NGV-Geonieuws 16

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Maart 2002, jaargang 4 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 !
  • 185 Ammonium kan dienen om oudste leven op te sporen
  • 186 Dinoneuzen namen paleontologen lang bij de neus
  • 187 Ouderdom van binnenkern van de aarde mogelijk slechts een miljard jaar
  • 188 Laat-Pliocene ijstijd mogelijk geÔnitieerd door vulkanisme
  • 189 Schimmels en landplanten blijken zeer vroeg ontstaan

    << Vorige uitgave: 15 | Volgende uitgave: 17 >>

185 Ammonium kan dienen om oudste leven op te sporen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Primitief leven is vaak moeilijk vast te stellen, vooral als het gaat om leven in een ver geologisch verleden of om leven buiten de aarde. Start R. Body, een onderzoeker aan het Centrum voor Petrografisch en Geochemisch Onderzoek van het Centre National de la Recherche Scientifique in Parijs, beschrijft een betrekkelijk simpele methode om zulk leven, ook als dat niet (meer) in herkenbare vorm aanwezig is, als zodanig te herkennen.

Het gaat om het vaststellen van de aanwezigheid van ammonium-ionen (NH3+) en de isotopenverhouding van de stikstof daarin. Die isotopenverhouding is - althans tegenwoordig - in organisch gebonden stikstof anders dan in de dode natuur. Gezien de oorzaak daarvan is het waarschijnlijk dat die verhouding ook in het geologische verleden van de aarde afwijkend was. De oorzaak ligt namelijk in de rol van stikstofbindende organismen (in het bijzonder de cyanobacteriŽn) en van denitrificerende bacteriŽn. Deze bacteriŽn zorgen echter niet voor een vaste verhouding tussen de stikstofisotopen, maar voor een grote variatie daarin. De omstandigheden in het leefgebied spelen daarbij de hoofdrol; zo hebben waterdiepte en seizoenen (maar nog veel meer parameters) invloed op die verhouding. De variaties die door het milieu worden veroorzaakt, zijn daarom als het ware gesuperponeerd op de isotopenverhouding zoals die zich in de loop van de geologische geschiedenis heeft ontwikkeld. En die ontwikkeling is in grote lijnen bekend. Daarom kunnen 'afwijkende' isotopenverhoudingen in ammonium dat in oude sedimenten voorkomt, worden opgespoord.


SCHEMATISCHE STIKSTOFCYCLUS IN ONDIEPE ZEE, TONEND HOE ORGANISCHE STIKSTOF IN HET SEDIMENT KAN WORDEN OPGENOMEN

Ammonium is daarvoor bij uitstek geschikt omdat het ontstaat bij het vergaan van organisch materiaal. Van zo mogelijk nog meer belang is echter dat het goed bestand is tegen hoge temperaturen. Dat betekent dat in pakketten die diep worden begraven onder jongere afzettingen ammonium als zodanig bewaard blijft (terwijl de meeste organische stoffen en ook veel mineralen onherkenbaar worden omgezet). Wanneer een oud pakket later weer wordt opgeheven, bijv. bij een gebergtevormende fase, kan de oorspronkelijke isotopenverhouding in het ammonium daarom nog worden vastgesteld.

Dit betekent dat ammonium geschikt is om vroeger leven vast te stellen, ook als van dat leven zelf geen sporen meer zijn overgebleven. Boyd geeft aan dat er nu structureel naar tekenen van leven in oude sedimenten (en vooral in de relatief veel voorkomende oude diepzeeafzettingen) moet worden gezocht. Veel gesteentepakketten die nu fossielloos lijken, zouden dan kunnen blijken wel degelijk te zijn ontstaan in een milieu met levende organismen. Het beeld van de vroege ontwikkeling van het leven op aarde, zowel in ruimte als in tijd, kan daardoor drastisch veranderen. Boyd suggereert dat deze methode ook wel eens toepasbaar zou kunnen blijken in het speuren naar levenstekenen in gesteentemonsters van buitenaardse herkomst.

Referenties:
  • Boyd, S.R., 2001. Ammonium as a biomarker in Precambrian metasediments. Precambrian Research 108, p. 159-173

Afbeelding beschikbaar gesteld door Elsevier: http://www.elsevier.com/IVP/03019268/108-159

186 Dinoneuzen namen paleontologen lang bij de neus
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

We hebben altijd een verkeerd beeld hebben gehad van de kop, en in het bijzonder van de positie van hun neusgaten van de grote dinosauriŽrs. Dat komt door een vroege - en inmiddels foutief gebleken - interpretatie van hun woonomgeving. Toen de eerste grote dinosaurusskeletten in het begin van de negentiende eeuw werden ontdekt en als zodanig herkend, was de gedachte namelijk dat zulke grote dieren nooit op het land geleefd konden hebben: vanwege hun enorme gewicht zouden ze direct door hun poten zijn gezakt. Inmiddels weten we, door de talrijke vondsten die inmiddels zijn gedaan, dat het grootste deel van de nu bekende reuzendinosauriŽrs wel degelijk op het land leefde.

Omdat de dinosauriŽrs eerder als water- of moerasbewoners werden geÔnterpreteerd, werd bij de interpretatie van het uiterlijk van de kop, op basis van de beschikbare fossiele botten, een beeld werd aangehouden dat in diverse opzichten overeenkwam met min of meer vergelijkbare dieren nu, zoals de krokodil. Die hebben hun neusgaten zo hoog mogelijk zitten, om ook als ze verder vrijwel geheel onder water liggen, toch adem te kunnen halen. Zo hebben vanaf het allereerste begin illustratoren van dinosauriŽrs - tot en met de filmmakers van Jurassic Park en vergelijkbare films - de neusgaten zo hoog mogelijk ingetekend, wat inhield dat die neusgaten veelal ver vanaf het begin van de snuit lagen.

Volgens Lawrence Witmer, een paleontoloog van Ohio University, moet dit beeld volledig worden herzien. Hij herkende dat de vaak enorme 'neusgaten' in de schedel van dinosauriŽrs tal van interpretaties mogelijk maakten wat betreft de positie van de neusgaten aan de buitenzijde. Daarbij kwam hij op basis van zijn onderzoek van de relatie tussen positie en functie van neusgaten bij andere diergroepen tot de conclusie dat het voor dinosauriŽrs gunstig moet zijn geweest als hun neusgaten zo ver mogelijk naar voren hadden gezeten: zo zouden het reuk- en smaakvermogen groter zijn geweest, en zou ook het inwendige neuskanaal langer zijn geweest, wat de mogelijkheid zou hebben geschapen om het bloed dat naar de hersenen stroomde beter af te koelen; bovendien zou het langere neuskanaal uiteraard een meer effectieve filter zijn geweest voor deeltjes die anders in de longen terecht zouden zijn gekomen.

Witmer maakte, om na te gaan om zijn idee van de positie van de neusgaten bij dinosauriŽrs realistisch was, rŲntgenopnamen van 45 dieren, eerst met de met dinoís nauwst verbonden recente groepen: vogels, krokodillen en hagedissen. Daarbij gebruikte hij hulpmiddelen die zowel de neusgaten zelf als het neuskanaal en de beenderen (schedel met daarin het inwendige neusgat) op de fotoís goed zichtbaar maakten. Hij vond daarbij dat in alle gevallen gelijke patronen bestonden, overeenkomstig het beeld dat hij van de dinosauriŽrs had. Als extra controle onderzocht hij echter ook nog de groeven en vergelijkbare verschijnselen die bloedvaten in de benige neusgaten van recente dieren veroorzaken, en hij vergeleek die patronen met soortgelijke markeringen in de schedels van dinosauriŽrs. De overeenkomsten bleken zo treffend dat er eigenlijk niet meer aan valt te twijfelen: op de kop van de dinosauriŽrs stonden de neusgaten ver naar voren, en veel minder hoog dan tot nu toe werd aangenomen. Paleontologen zijn lang bij de neus genomen door de eerste illustratoren. Het gevolg is dat nu eigenlijk alle films, maar ook de illustraties in de vele duizenden boeken over dinosauriŽrs zouden moeten worden herzien.

Referenties:
  • Stokstad, E., 2001. Dinosaur nostrils get a hole new look. Science 293, p. 779.
  • Witmer, L.M., 2001. Nostril position in dinosaurs and other vertebrates and its significance for nasal function. Science 293, p. 850-853.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Neus dinosauriŽrs zette paleontologen op verkeerde been' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (18 augustus 2001).

187 Ouderdom van binnenkern van de aarde mogelijk slechts een miljard jaar
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Pas in de loop van lange tijd kreeg de aarde zijn huidige structuur. De aarde is zoín 4,5 miljard jaar oud, maar de binnenkern is zeker niet ouder dan 2,5 miljard jaar, en waarschijnlijk slechts 1 miljard jaar. Dat is de verrassende uitkomst van een team van Franse onderzoekers van het Institut de Physique du Globe de Paris.


AARDKERN

Het was allang duidelijk dat de kern jonger moest zijn dan de aarde als geheel: de opsplitsing in aardkorst, aardmantel en aardkern vond immers plaats op basis van het 'uitzakken' van de zwaardere elementen; daarbij bleven in de aardkorst vooral de lichtere elementen 'bovendrijven', en kwamen vooral de zware elementen in de kern terecht. Door diverse processen trad ook binnen de kern op den duur een scheiding op, waarbij zich een vloeibare buitenkern ontwikkelde en een vaste binnenkern. Van die binnenkern, die een straal heeft van ca. 1300 km, is nog weinig bekend.

Van de aardkern is ook de samenstelling niet goed bekend. Dat is wel het geval bij de aardmantel, omdat daarvan soms fragmenten bij vulkanische processen omhoog komen, en ook omdat bepaalde typen meteorieten daarover informatie verschaffen. Zulke bronnen van informatie bestaan echter niet voor de aardkern. Daarom is de kennis beperkt tot interpretaties van seismische opnames na zeer zware aardbevingen, en op modelmatige berekeningen.

Ook de Franse onderzoekers hebben die weg behandeld. Ze hebben de evolutie van de aardkern gemodelleerd en de diverse parameters daarbij zodanig gevarieerd tot er een uitkomst werd bereikt die nergens in strijd is met de bekende gegevens. Uitgangspunt daarbij was dat de aarde geleidelijk moet zijn afgekoeld. Die afkoeling vindt - en vond - plaats onder invloed van twee factoren: ten eerste een afnemende inwendige warmteproductie doordat steeds meer radioactieve atomen met het voortschrijden van de tijd vervallen zijn, en ten tweede een verlies van warmte aan het wereldruim door een - door temperatuurverschillen geÔnduceerde - warmtestroom vanuit het inwendige der aarde naar het aardoppervlak.

Algemeen wordt, op basis van theoretische overwegingen, aangenomen dat in de aardkern geen radioactieve elementen aanwezig zijn. Daar zijn ook de onderzoekers van uitgegaan. De belangrijkste parameter van hun modellering was daarom de grootte van de warmteflux. Als ze die de extreem lage waarde van 3 terawatt (= 3 miljard kilowatt) toekennen voor de gehele levensduur van de binnenkern, volgt uit hun modellering dat die omstreeks 2,5 miljard jaar geleden moet zijn afgescheiden van de buitenkern. De onderzoekers noemen een hogere warmteflux echter veel waarschijnlijker, en komen dan tot een veel waarschijnlijker ouderdom van 1 (Ī 0,5) miljard jaar.

De onderzoekers hebben ter wille van de volledigheid ook uitgezocht wat de ouderdom zou kunnen zijn als er wel radioactieve elementen in de kern voorkomen. Ze vinden dan een leeftijd van ca. 3 miljard jaar. Een dergelijke leeftijd achten ze zelf echter niet realistisch, omdat de scheiding tussen binnen- en buitenkern dan het moment van ontstaan van het aardmagnetisch veld (3,8 miljard jaar geleden) zou benaderen.

Referenties:
  • Labrosse, S., Poirier, J.-P. & MouŽl, J.-L. le, 2001. The age of the inner core. Earth and Planetary Science Letters 190, p. 111-123.

Afbeelding uit: http://library.thinkquest.org/17457/platetectonics/1.php
N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Binnenkern van de aarde is veel jonger dan de aarde zelf' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (25 augustus 2001).

188 Laat-Pliocene ijstijd mogelijk geÔnitieerd door vulkanisme
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Het Pleistocene IJstijdvak begon niet met overal tegelijk op aarde een plotselinge uitbreiding van het landijs. Al eerder werden de temperaturen lokaal zoveel lager dat zich ijs kon vormen of dat bestaand ijs zich kon uitbreiden. Zo vond er al in het Laat-Plioceen een temperatuurdaling plaats die sommige aardwetenschappers doet spreken van een ijstijd. Dat komt vooral door een sterke afkoeling omstreeks 2,65 miljoen jaar geleden, die vooral op het noordelijk halfrond zijn sporen naliet.

Amerikaanse onderzoekers hebben deze fase van afkoeling nu gerelateerd aan een duidelijke toename van het vulkanisme op de eilandenboog die Kamchatka en de Koerillen omvat, en de eilandenboog van de Aleoeten. Die plotseling toenemende vulkanisch activiteit blijkt samen te vallen met genoemde temperatuurdaling.

Ze stelden dit vast op basis van diepzeeboringen die werden uitgevoerd in het kader van raai 145 van het Ocean Drilling Project. Daarbij werden in het noorden van de Stille Oceaan kernen opgehaald die daarop wijzen. Zo vertonen die kernen op een bepaald niveau plotseling een plotselinge en sterke toename van vulkanisch glas (kleine deeltjes die door de wind zijn aangevoerd en in zee bezonken); iets boven dat niveau neemt plotseling ook de hoeveelheid grove deeltjes toe die daar alleen terechtkunnen zijn gekomen doordat ze werden aangevoerd via langzaam smeltende ijsbergen. Het niveau kon worden gedateerd als 2,65 miljoen jaar geleden gevormd.

De onderzoekers menen dat het vulkanisme zoveel stof in de atmosfeer terecht deden komen dat minder zonnewarmte de aarde kon bereiken. Daardoor kwam een temperatuurdaling tot stand, die al snel leidde tot uitbreiding van het ijs in de noordelijkste gebieden.

Referenties:
  • Prueher, L.M. & Rea, D.K., 2001. Volcanic triggering of late Pliocene glaciation: evidence from the flux of volcanic glass and ice-rafted debris to the North Pacific Ocean. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 173, p. 215-230

189 Schimmels en landplanten blijken zeer vroeg ontstaan
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Schimmels en groene algen zijn mogelijk al een miljard jaar geleden ontstaan. Landplanten ontstonden niet 450 miljoen jaar geleden, maar al 750 miljoen jaar geleden. Dat is althans de mening van enkele Amerikaanse onderzoekers die verbonden zijn aan het Astrobiology Research Center en aan de Afdeling Plantenziekten van de Pennsylvania State University.

Zij komen tot die conclusie op grond van een nieuwe benadering (het 'klassieke' onderzoek naar oude landplanten is zeer moeilijk vanwege de zeldzaamheid van gesteenten waarin dergelijke resten kunnen voorkomen). Hun aanpak sluit aan bij veel nieuw onderzoek, dat uitgaat van biochemische karakteristieken, veelal in de vorm van DNA-onderzoek en de samenstelling van eiwitten of aminozuren. Voor dit onderzoek maakte het team onder leiding van Blair Hedges gebruik van GenBank, een databank op het gebied van gen-onderzoek. Ze kregen zo de beschikking over sequenties van 119 eiwitten, afkomstig van een breed scala van zowel in het water als op het land levende schimmels. Van steeds twee soorten schimmels vergeleken ze dezelfde eiwitten. Omdat de frequentie waarin gelijke sequenties in de eiwitten voorkomen een maatstaf is voor de onderlinge verwantschap van de betrokken schimmelsoorten, konden de onderzoekers zo een stamboom opstellen, en nagaan wanneer de diverse groepen zich van elkaar afsplitsten.

Tot hun grote verbazing bleek dat er veel vroeger in de aardgeschiedenis (n.l. 1500-966 miljoen jaar geleden) dan tot nu toe werd verondersteld (660-370 miljoen jaar geleden) al afsplitsingen moeten hebben plaatsgevonden. De orde van de Glomales, waartoe de op het land levende schimmels behoren, splitste zich ongeveer 1,3 miljard jaar geleden af.

Door vervolgens aan de hand van eiwitonderzoek van andere planten (een groene alg, een mos en diverse hogere planten) te controleren of de onverwacht oude afsplitsing wel kon kloppen (hetgeen het geval bleek), konden de schimmels ook beter in de bredere context van het plantenleven worden ingedeeld.

De vroege ontwikkeling van landplanten kan volgens Hedges ook hebben bijgedragen aan de plotselinge toename van zuurstof in de atmosfeer die zoín 650 miljoen jaar geleden plaatsvond. Ook meent hij dat er een oorzakelijke relatie kan zijn met vroege ijstijden. Die hypothese gaat collegaís van Hedges echter Te ver, vooral omdat De hoeveelheid vroege landplanten waarschijnlijk zo gering was dat ze geen significante invloed kunnen hebben gehad op de samenstelling van de atmosfeer. Bovendien klopt die hypothese niet met wat er momenteel bekend is over de koolstofcyclus. Aan de juistheid van de bevindingen van Hedges wat betreft het vroege ontstaan van landplanten wordt door collegaís in de evolutiebiologie echter niet echt getwijfeld.

Referenties:
  • Heckman, D.S., Geiser, D.M., Eidell, B.R., Stauffer, R.L., Kardos, N.L. & Hedges, S.B., 2001. Molecular evidence for the early colonization of land by fungi and plants. Science 293, p. 1129-1133.
  • Pennisi, E., 2001. A molecular approach to mushroom hunting. Science 293, p. 1027-1028.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Landplanten blijken 300 miljoen jaar ouder dan gedacht' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (1 september 2001).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl