NGV-Geonieuws 159

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


April 2009, jaargang 11 nr. 4

Redactie: dr. W.M.L.(Willem) Schuurman

1013 Gassen uit Zechstein zoutmeren mogelijk oorzaak van uitsterving op P/T-grens
Auteur: prof. dr. A. J. van Loon

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

Aan de talrijke hypotheses over de oorzaak van de grootste massa-uitsterving op aarde (op de Perm/Trias-grens), waarbij ongeveer 90% van alle planten- en diersoorten op het land uitstierven, is er weer een toegevoegd. Een internationaal onderzoeksteam stelt namelijk dat de uitstoot van schadelijke gassen uit de enorme zoutmeren die gedurende het Zechstein bestonden, de oorzaak is. Het gaat hierbij om halonen (ook wel gehalogeneerde koolwaterstoffen genoemd), waarvan sommige buitengewoon schadelijk zijn; het bekendste voorbeeld daarvan vormt de groep van dioxinen. Halonen kunnen in de natuur onder meer ontstaan wanneer halogeniden (dat zijn verbindingen met fluor, chloor, broom of jodium) een reactie aangaan met organisch materiaal. Op het einde van het Perm zouden halonen zo geconcentreerd in de atmosfeer zijn voorgekomen dat de vegetatie (en daarmee uiteindelijk ook het dierlijk leven) onherstelbaar werd beschadigd.


Dit landschap met een zoutmeer in Zuid-Rusland is wellicht een (kleinschalig) equivalent
van het milieu dat eind Perm door halogeenhoudende koolwaterstoffen werd aangetast
(foto Dr. Ludwig Weisflog, UFZ, Leipzig).

De nieuwe hypothese is gebaseerd op een analyse van hedendaagse biochemische processen in combinatie met chemische processen die in de atmosfeer plaatsvinden. Volgens die analyse moeten door de wind uit de zoutmeren meegevoerde stoffen een catastrofale uitwerking hebben gehad. Volgens de onderzoekers zouden ook in de toekomst, als gevolg van klimaatverandering, vergelijkbare problemen kunnen ontstaan.

Het onderzoek werd gestart nadat was ontdekt dat micro-organismen in huidige zoutmeren van zuidelijk Rusland en Afrika zeer vluchtige stoffen presenteren zoals chloroform, trichlooretheen en tetrachlooretheen. Er zijn geen redenen om aan te nemen dat dat niet gebeurde gedurende het Zechstein. Toen werd een groot deel van Europa bedekt door de Zechstein-Zee, die een totale oppervlakte had van ca. 600.000 km2. De zee was zeer zout (door sterke verdamping in een grotendeels woestijnachtig klimaat met veel zon), net zoals nu geldt voor de zoutmeren van zuid-Rusland en Afrika (o.a. in NamibiŽ).


Zoutmeer in NamibiŽ (foto Dr. Karsten Kotte, Universiteit van Heidelberg).

Berekeningen tonen aan dat uit de Zechstein-Zee jaarlijks minimal 1,3 miljoen ton trichlooretheen, evenveel tetrachlooretheen, 1,1 miljoen ton chloroform en 50.000 ton methylchloroform moeten zijn vrijgekomen. Dat zijn ontzagwekkende hoeveelheden: wereldwijd stoot de industrie nu slechts 20% van die hoeveelheid tri- en tetrachlooretheen uit, en slechts 5% van de hoeveelheid chloroform (de industriŽle uitstoot van chloroform is sinds 1987 nihil na het Verdrag van Montreal, om de ozonlaag te beschermen).

Door na te gaan welke uitwerking de uitgestoten gassen op de vegetatie hebben, werd dit op steppeplanten uitgeprobeerd. Daarbij bleek dat Ďverwoestijningí werd bevorderd doordat de combinatie van een droog klimaat en halonen de vegetatie snel aantast, waarna erosie door de wind vrij spel krijgt.

De onderzoekers wijzen erop dat de halonen uit de Zechstein-Zee (en andere zoutmeren) niet in hun eentje verantwoordelijk hoeven te zijn voor de massa-uitsterving op de P/T-grens. Mogelijk was het een extra factor die - samen met bijvoorbeeld de vulkanische uitbarstingen die niet alleen reusachtige lavavelden achterlieten maar die ook veel gifstoffen in de atmosfeer brachten, en met het vrijkomen van grote hoeveelheden methaangas door uiteenvallend Ďmethaanijsí in de zeebodem en in periglaciale gebieden - precies de druppel vormde die de emmer deed overlopen. Het lijkt overigens volgens de onderzoekers wel zeker dat grote zoutmeren of zoutvlaktes het klimaat wereldwijd kunnen beÔnvloeden.

Referenties:
  • Weissflog, L., Elanskii, N.F., Keppler, A., Pfenningsdorff., A., Lange, K., Putz, E. & Lisitzina, L.V., 2009. Late Permian changes in conditions of the atmosphere and environments caused by halogeneted gases. Dokladi Earth Sciences 424, p. 818-823.

Fotoís: Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle (UFZ), Leipzig (Duitsland).

1014 Koraal lost op bij verdubbeling CO2
Auteur: drs. AdiŽl Klompmaker

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

De koraalriffen zijn in gevaar! Het grootste gevaar is de stijgende koolstofdioxide concentratie in de atmosfeer. Een kwart van de uitgestoten CO2 lost op in de oceanen. Hiermee komen er minder bouwstenen voor het koraal beschikbaar. Een verdubbeling van de huidige concentratie zou het koraal zelfs langzaam doen oplossen. Jacob Silverman en co-auteurs (Carnegie Instituut in CaliforniŽ en de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem) publiceerden dit onderzoek onlangs in Geophysical research letters.


De locatie van de huidige riffen op aarde.
Bron: NASA

Zuurdere oceanen
Het skelet van de koralen bestaat uit aragoniet (een calciumcarbonaat zoals ook calciet). Voor hun skeletbouw zijn ze afhankelijk van factoren zoals de watertemperatuur, hoeveelheid licht, waterdiepte, maar ook de zuurgraad van het water. Dat laatste is de afgelopen honderden jaren aan het veranderen: de zuurgraad (pH) is al gedaald van 8,2 naar 8,1. En als dat zo doorgaat, zal het nog verder dalen. Aan het einde van de 21e eeuw is de daling mogelijk al 0,4.

Een kleine daling op het eerste gezicht. De pH is echter een negatief logaritmische schaal. Zonder in wiskundig detail te treden betekent dat een kleine afname niet zo klein is als het lijkt. Door een toename van CO2 in de atmosfeer lost er ook meer op in de oceanen. Er vormen zich meer waterstofionen (H+) in de oceanen: de oceaan wordt zuurder. Via een evenwichtsreactie komen er minder carbonaat ionen (CO32-) beschikbaar voor de kalkschaalbouwende organismen. Het CO32- wordt samen met een deel van het H+ namelijk gebruikt om HCO3- te vormen.


Vissen zwemmen rond in een rif bij de kust van HawaÔ.
Bron: NOAA

Koolstofdioxide
De huidige CO2 concentratie in de atmosfeer is ongeveer 385 ppm (deeltjes per miljoen). Voor de industriŽle revolutie was het slechts 280 ppm. Nu is er in het water in de oceanen nog voldoende CO32-. Maar met de toename van CO2 neemt dat af. Op het moment dat er onvoldoende
CO32- in het water zelf zit, zal het ergens anders vandaan komen. En kalkbouwende organismen zijn dan een goede bron. Oftewel: ze lossen op.

De wetenschappers hebben nu becijferd dat dat punt ongeveer bij 560 ppm bereikt kan worden na een studie van de data van bijna 10.000 locaties van riffen op aarde. Daarbij hebben ze gecorrigeerd voor het temperatuurseffect. Koralen groeien immers beter bij een bepaalde temperatuurrange. Vandaag de dag hebben de koralen al meer moeite met het bouwen van hun kalkskelet (20-40% langzamer dan voor de industriŽle revolutie). Toen Silverman en collegaís het bleken van de koralen ook meenamen in hun berekeningen, gaat het nu zelfs al 60-80% langzamer.

Een eerdere studie dit jaar toonde ook al aan dat de koralen in het Great Barrier Reef in AustraliŽ al de gevolgen ondervinden van de stijgende CO2 concentratie. Er zijn minder bouwsteentjes voor het koraal en dus groeien ze minder snel.


Een bijna levenloze bodem na het bleken van de koralen.
Bron: Creative Commons

Uitsterving?
Dat veel koralen het loodje zullen leggen is de verwachting. Algen nemen hun plaats in. Tot het uitsterven van de koralen zal het niet komen. In de aardse geschiedenis hebben koralen al vele perioden van stress doorgemaakt. Ook wat betreft hoge CO2 concentraties. In het Krijt was de CO2 bijvoorbeeld vele malen hoger dan nu. Toen waren er gewoon koralen te vinden en zelfs koraalriffen. Zorgen om niets en probleem opgelost? Niet helemaal, want de stijging van de CO2 concentratie is bijzonder snel, ook ten opzichte van het verleden. Veel koralen zullen het moeilijk krijgen en zich niet snel genoeg kunnen aanpassen. Voor deze koralen wacht de dood.


Koralen ontstonden in het Cambrium, dat 542 miljoen jaar geleden begon. Hier een foto van een solitair koraal uit het Devoon (ongeveer 400 miljoen jaar geleden).

Koralen die op een diepte van 3000 m leven zullen minder te lijden hebben, want de temperatuur zal daar niet zo snel stijgen als die van het oppervlaktewater. Ze hebben dan ook een betere overlevingskans. Het effect van een zuurdere oceaan op deze koralen? Iets voor toekomstig onderzoek wellicht.

Referenties:
  • Silverman et al., 2009. Coral reefs may start dissolving when atmospheric CO2 doubles. Geophysical research letters 36: L05606

1015 De mythische driehoorn in gevecht
Auteur: drs. Marvin Overbeeke

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Triceratops, een van de bekendste dinosauriŽrs, staat vaak afgebeeld in gevecht met een soortgenoot of met zijn aangewezen aartsrivaal Tyrannosaurus. Hiervoor is echter nooit bewijs aangeleverd. Er zijn dan ook theorieŽn dat deze dinosauriŽr zijn nekkraag en horens alleen gebruikte om te imponeren. Een aantal onderzoekers hebben uiteindelijk de moed gehad om uit te zoeken of het beeld van vechtende Triceratopsen klopt. Wat zij gevonden hebben is dat dit inderdaad het geval is: Triceratops is een vechtersbaas geweest.

Een flink aantal schedels van zowel Triceratops als van Centrosaurus zijn onderzocht op beschadigingen van de botten. Ze beweren niet dat de beschadigingen alleen van gevechten zijn maar er komt wel een duidelijk verschil uit. Zowel Triceratops als Centrosaurus hebben in een vergelijkbare omgeving geleefd met hetzelfde kaliber rovers. Hierdoor concluderen ze dus dat de beschadigingen in principe hetzelfde zouden moeten zijn. Alles wat afwijkt is dan van soortgenoten in onderlinge gevechten.

In het figuur hieronder houdt het linkse getal in dat er een X aantal beschadigingen gevonden zijn op het desbetreffende bot. Het rechtse getal is het aantal onderzochte botten.


Triceratops (A) heeft twee grote horens boven zijn ogen en een kleine op zijn neus.
Centrosaurus (B) heeft dit precies andersom.
Deze dinosauriŽr heeft twee kleine horens boven zijn ogen en een grote op zijn neus.
Als deze twee vechten zullen ze dus verschillende verwondingen maken bij soortgenoten.
Uit de gegevens in de figuur blijkt ook dat dit het geval is.

Voor dit onderzoek zijn de beschadigingen op een aantal schedelbotten opgeteld en hieruit blijkt dus dat de kraag van Triceratops het relatief zwaar te verduren had. Het aantal beschadigingen op de andere botten zijn vrij vergelijkbaar en daardoor worden deze grotendeels aan andere factoren toegerekend. Uit onder andere deze getallen concluderen ze dat twee Triceratopsen met de horens in elkaar vocht en Centrosaurus veel minder. Volgens weer andere onderzoekers zijn bij Centrosaurus in verhouding weer meer gebroken ribben gevonden en dus hadden deze twee dinosauriŽrs heel andere manieren om te bepalen wie de baas was.

De nekkraag ontstond al bij de voorouders van deze twee zonder dat er nog horens aanwezig waren, dus was de nekkraag in eerste instantie bedoeld om te imponeren, maar kreeg deze bij Triceratops nog de extra taak om het lichaam te beschermen. De indrukwekkende gedachte aan twee vechtende Triceratopsen kan dus goed kloppen.

Referenties:
  • Farke A.A., Wolff E.D.S., Tank D.H., 2009. Evidence of combat in Triceratops. PLoS ONE 4(1): e4252

Figuur afkomstig uit artikel.

1016 IJsbrug op Antarctica stort in
Auteur: prof. dr. A.J. van Loon

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

Op Antarctica is begin april een grote ijsbrug (die de naam Wilkins Ice Bridge had gekregen) ingestort. Foto's die door de NASA zijn gemaakt met MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) vanaf de Terra satelliet, laten zien hoe het beeld binnen enkele dagen drastisch is veranderd. Terra was overigens niet de eerste satelliet van waaruit het instorten van de brug werd waargenomen: dat gebeurde het eerst via radaropnames die werden gemaakt vanuit een Europese (ESA) satelliet.

Op een foto van 30 maart is die ijsbrug, die het eiland Charcot verbond met het eiland Latady, nog geheel intact. Het is ziet er glad uit en vertoont geen grote scheuren. Op 6 april is de ijsbrug verdwenen en resteren er vooral gefragmenteerde ijsmassa's.


Het gebied op 31 maart 2009, met een nog intacte ijsbrug.

De brokstukken van de verdwenen ijsbrug worden vergezeld door talloze ijsfragmenten die zo'n tien jaar geleden werden gevormd toen het noordelijke deel van de ijsshelf ter plaatse afbrak. Deze fragmenten bleven sinds 1998 vastgevroren op hun plaats zitten, maar bewegen zich nu - nu de ijsbrug niet langer een onneembare barriŤre vormt, naar de Zuidelijke IJszee. Vergelijking van de twee opnames laat zien dat het ijs dat het dichtst bij de ijsbrug lag, tussen 31 maart en 6 april in beweging kwam. Het instorten van de ijsbrug komt niet geheel onverwacht. Eind vorig jaar verwijdden zich al enkele scheuren in de ijsshelf onder en rechts van de ijsbrug, en ook de ijsbrug zelf scheurde toen al.

De recente veranderingen komen op de foto's duidelijk tot uiting door verschillende lichtval. Bij de opname van 6 april stond de zon laag, en wolken zorgden voor lange schaduwen over het ijs. Scheuren in het ijs worden daardoor goed zichtbaar. Bij het beeld van 31 maart stond de zon juist hoog, waardoor relatief weinig reliŽf valt waar te nemen.


Het gebied op 6 april 2009, na instorten van de Wilkins Ijsbrug.

Het opbreken van het noordelijke deel van de ijsshelf moet worden geweten aan een samenspel van talrijker factoren, waaronder grote plassen zoutwater op het ijs, rek door uiteenlopende bewegingen van de plastische ijsmassa, en een relatief hoge temperatuur. De ijsbrug vormde min of meer de laatste ijsmassa van de noordelijke ijsrand die tot zo'n tien jaar geleden nog intact was. Het is niet uit te sluiten dat de verbrokkeling van de ijsshelf zich zal voortzetten naar het zuidelijk deel van de Wilkins IJsshelf (onder rechts op de foto's), vooral omdat dit deel nu niet langer wordt beschermd door het noordelijke deel.

In het verleden heeft het opbreken van delen van de ijsshelf van Antarctica geleid tot het sneller stromen van naburige gletsjers naar zee. Dat gebeurde onder meer na opbraak van de Larsen IJsshelf. In het gebied dat aan het noordelijke deel van de Wilkins IJsshelf grenst, komen echter geen grote gletsjers voor. De opbraak van dit deel van de ijsshelf zal dan ook geen directe gevolgen hebben voor het zeeniveau.

Referenties:
  • Riebeek, H., 2009. Wilkins Ice Bridge collapse. Natural Hazards (http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=37806&src=nha).

Foto's: NASA, ter beschikking gesteld door Jeff Schmaltz.

1017 Microben in moddervulkaan overleven 'buitenaardse' omstandigheden
Auteur: prof. dr. A.J. van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Mineralen ! Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !

Hoe het leven zich kan hebben ontwikkeld en gehandhaafd gedurende de vroegste geschiedenis van de aarde is een stuk duidelijker geworden door onderzoek naar het leven van microorganismen in ťťn van de meest extreme milieus op aarde: een onderzeese moddervulkaan. Uit een dergelijke moddervulkaan in de Golf van Mexico zijn microorganismen verzameld om na te gaan hoe ze onder de extreme en sterk wisselende omstandigheden ter plaatse kunnen leven. Omdat vergelijkbare omstandigheden worden toegedicht aan sommige hemellichamen, onder meer de maan Europa van de planeet Jupiter, levert het onderzoek ook aanwijzingen op over wat voor soort buitenaards leven zou kunnen bestaan.


Een door chemisch neerslag gevormde 'schoorsteen' en plakken van
microorganismen op de bodem van een moddervulkan in de Golf van Mexico
(foto Ian MacDonald, Texas A&M University).

De omstandigheden kunnen nauwelijks minder slecht zijn voor leven: in de onderzeese moddervulkaan komen, met onregelmatige tussenpozen, modder, olie, zeer zout water en diverse - vaak sterk giftige - gassen omhoog uit plaatselijke concentraties van spleten of (door chemisch neerslag gevormde) 'schoorstenen'. Het leefmilieu is bovendien gespeend van licht en zuurstof. Een en ander betekent dat de daar levende microben niet alleen aan extreme omstandigheden zijn blootgesteld, maar ook dat er steeds opnieuw plotselinge veranderingen optreden van de ene naar de andere extreme situatie. In sommige gevallen gaat het overigens om een min of meer gelijkblijvende omstandigheid: er zijn ook microben verzameld uit zogeheten onderzeese pekelmeren, dat zijn depressies in de zeebodem waar zich extreem zout water bevindt dat zich niet mengt met het bovenliggende gewone zeewater. Het onderzeese zoutmeer dat in de Golf van Mexico werd bemonsterd, was een overblijfsel van een vroegere onderzeese moddervulkaan.


Zwart, zeer zout zuurstofloos water met schelpdieren
(foto Ian MacDonald, Texas A&M University).

De monsters werden verzameld met een (bemande) duikboot die ongeveer 600 m diep dook. De bemonsterde moddervulkaan en het zoutmeer lagen op ongeveer gelijke diepte, maar wel zo'n 120 km uit elkaar. Tijdens de onderzeese expeditie konden de onderzoekers de moddervulkaan in actie zien: grote pluimen van troebele gasbellen (grotendeels methaan) stegen op uit de kokende bodem, net zoals dat te zien is in bijvoorbeeld Yellowstone Park. De pluimen stegen honderden meters hoog op.

De levensgemeenschappen die de onderzoekers aantroffen zijn sterk verschillend voor het onderzeese zoutmeer en de onderzeese moddervulkaan, en uiteraard sterk verschillend van de leefgemeenschappen in het omringende zeewater. Ondanks de extreem ongunstige omstandigheden gaat het niet om 'armoedige' levensgemeenschappen; integendeel, het gaat om gemeenschappen die goed aan de omstandigheden zijn aangepast, en die daar zelfs een bloeiend bestaan lijden. Het lijkt waarschijnlijk dat de stofwisseling van de microben vooral aangepast is om snelle veranderingen in de geochemische omstandigheden te kunnen verwerken, daarbij rekening houdend met de intensiteit en de frequentie van de uit de vulkaanbodem uitgestoten vloeistoffen. De bijzondere aanpassingen die de microorganismen hebben ontwikkeld, kunnen volgens de onderzoekers wellicht worden toegepast voor nieuwe processen en producten op het gebied van de biotechnologie.


Onderzoeksleidster Samnantha Joye (University of Georgia).

Onderzeese moddervulkanen hebben een - geologisch gezien - betrekkelijk korte levensduur. Dat werpt de vraag op hoe dergelijke levensgemeenschappen kunnen overleven wanneer de moddervulkaan ophoudt actief te zijn: voedsel is wellicht niet eens het ergste probleem: als er geen activiteit meer plaatsvindt zakken veel olieachtige zware stoffen, evenals uitgestoten zeer zout water langzaam terug (om dan een onderzees zoutmeer te vormen). Maar hoe komen de organismen op de locatie van een zich nieuw ontwikkelende onderzees moddervulkaan. Wachten ze betere tijden af in de zeebodem. Of kunnen ze toch door het zo andere, 'normale' zeemilieu reizen? Als dat mogelijk is, kan ook buitenaards leven op onvermoede plaatsen voorkomen.

Referenties:
  • Joye, S., Samarkin, V., Orcatt, B., MacDonald, I., Hinricks, K., Elvert, M., Teske, A., Lloyd, K., Lever, M., Montoya, J. & Meile, C., 2009. Metabolic variability in seafloor brines revealed by carbon and sulphur dynamics. Nature Geosciences, DOI:10.1038/ngeo475.

Foto's: National Science Foundation (Verenigde Staten van Amerika).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl