NGV-Geonieuws 142

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 November 2007, jaargang 9 nr. 11

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 861 Herkomst van asteroïde die insloeg op K/T-grens achterhaald
  • 862 Jachtwijze van pterosauriërs moet worden herzien
  • 863 Gifspuitende kever gevangen in barnsteen uit Vroeg-Krijt
  • 864 Archaea, bacteriën en eukaryoten leefden 2,7 miljard jaar geleden al naast elkaar
  • 865 Vrije vaart 'om de noord' bijzonder (maar niet uniek)
  • 866 Mangaanknollen groeien alleen aan sedimentoppervlak
  • 867 Stof, stof, en nog eens stof
  • 868 Aardkern bevat paar procent silicium
  • 869 Maan ontstond mogelijk uit schijfvormige gaswolk
  • 870 Vroeg-Devonische schorpioen was veel groter dan mens

    << Vorige uitgave: 141 | Volgende uitgave: 143 >>

861 Herkomst van asteroïde die insloeg op K/T-grens achterhaald
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie !

De grens tussen Krijt en Tertiair heeft, sinds de theorie van de inslag van een grote asteroïde werd gelanceerd, nog meer aandacht gekregen dan hij al had omdat toen ook de dinosauriërs uitstierven. Het hemellichaam dat de aarde toen - zo’n 65 miljoen jaar geleden - trof, moet zo’n 10 km in doorsnede zijn geweest. Het leidde tot een massauitsterving; overigens niet de grootste die we kennen (Perm/Trias), maar wel van een uitzonderlijke categorie: astronomen schatten dat ons zonnestelsel bij zijn 225 miljoen jaar durende baan om ons melkwegstelsel gemiddeld zo’n 2 vergelijkbare inslagen te verwerken krijgt.


De 'voorouder’ van de asteroïde Baptista wordt bij een botsting in fragmenten opgesplitst

De mogelijkheid van een grote inslag wordt, hoe onwaarschijnlijk ook, door steeds meer mensen gevreesd en politici hebben zelfs tal van onderzoeken gestart naar de kans op zo’n inslag, naar de eventuele gevolgen daarvan, en naar mogelijke maatregelen om zo’n inslag te voorkomen. Onderdeel van dergelijk onderzoek is het vaststellen waar de eventuele brokstukken die de baan van ons zonnestelsel benaderen vandaan komen. Daarvoor zijn tal van asteroïden aan een nadere beschouwing onderworpen. Een van de uitkomsten van die analyses is dat de herkomst van het brokstuk dat de aarde op de K/T-grens trof, nu met redelijke waarschijnlijkheid bekend is geworden. De ingeslagen asteroïde zou een fragment zijn van een veel groter hemellichaam, waarvan de al langer bekende asteroïde Baptistina een ander fragment is. Hoe een en ander zich afspeelde is op basis van diverse waarnemingen en numerieke simulaties uitgezocht door een Amerikaans/Tsjechisch onderzoeksteam.

De asteroïde die Baptistina en andere brokstukken (inclusief het brokstuk dat de aarde trof) opleverde, moet een koolstofhoudend chondriet zijn geweest met een doorsnede in de orde van 170 km. Deze grote asteroïde bevond zich aan de binnenzijde van de grote gordel van asteroïden in ons zonnestelsel toen hij werd getroffen door een andere asteroïde, waarvan de doorsnede zo’n 60 km moet hebben bedragen. Deze inslag was catastrofaal en leidde ertoe dat de 'moederasteroïde’ in een groot aantal fragmenten uit elkaar viel. De meeste van deze fragmenten, waartoe ook Baptistina behoort, vormen nu nog steeds een duidelijke 'familie’, die eenzelfde baan vormen en die een soort cluster vormen. Volgens de uitgevoerde modellering moet deze familie aanvankelijk zo’n 300 fragmenten hebben geteld met een doorsnede elk van meer dan 10 km, en zelfs 140.000 met een doorsnede van meer dan 1 km. Deze fragmenten werden in hun omloop om de zon nu weer eens sterk verhit (als ze dicht bij de zon kwamen), dan weer aan de kosmische koude blootgesteld (als ze ver van de zon verwijderd waren). Dat leidde ertoe dat sommige zelf ook weer in stukken uiteenvielen. Dat gebeurde ook met Baptistina, zo’n 140-180 miljoen jaar geleden.


Inslag op de K/T-grens (tekening Don Davis, SwRI)


Effect van de K/T-inslag op de aarde


De honderdduizenden fragmenten van de familie raakten geleidelijk, ook door botsingen, minder sterk aan elkaar gebonden, en zo’n 20% van de grote fragmenten vond zelfs een geheel eigen weg, soms daarbij de grote asteroïdengordel verlatend. Zo raakten er sommigen in een baan die de aardbaan kruist. Hoewel dat niet noodzakelijk ooit tot een botsing leidt, is inmiddels zo’n 2% daarvan op aarde ingeslagen of in de dampkring verbrand, wat een significant deel (mogelijk zo’n 20%) van de inslagen op aarde inhoudt. Uiteraard kreeg ook onze maan zijn deel te verwerken. Omdat inslagkraters daar nauwelijks door verwering of erosie worden aangetast, leveren ze een goed beeld wat er gebeurde. Zo blijkt de Baptistinafamilie gedurende de laatste 100-150 miljoen jaar veel inslagen op de maan te hebben veroorzaakt, met een duidelijke piek omstreeks 100 miljoen jaar geleden.

Vanaf 100 miljoen jaar geleden nam de inslagfrequentie door brokstukken van de Baptistinafamilie duidelijk af. Geochemisch onderzoek van materiaal uit de Chicxulubkrater, die algemeen wordt geacht te zijn gevormd door de inslag op de K/T-grens, wijst uit dat de daar ingeslagen asteroïde met meer dan 90% zekerheid ook tot de Baptistinafamilie behoorde.

Referenties:
  • Bottke, W.F., Vokrouhlický & Nesvorný, D., 2007. An asteroid breakup 160 Myr ago as the probable source of the K/T impactor. Nature 449, p. 48-53.
  • Claeys, Ph. & Goderis, S., 2007. Lethal billiards. Nature 449, p. 30-31.
  • Kerr, R.A., 2007. A big splat in the asteroid belt doomed Earth’s dinosaurs. Science 317, p. 1310.

Southwest Research Institute (SwRI), San Antonio, TX (Verenigde Staten van Amerika).

862 Jachtwijze van pterosauriërs moet worden herzien
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Over de wijze waarop de pterosauriërs leefden en hun voedsel verkregen, bestaat nog veel onduidelijkheid. Deze opmerkelijke diergroep, waarvan sommige soorten een spanwijdte hadden van 12-15 m, leefde volgens de huidige opvattingen voor een belangrijk deel van vis. Op basis van de anatomie van hun kop, en ook van hun bek, werd tot nu toe verondersteld dat ze (zo niet alle dan toch in ieder geval sommige soorten zoals Thalassodromeus en Quetzalcoatlus) dat deden door dicht over het wateroppervlak te scheren, waarbij ze de onderste helft van hun snavel door het water haalden, in de hoop om zo een vis te vangen. Die wijze van vissen wordt recent onder meer toegepast door schaarbekken (Rynchops).


De bouw van Thallassodromeus (rechts)
en de schaarbek (links).


Zo werd Thalassodromeus eerder voor-
gesteld; fout dus.


Het beeld van de reusachtige pterosauriërs die scherend over het water, met hun snavel het water doorklievend op jacht naar vissen, lijkt echter niet langer houdbaar. Op basis van nagebouwde snavels van Tupuxuara en van Thalassodromeus sethi - een soort die in 2002 veel aandacht kreeg juist omdat de gevonden restanten de karakteristieken van kop, hals en snavel vertoonden die op het vissen op deze methode lijken te wijzen - hebben onderzoekers van de Universiteit van Portsmouth namelijk vastgesteld dat deze in het water een zeer grote weerstand zou hebben ondervonden. Die moet een orde van grootte groter zijn geweest dan die van de schaarbek. Als gevolg daarvan zou deze manier van foerageren aan Thalassodromeus zeer veel energie hebben gekost; zoveel energie dat de zo gewonnen prooidieren daarvoor geen compensatie zouden bieden. Bij de stern gaat het al om zo’n 20% van de energie die het voedsel oplevert (en dat is waarschijnlijk ook de reden waarom zo weinig vogelsoorten op deze wijze vissen), en bij de grote pterosauriërs zou de balans dus zelfs negatief zijn geweest.

In principe zouden kleinere pterosauriërs (de onderzoekers noemen een drempelwaarde van 2 kg) deze jachtmethode wel kunnen hebben toegepast met een positieve energiebalans, maar bij de aangetroffen restanten van zulke kleine pterosauriërs (onder meer Rhamphorhynchus) ontbreken juist de aanpassingen van de kop en de nek die voor een dergelijke wijze van vissen nodig zijn.


Landschap met Thalassodromeus


Fouragerende schaarbek


Een en ander impliceert natuurlijk niet dat de pterosauriërs niet op vis jaagden. Ze moeten daarvoor echter andere methoden hebben gebruikt. Ook de stern doet dat overigens frequent, waarbij hij op 3-5 m boven het water vliegend naar vis aan het wateroppervlak speurt, en zich vervolgens loodrecht op een waargenomen prooi laat vallen, vergelijkbaar met de wijze waarop sommige roofvogels andere vogels vangen.

Referenties:
  • Humphries, S., Bonser, R.H.C., Witton, M.P. & Martill, D.M., 2007. Did pterosaurs feed by skimming? Physical modelling and anatomical evolution of an unusual feeding method. PloS Biology 5(8): e204. doi:10.1371/journal.pbio.0050204.

863 Gifspuitende kever gevangen in barnsteen uit Vroeg-Krijt
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 !

Chemische oorlogvoering is niet door mensen uitgevonden. Veel dieren maken van gifstoffen gebruik om hun prooi te vangen of om aan eventuele belagers te ontkomen. Hoe lang gifstoffen al voor dergelijke doeleinden worden gebruikt, is onbekend, maar het moet al heel lang zijn, gezien een opmerkelijke vondst die onlangs is beschreven.


De 'gifkever' werd in hars gevangen terwijl hij een gifstof uitscheidde

Het gaat om een kever die door een druppel hars werd ingebed op het moment dat hij een gifstof uitspoot naar een belager. In de barnsteen zijn de druppeltjes van de gifstof nog waar te nemen. De kans dat zo’n activiteit wordt gefossiliseerd is natuurlijk uitermate klein, en het gaat dan ook om het oudste bewijs van 'chemische oorlogvoering' dat we kennen. De strijd van de kever tegen zijn belager moet een goede honderdmiljoen jaar geleden (Vroeg-Krijt) zijn gestreden in wat nu het Hukawng-dal van het huidige Birma (Myanmar) is.

De kever die de gifstof uitspoot is in vrijwel perfecte staat gefossiliseerd. Het exemplaar is ongeveer een centimeter groot. Ook een van de voelsprieten van zijn belager - die ook een insect moet zijn geweest - is in de barnsteen gefossiliseerd. Gezien de lengte van die voelspriet moet de belager veel groter zijn geweest: zo’n 5-8 cm. Toen de hars over zijn prooi droop en zijn voelspriet eraan vastkleefde, moet hij zich hebben losgerukt, waarbij zijn voelspriet afbrak.


In barnsteen opgesloten kevers komen
vaker voor
(foto Virtual Museum of Paleontology)


Tot de chrysomeliden behorende kever in barnsteen
uit de Dominicaanse Republiek
(foto Derek E.G. Briggs)


De gefossiliseerde kever zelf moet een soort soldaat zijn geweest. De soort waartoe hij behoort bestaat niet meer, maar dergelijke
'soldaatkevers' als zodanig bestaan nog wel. Ze gebruiken ook nog steeds eenzelfde strijdwijze met gifstoffen. Alleen het feit dat deze methode van verdediging minstens al zo’n honderdmiljoen jaar bestaat, bewijst volgens onderzoeker George Poinar dat het of een effectieve strijdwijze gaat, waarbij ook veel grotere en sterkere tegenstanders kunnen worden verslagen. De stof die naar de tegenstander wordt gespoten is een kleverige substantie die zo irritant is (de huidige 'gifkevers' kunnen ook bij mensen huidirritatie veroorzaken) dat de tegenstander de voordelen van een eventuele maaltijd niet langer vindt opwegen tegen de nadelen, en dus afdruipt. Met de gifstof wordt zorgvuldig omgesprongen: hij wordt alleen in de richting van de belager gespoten, maar de kever hult zich niet in een soort gifschild.

Recente insecten hebben een heel scala van vergelijkbare verdedigingsmethoden. Het gaat om stoffen die afschuwelijk smaken of ruiken, die braakneigingen opwekken, een branderig gevoel opwekken, etc. Chemisch gezien gaat het vaak om fenolen, aldehyden en ketonen, maar soms ook om zuren en esters.

Referenties:
  • Poinar Jr., G.G., Marshall, C.J. & Buckley, R., 2007. One hundred million years of chemical warfare by insects. Journal of Chemical Ecology 33, p. 1663-1669.

Foto van de 'gifkever' welwillend ter beschikking gesteld door George Poinar, Department of Zoology, Oregon State University, Corvallis, OR (Verenigde Staten van Amerika).

864 Archaea, bacteriën en eukaryoten leefden 2,7 miljard jaar geleden al naast elkaar
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Uit de gezamenlijke voorouder van alle levende wezens op aarde ontstonden al vroeg in de aardgeschiedenis drie groepen: de (zeer primitieve) archaea, de (ook primitieve) bacteriën en de (al iets gecompliceerdere) eukaryoten die worden gekenmerkt door het bezit van een celkern. Wanneer die drie groepen zich van de gezamenlijke voorouder afsplitsten (en de eukaryoten moeten dat als laatste hebben gedaan), is niet bekend, maar de aparte ontwikkeling moet in ieder geval al minstens 2,7 miljard jaar geleden zijn begonnen. Dat blijkt uit een ingewikkelde (en bijna vijf jaar durende) chemische analyse van gesteenten met die ouderdom uit een goudmijn bij Timmins (ca. 600 km ten noorden van Toronto), in de Canadese provincie Ontario.


De Archaea vormen een aparte,
zeer oude groep van organismen




Een recente vertegenwoordiger van
de Archaea:Sulfolobus acidocaldarius


De schalies die werden onderzocht, bevatten koolstofhoudende verbindingen. Vergelijkbare verbindingen waren eerder in ongeveer even oude gesteenten uit Australië aangetroffen, en het onderzoek was er in eerste instantie op gericht om de verbindingen uit de twee gesteenten met elkaar te vergelijken. De daartoe uitgevoerde chemische analyse leverde zo’n verrassend resultaat op dat de leider van het onderzoek, Greg Ventura (eerder promovendus aan de Universiteit van Illinois en nu verbonden aan het Woods Hole Oceanographic Institution), aanvankelijk meende dat er hetzij een fout moest zijn gemaakt bij de analyse, hetzij verontreiniging van de gesteentemonsters was opgetreden.

Om aan alle onzekerheid een eind te maken werd het onderzoek voortgezet met een uitermate geavanceerde gaschromatograaf van de U.S. Coast Gard Academy. Daarmee was het mogelijk om het mengsel van verbindingen zeer precies te analyseren wat betreft de diverse samenstellende bestanddelen. Die bleken voor een belangrijk deel te bestaan uit lipiden. Lipiden (vetten) zijn stoffen die bijvoorbeeld het menselijk lichaam nodig heeft als energiebron (triglyceriden) of als bouwstof voor lichaamscellen en hormonen. Zonder lipiden kan het lichaam niet goed functioneren. Bij de in de oplossing van de onderzochte gesteenten ging het om zowel ringvormige als niet-ringvormige bifytanen, afgeleide verbindingen van bifytanen met 36-39 koolstofatomen, en hopanen met 31-35 koolstofatomen. Die stoffen moeten zijn ontstaan uit verbindingen die door archaea en bacteriën zijn gevormd. Omdat de desbetreffende gesteenten vrijwel sinds hun ontstaan van de biosfeer afgesloten zijn geweest, moet worden geconcludeerd dat er ten tijde van de vorming van de gesteenten zowel archaea als bacteriën bestonden.


Een van de goudmijnen in Timmins


Nugget uit een van de goudmijnen in Timmins


Uit de kenmerken van de onderzochte gesteenten kan worden opgemaakt dat ze in zee zijn gevormd. Nadat ze door jongere sedimenten werden bedekt, circuleerde er heet water door als een restvloeistof van opgestegen magma. Daardoor vond onder meer de mineralisatie plaats van het goud dat in diverse mijnen bij Timmins wordt gewonnen.

Na de vondst van de chemische verbindingen die op de vroege aanwezigheid van archaea en bacteriën wees, werden de gesteenten ook onderzocht met een scanning elektronenmicroscoop (SEM). Daarbij bleek dat er ten tijde van de vorming van deze gesteenten ook eukaryoten aanwezig waren. Ook die moeten dus al voor 2,7 miljard jaar geleden zijn afgesplitst. Tevens maakt het onderzoek duidelijk dat vertegenwoordigers van de archaea, bacteriën en eukaryoten 2,7 miljard jaar geleden niet alleen op en/of net onder de zeebodem leefden, maar dat er ook vertegenwoordigers waren die onder hydrothermale omstandigheden dieper in de aarde leefden.

Referenties:
  • Ventura, G.T., Kenig, F., Reddy, Chr. M., Schieber, J., Frysinger, G.S., Nelson, R.K., Dinel, E., Gaines, R.B. & Schaeffer, Ph., 2007. Molecular evidence of Late Archean archaea and the presence of a subsurface hydrothermal biosphere. Proceedings of the National Academy of Sciences 104, p. 14260-14265.

865 Vrije vaart 'om de noord' bijzonder (maar niet uniek)
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Dat de ijsbedekking in de Noordelijke IJszee gedurende de laatste jaren afneemt, is duidelijk. Minder duidelijk is waardoor dat komt. Inmiddels is immers gebleken dat er geen sprake is van doorgaande opwarming van de aarde: de gemiddelde temperatuur is nu lager dan tien jaar geleden. De oorzaak moet dan ook worden gezocht in veranderend warmtetransport vanaf de tropische gebieden naar de polen. Dat kan zowel aan atmosferische als aan oceanische circulatiepatronen liggen(of aan een combinatie daarvan).


satellietopname (16 september 2007) met de duidelijk zichtbare
open wateren tussen de Atlantische en de Stille Oceaan

Wat de oorzaak ook moge zijn, de ijsbedekking in de Noordelijke IJszee neemt 's-zomers altijd af ten opzichte van de winter, maar in de afgelopen 25 jaar is de omvang van de ijsbedekking in de zomer steeds verder afgenomen, waarbij minima in september optreden. Tot nu toe werd de geringste omvang in september gemeten in 2005, toen de ijsbedekking maar zo'n driekwart was van het gemiddelde in de 25 jaar daarvoor. Dit jaar is het record echter gebroken, en niet zo'n beetje ook: in september was de ijsbedekking niet veel meer dan de helft van het gemiddelde in de afgelopen 25 jaar.


Detail van de doorvaartroute op 15 september 2007

De ijsbedekking was dit jaar zelfs zo gering dat het mogelijk bleek vanuit de Atlantische Oceaan langs het noorden van Canada naar de Stille Oceaan te varen. Deze doortocht 'om de noord' heeft veel aandacht in de media gekregen, die daarbij ook berichtten dat het voor het eerst in de geschiedenis was dat dit kon. Dat werd aangevoerd als een nieuw bewijs dat de aarde steeds verder opwarmt. Het bericht is echter onjuist: niet wat betreft de tocht die schepen langs Noord-Canada konden volbrengen (de door de Nederlanders in vroegere tijden gezochte doorgang 'om de noord' van de Atlantische Oceaan langs Siberië naar de Stille Oceaan bleek overigens nog onmogelijk), maar wel wat betreft het unieke karakter. Zowel in het begin als in het midden van de vorige eeuw werd dat 'kunstje' namelijk ook al vertoond.


De minimale omvang van het ijs in 2005 en 2007, en de gemiddelde uitbreiding in de 25 jaar ervoor

In augustus 1905 reisde de bekende poolreiziger met het schip Gjøa af vanuit Gjøahaven (nu Gjoa Haven) om, na een reis van tweeëneenhalf jaar aan de westzijde van Canada aan te komen. Het was - zoals al uit de benodigde tijd blijkt - een tocht vol barre hindernissen, die tweemaal overwintering nodig maakte en die de bemanning vaak tot wanhoop bracht. Toen Amundsen, na zijn tocht door het dichte ijs, een schip aan de andere kant tegenkwam, schreef hij in zijn dagboek: De noordwestelijke doortocht was voltooid. Mijn jongensdroom - hij was toen uitgekomen. Ik kreeg een vreemd gevoel in mijn keel; ik was wat gespannen en oververmoeid - dat was mijn zwakte - maar ik kreeg tranen in mijn ogen. In juni 1940 voer het schip St. Roch (van de Royal Canadian Mounted Police) vanuit Vancouver in omgekeerde richting (iets noordelijker dan Amundsen had gedaan) en kwam na 86 dagen aan de oostkust aan.


De omvang van de ijsbedekking op de Noordelijke IJszee door de tijd

Er is wel opgemerkt dat beide succesvolle tochten wel erg lang duurden en dat ze met veel meer ijs te maken hadden dan de schepen die de doorvaart dit jaar met succes voltooiden. Daar staat echter tegenover dat de schepen vroeger veel langzamer waren, en dus per definitie nog onderweg waren toen het ijs nog niet (en niet meer) zijn minimale omvang had. Ook beschikten de schepen vroeger niet over satellietbeelden waarmee de meest ijsvrije doorgangen konden worden gezocht.

De nu volbrachte tochten 'om de noord' mogen dan ook niet als uniek worden omschreven en zeker niet als argument worden gebruikt dat de opwarming van de aarde doorzet. Het blijft echter een bijzondere situatie, die voor aardwetenschappers vooral van belang is vanwege de vragen die hij opwerpt met betrekking tot de veranderende mechanismen die een rol spelen bij het warmtetransport van tropen naar de polen.

Referenties:
  • Cressey, D., 2007. Arctic melt opens Northwest passage. Nature 449, p. 267.
  • Loon, A.J. van, 2007. Explorers' challenge sunk by Arctic warming. Nature 450, p. 161.

Foto's: NASA Earth Observatory - Natural Hazards.

866 Mangaanknollen groeien alleen aan sedimentoppervlak
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Met het schaarser worden van allerlei metaalertsen wordt het economisch belang van diepzeeknollen steeds groter. Die knollen bevatten gewoonlijk hoge concentraties aan metalen zoals ijzer en mangaan, maar ook kobalt en tal van andere vrij zeldzame elementen, waaronder de zogeheten zeldzame aardmetalen. Vooralsnog blijkt winning vanaf de diepzeebodem, waar deze knollen soms in dichte velden voorkomen, niet economisch mogelijk, maar er wordt momenteel hard gewerkt aan technieken die daarin verandering moeten brengen. Uiteraard is voor een economische winning ook nodig dat voldoende plaatsen met economisch winbare hoeveelheden knollen bekend zijn. Om die plaatsen met redelijke kans op succes te kunnen vinden op de bodem van de uitgestrekte oceanen, is het nuttig om inzicht te hebben in het ontstaan en de groei van deze bodemschatten. Juist omdat de diepzeeknollen zo moeilijk bereikbaar zijn, en er daarom alleen maar geringe hoeveelheden uit de diepzee zijn opgevist, is er echter nog maar weinig bekend over deze aspecten.


Onregelmatige mangaanknol


Doorsnede diepzeeknol met 'groeiringen'


Iets meer is nu bekend geworden door een onderzoek door medewerkers van het Indiase Nationale Instituut voor Oceanografie. Zij isoleerden 50 mangaanknollen uit 12 kernen van boringen die werden gezet in het centrale deel van de Indische Oceaan. De "rijkste" boorkern leverde niet minder dan 15 knollen op. De diepste knollen kwamen van ongeveer 5,5 m beneden de zeebodem. Dat wijst erop dat de knollen beneden die diepte niet aangroeien en mogelijk zelfs weer oplossen. Een dergelijk oplossingsproces is waarschijnlijk, want er blijkt een verband te bestaan tussen de grootte (maar niet de chemische samenstelling) van de knollen en hun diepte onder het sedimentoppervlak: ze worden met toenemende diepte steeds kleiner. Overigens was meer dan 80% van de aangetroffen mangaanknollen kleiner dan 2 cm; dat is opvallend, want in de Atlantische Oceaan zijn de beschreven knollen grotendeels zo'n 8 cm groot, en in het Peru Bekken (in de Stille Oceaan) zijn ze merendeels groter dan 6 cm.


Zeebodem bezaaid met diepzeeknollen

De 'begraven' knollen uit de Indische Oceaan hebben soms een glad, soms een ruw oppervlak, en ze kunnen regelmatige (vaak ellipsoïdale) of onregelmatige vormen hebben. De knollen die werden aangeboord in silicarijke afzettingen bevatten relatief veel mangaan, koper, nikkel, zink, molybdeen, gallium, vanadium en rubidium, terwijl de knollen die afkomstig waren uit rode diepzeeklei verrijkt waren aan ijzer, kobalt, titanium, uranium, thorium, yttrium, chroom, niobium en zeldzame aardmetalen. De onderzoekers verklaren deze verschillende samenstellingen als een gevolg van de omstandigheden tijdens hun vorming: in tegenstelling tot de knollen uit de rode diepzeeklei zou de vorming van de knollen uit de silicarijke afzettingen nog doorgaan bij ondiepe begraving. Het is dus niet zo dat knollen alleen aangroeien zolang ze niet door sediment zijn bedekt: het hangt er ook vanaf in welk type sediment ze worden ingebed.


Monstername van diepzeeknollen

Referenties:
  • Pattan, J.N. & Parthiban, J.N., 2007. Do manganese nodules grow or disolve after burial? Results from the Central Indian Ocean Basin. Journal of Asian Earth Sciences 30, p. 696-705.

Foto's: National Institute of Oceanography, Goa (India).

867 Stof, stof, en nog eens stof
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

In Nederland komt het niet zo vaak voor, maar in Zuid-Europa regelmatig: het regent en als het droog wordt zijn huizen, straten en (vooral goed zichtbaar) auto's bedekt met een dun laagje rood stof. Dat stof is bijna altijd afkomstig uit de Sahara, waar het is opgewaaid, door turbulentie in de atmosfeer tot grote hoogte is gestegen, met de wind verspreid om, uiteindelijk, gehecht aan regendruppeltjes, weer op aarde terug te keren. Veel van het Saharastof is afkomstig uit de Bodélé, een depressie in Tsjaad die in feite een drooggevallen meer voorstelt. Hier waait zoveel stof op dat de Bodélé wordt beschouwd als het meest stoffige gebied op aarde.


Een stofstorm maakt het kamp bijna onzichtbaar

De depressie werd tot ongeveer 6000 jaar geleden bedekt door het Mega-Tsjaad-meer, dat groter was dan de huidige Kaspische Zee. Het ontving zijn water via diverse rivierbeddingen die, na regenval, met water werden gevuld en het water afvoerden naar de laagst gelegen plek, vanwaar het niet meer verder kon. Duizenden jaren hielden verdamping en de aanvoer van regenwater elkaar min of meer in evenwicht, maar omstreeks 2000 jaar geleden, toen het klimaat aanzienlijk droger werd, droogde het meer op. Daarbij werden de in het meer gevormde afzettingen zichtbaar; die afzettingen bestaan voor het overgrote deel uit diatomeeënslik (diatomeeën zijn kleine - in dit geval zoetwater - organismen met een kiezelskeletje). Dit diatomeeënslik, waarvan jaarlijks enkele honderden miljoenen tonnen worden verspreid, is de veruit belangrijkste bron van het stof, die zelfs helpt om het Amazonegebied vruchtbaar te houden (zie Geonieuws 752).


Na de stofstorm steken de tenten nauwelijks meer boven het stof uit

Dat de Bodélé zo'n grote bijdrage levert aan de totale stofhoeveelheid die uit de Sahara opstijgt, heeft lang veel verbazing gewekt, want het gebied vormt slechts een miniem deel van de Sahara. Vanuit klimaatoogpunt is dit belangrijk, want de grote hoeveelheden stof in de atmosfeer hebben waarschijnlijk veel invloed op het klimaat, al is die invloed nog niet duidelijk: het zou kunnen zijn, in geval terugkaatsing van zonlicht door het stof overheerst, dat de aarde afkoelt; het zou echter ook kunnen zijn, indien absorptie door het stof van straling van de aarde en de zon overheerst, dat dit afkoeling veroorzaakt. Onderzoek naar de achterliggende oorzaken van de stofbron zijn daarom van belang.


Meetapparatuur op een met een zoutkorst bedekte stofvlakte

Uit onderzoek blijkt nu dat een aantal factoren verantwoordelijk is voor de stoffigste plaats op aarde. Het blijkt dat de jet stream (een stroming in de atmosfeer van honderden kilometers per uur, die gewoonlijk op een hoogte van ca. 10 km voorkomt) door de regionale topografie ter plaatse in cycli laag voorkomt. Dat gebeurt gedurende omstreeks honderd dagen per jaar. Gedurende die dagen wordt het stof, dat in meer dan voldoende mate aanwezig is, door de wind opgenomen en weggevoerd. Dat stof is in zo ruime mate aanwezig omdat de diatomeeënschilfertjes bij het salteren (opspringen en weer terugvallen door de wind) in zeer kleine deeltjes uiteenvallen. Dat gebeurt vooral bij de uiteinden van de barchanen, waar de windstromen die langs de barchanen strijken weer op elkaar botsen (de barchanen kunnen daarom worden beschouwd als een soort 'stofmolens'). Dit betekent ook dat niet de hele Bodélé als grote stofbron functioneert, maar dat het vooral de oostelijke en noordelijke randgebieden zijn (waar veel barchanen voorkomen) die voor de stofproductie verantwoordelijk zijn.

Referenties:
  • Warren, A., Chappell, A., Todd, M.C., Bristow, Ch., Drake, N., Engelstaedter, S., Martins, V, M'bainayel, S. & Washington, R., 2007. Dust-raising in the dustiest place on earth. Geomorphology 92, p. 25-37.

Foto's (© Richard Washington, School of Geography, Oxford University Centre for the Environment, Oxford, Engeland) welwillend ter beschikking gesteld door Andrew Warren, Department of Geography, University College of London, Londen (Engeland).

868 Aardkern bevat paar procent silicium
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !

De aardkern bestaat voornamelijk uit ijzer, met een veel geringere hoeveelheid andere zware elementen. Dat is een gevolg van de langzame scheiding van lichtere en zwaardere elementen die in de loop van de geologische geschiedenis plaatsvond, en waaraan het onderscheid tussen kern, mantel en korst is te danken. Geofysisch onderzoek heeft echter al decennia geleden uitgewezen dat er ook lichtere bestanddelen in de aardkern moeten voorkomen, die samen niet minder dan zo’n 10% van de hele massa van de kern zouden moeten vormen. Welke elementen dat zijn is lang het onderwerp van tal van hypotheses geweest, waarbij vooral waterstof, koolstof, zuurstof, zwavel en silicium zijn genoemd.

De aardkern is niet direct te bemonsteren - en zal dat ook nooit worden voor zover er geen nu niet te voorziene technische doorbraken zullen plaatsvinden - maar wel zijn er indirecte aanwijzingen voor de samenstelling van de aardkern, onder meer op basis van de samenstelling van meteorieten en van maanmateriaal. Een onderzoek van dergelijk materiaal van elders uit ons zonnestelsel heeft nu enig licht op de samenstelling van de aardkern geworpen.


Doorsnede door de aarde

Een team van Engelse, Zwitserse en Amerikaanse onderzoekers heeft de verhoudingen tussen de diverse siliciumisotopen bepaald, zowel bij aards materiaal als bij meteorieten. Dat konden ze doen door de gesteentemonsters op te lossen en ze daarna te onderzoeken met een zeer krachtige massaspectrometer. Ze vonden dat de aardse gesteenten relatief meer zware siliciumisotopen bevatten dan de gesteenten die van elders afkomstig waren. Ze verklaren dat doordat silicium op aarde is verdeeld over een metallische kern waarin silicium is opgelost, en een mantel en korst waarin het silicium vooral als silicaten voorkomt. De zeer hoge druk en de hoge temperatuur die aan het begin van de aardgeschiedenis heersten, zouden daarvoor verantwoordelijk zijn.

Volgens de onderzoekers vormt de relatief grote massa van de aarde de sleutel voor zijn ongewoon heftige ontstaan. De aarde is bijv. achtmaal zwaarder dan Mars, en dit heeft mogelijk geleid tot een hogere druk dan bij het ontstaan van andere planeten. De maan blijkt dezelfde verhouding tussen de siliciumisotopen te hebben als de aarde. Omdat de maan relatief zeer klein is, kan dat niet een gevolg zijn van gelijke omstandigheden als bij de vorming van de aarde. Volgens de onderzoekers moet de verklaring worden gezocht in de - ook op andere gronden aangenomen - botsing tussen de aarde en een ander groot hemellichaam waarbij de man ontstond. Die botsing was zo energierijk dat atomen uit de stofring waaruit de maan ontstond zich mengden met stof van het uit silicaten bestaande deel van de aarde tot een soort gesteentedamp. Daaruit valt af te leiden dat het silicium in het uit silicaten bestaande deel van de aarde al voor een relatief groot deel uit 'zware' isotopen bestond.

Referenties:
  • Elliott, T., 2007. Silicon-enhanced core. Nature 447, p. 1060-1061.
  • Georg, R.B., Halliday, A.N., Schauble, E.A. & Reynolds, B.C., 2007. Silicon in the Earth's core. Nature 447, p. 1102-1106.

Illustraties van de simulatie van de vorming van de maan welwillend ter beschikking gesteld door Robin Canup, Southwest Research Institute, Department of Space Studies, Boulder, Colorado (Verenigde Staten).

869 Maan ontstond mogelijk uit schijfvormige gaswolk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie !

Dat de maan is ontstaan doordat een ander groot hemellichaam met de Aarde botste, wordt thans nauwelijks meer betwijfeld. De meest gangbare gedachte is dat de Aarde zo’n 40 miljoen jaar na het ontstaan van ons zonnestelsel door dat hemellichaam werd geschampt, waarbij grote hoeveelheden materiaal van de Aarde en - in veel grotere hoeveelheden - het ingeslagen hemellichaam omhoog werden geworpen. Dat materiaal zou deels zijn teruggevallen op de Aarde en dat hemellichaam, deels verder in de ruimte zijn verdwenen, en deels (door onderlinge aantrekkingskracht) zijn samengeklonterd, zo de maan vormend; simulaties van die ontwikkeling zijn in detail uitgevoerd.


Aarde en de schijf van de ‘proto-maan’ direct na de inslag

Lang niet alles is overigens duidelijk. Zo blijkt uit simulaties die gebaseerd zijn op de dynamica van de betrokken hemellichaam dat het vreemde hemellichaam (dat wel wordt aangeduid als de planeet Theia) veruit de grootste hoeveelheid materiaal aan de maan moet hebben geleverd, maar analyse van de verhouding tussen de diverse zuurstofisotopen geeft juist op een aardse verhouding aan. Dat is opvallend, want onderzoek van meteorieten geeft aan dat alle hemellichamen waarvan meteorieten op Aarde terechtkomen hun eigen specifieke verhouding van zuurstofisotopen hebben, en dat er daarbij geen een is (behalve de maan) die aardse waarden vertoont. Dat zou alleen te verklaren zijn als Theia exact dezelfde oorsprong zou hebben gehad als de Aarde, wat niet erg waarschijnlijk is, omdat Theia en Aarde dan op gelijke afstand van de zon zouden moeten zijn ontstaan.

Nu is er een nieuwe verklaring voor de gelijkenis tussen Aarde en maan. De inslag moet een onvoorstelbare energie hoeveelheid hebben vrijgemaakt, waardoor de Aarde en Theia grotendeels smolten, waarbij magmaoceanen ontstonden. De hitte was echter zo enorm dat van beide hemellichamen ook onvoorstelbare gesteentemassa’s verdampten. In de 100-1000 jaar dat deze gesteentedamp bleef bestaan, moet het materiaal van Theia en Aarde volledig met elkaar zijn vermengd. Een deel van dat materiaal viel bij afkoeling op Aarde terug, en een ander deel vormde de maan; het is daarom logisch dat, volgens deze hypothese, beide hemellichamen dezelfde (isotopen)samenstelling hebben.




Ontwikkelingsfasen van de maan, na een schampende botsing van een meteoriet met de Aarde. Blauwe deeltjes ontsnappen, rode deeltjes vallen (terug) op Aarde, en groene en gele deeltjes vormen brokstukken waaruit de maan ontstaat

Deze nieuwe hypothese werpt echter zelf ook weer vragen op. Zo blijven niet alle materialen even lang als damp aanwezig. Het is goed voorstelbaar dat de eerste weer in vloeistof en/of vaste stof omgezette stoffen het eerst 'uitregenden', wat waarschijnlijk vooral op Aarde zou zijn gebeurd omdat de Aarde nu eenmaal een grotere aantrekkingskracht moet hebben gehad dan de protomaan. Daarom zouden er bij zeer nauwkeurige massaspectrometrische analyses zeer kleine verschillen tussen de isotopenverhoudingen in aards en maanmateriaal moeten worden gevonden. Die verschillen zijn waarschijnlijk echter zo gering dat ze met de thans beschikbare technieken nog niet met zekerheid zijn vast te stellen. Een andere vraag die deze hypothese doet rijzen is waarom de verhoudingen tussen de diverse isotopen op Aarde en de maan wel (vrijwel) identiek zijn, terwijl beide hemellichamen toch een verschillende chemische samenstelling hebben. Vooral de vluchtige elementen zijn schaarser in maanmateriaal. Dat zou dan moeten worden verklaard doordat die elementen in het deel van de 'gesteentedamp' waaruit de maan is ontstaan, in relatief grotere hoeveelheden zijn ontsnapt dan in het deel waaruit materiaal op Aarde terugkwam. IJzer komt in basalt van de maan echter juist weer voor in hogere concentraties dan in aards basalt. Wellicht kan dat worden verklaard doordat de mantel van de maan meer ijzer bevat dan de mantel van de Aarde. Over de redenen daarvoor kunnen ook weer nieuwe hypotheses worden opgesteld.

Referenties:
  • Pahlevan, K. & Stevenson, D.J., 2007. Equilibration in the aftermath of the lunar-forming giant impact. Earth and Planetary Science Letters 262, p. 438-449.

Lijnfiguur (uit het oorspronkelijke artikel) welwillend ter beschikking gesteld door Kaveh Pahlevan, Division of Geological and Planetary Sciences, California Institute of Technology, Pasadena, CA (Verenigde Staten van Amerika). Figuren van de simulatie van de vorming van de maan ter beschikking gesteld door Robin Canup, Southwest Research Institute, Department of Space Studies, Boulder, Colorado (Verenigde Staten).

870 Vroeg-Devonische schorpioen was veel groter dan mens
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De scharen van schorpioenen zijn ontzagwekkend. Maar voor mensen zijn ze niet echt gevaarlijk (dat zijn ze wel door hun gifstekel): daarvoor zijn hun scharen veel te klein. Het blijft meestal bij een paar centimeter. Nu is echter een fossiele schorpioenschaar gevonden van 46 cm: veel groter dan bekend van recente exemplaren. Het gaat om een fossiel van zo'n 390 miljoen jaar oud (Vroeg-Devoon). Vanwege het verband tussen de grootte van de schaar en de lichaamsgrootte van recente vergelijkbare schorpioenen, kan worden berekend dat het dier 233-259 cm lang moet zijn geweest, en met zijn voorpoten en schaar meegerekend zelfs 333-359 cm. De scharen van in het water levende schorpioenen zijn, in tegenstelling tot die van de meeste krabben, even groot. Daarom bestaat weinig twijfel aan de reusachtige afmetingen van het dier.


De deels uitgeprepareerde schaar.
Foto Markus Poschmann; tekening Simon Powell.

In het geologische verleden kwamen meer grote schorpioenen voor. Zo is er ooit een schaar gevonden die zou hebben toebehoord aan een schorpioen van 250 cm. Latere analyse wees echter uit dat dat exemplaar 'slechts' 210 cm lang kan zijn geweest. Daarmee is het nu gevonden exemplaar veruit de grootste schorpioen waarvan resten bekend zijn. Schorpioenen behoren tot de Arthropoda (geleedpotigen); ook van dat phylum is het nu gevonden exemplaar de grootst bekende vertegenwoordiger, ook al zijn er uit het Carboon andere grote vertegenwoordigers bekend, onder meer in de vorm van duizendpoten, kakkerlakken en libelles. Het gigantisme van deze Carbonische dieren is wel verklaard doordat de atmosfeer toen veel meer zuurstof dan nu zou hebben bevat, maar dat lijkt niet op te gaan voor het nu gevonden fossiele dier, dat immers in het water leefde; bovendien leefde de reuzenschorpioen voordat de hoge zuurstofconcentratie in de atmosfeer tot stand kwam. De onderzoekers noemen als mogelijke andere verklaring dat er in het Devoon een soort wapenwedloop ontstond tussen jagers en prooidieren. Zo zwommen er in het Devoon al pantservissen rond die geen gemakkelijke prooi waren voor andere zeebewoners. Met hun enorme scharen zouden de reuzenschorpioenen ze echter wel aangekund hebben.


De schaar is nu een echt museumstuk.
Foto Markus Poschmann


Jaekelopterus was groter dan een mens.
Tekening Simon Powell


De schorpioen, die bij Prüm (Duitsland) werd gevonden en die Jaekelopterus rhenaniae is gedoopt, moet in zoetwater hebben geleefd (meer of rivier), ook al is hij inmiddels in de populaire pers afgeschilderd als een zeeschorpioen. Met zijn lichaamsgrootte moet hij een behoorlijke hoeveelheid voedsel nodig hebben gehad. Zijn prooi ving hij waarschijnlijk vanuit hinderlaag, waarbij hij zijn scharen gebruikte om de prooi in kleine stukjes te scheuren die hij naar binnen kon werken.
bij schaar (voldoende groot plaatsen om tekening goed te doen uitkomen): De deels uitgeprepareerde schaar. Foto Markus Poschmann; tekening Simon Powell.

Referenties:
  • Braddy, S.J., Poschmann, M. & Tetlie, O.E., 2007. Giant claw reveals the largest ever arthropod. Biology Letters, DOI 10.1098/rsbl.2007.0491, 4 pp.

Illustraties welwillend ter beschikking gesteld door Cherry Lewis, University of Bristol, Bristol (Groot-Brittannië).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl