlak te voorschijn zijn gekomen.


De extreem kleine diamantjes (pijlen) in een slijpplaatje

De diamantjes die zo’n belangrijke rol spelen bij het bepalen van de minimale diepte waartoe continentale korst kan wegzakken, zijn lange tijd te klein geweest om in detail te kunnen worden onderzocht. Technologische ontwikkelingen hebben dat nu wel mogelijk gemaakt. Zo blijkt dat de toch al kleine diamantjes vaak insluitsels hebben die uit twee fasen (vloeistof en kristallijne vaste stof) bestaan. Die insluitsels, die afmetingen hebben in de orde van enkele nanometers (een duizendste micron), bevatten onder meer koolstof, en de stabiele isotopen van deze koolstof blijken daarin voor te komen in verhoudingen die bevestigen dat het om materiaal uit de aardkorst gaat. Daarmee is de eerder nog niet geheel overtuigde sceptici ten aanzien van het zo diep wegzakken van aardkorst het zwijgen opgelegd.


Enkele van de thermochemisch uit het gesteente geïsoleerde diamantjes (scanningelektron microscopische opname)

De herkomst van de insluitsels is nu ook ontraadseld door onderzoek te doen met een aantal geheel verschillende technieken, die deels zeer geavanceerd zijn. Het gaat om scanningelektron microscopie (SEM), transmissionelektrom microscopie (TEM), zogeheten 'focused ion-beam' (gerichte ionenbundel) technieken, infrarood spectroscopie en een speciale vorm van massaspectrometrie voor extreem kleine deeltjes. De combinatie van gegevens die zo werd verkregen, wijst uit dat de diamantjes moeten zijn gevormd door uitkristallisatie uit een superkritieke vloeistof (d.w.z. een vloeistof die bij de heersende hoge temperatuur direct verdampt zou zijn als de hoge druk dat niet onmogelijk had gemaakt), bestaande uit koolstof, zuurstof en waterstof. Zo bewijzen de diamantjes via welke paden koolstof en water uit de aardkorst tot op dieptes kunnen afdalen waar zich normaal de aardmantel bevindt, en hoe deze stoffen dan ook weer naar het aardoppervlak kunnen terugkeren.


Schematische weergave van het subductieproces
waaraan de diamantjes hun ontstaan danken


Onderzoekleidster Larissa Dobrzhinetskaya


Referenties:
  • Dobrzhinetskaya, L., Wirth, R. & Green II, H.W., 2007. A look inside of diamond-forming media in deep subduction zones. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 104, doi:10.1073/pnas.0609161104.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Larissa Dobrzhinetskaya, Department of Earth Sciences, University of California, Riversida, CA (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl