NGV-Geonieuws 179

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Mei 2011, jaargang 13 nr. 5

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

1171 Wind sterker dan water, sterker dan ijs, sterker dan gebergten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie ! Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

Alle gebergten zijn gedoemd om in de loop van de geologische geschiedenis te verdwijnen. Een enkele keer gebeurt dat door bodemdaling, maar veel vaker door erosie. Water (in de vorm van regenwater, bergbeken en rivieren) wordt daarvoor gewoonlijk, samen met ijs, verantwoordelijk gehouden. Het lijkt er echter op dat erosie door wind een minstens zo grote rol speelt, wat zou betekenen dat wind erosie 10-100 maal effectiever is dan tot nu toe werd gedacht.

Onderzoekers kwamen tot deze bevinding na bestudering van yardangs (ruggen van hard gesteente die zijn ontstaan doordat wind de tussenliggende dalen uitschuurde). Yardangs met hoogten tot 40 m komen onder andere voor in het Qaidam-Bekken, dat zich ten westen van de Gobi-woestijn en het Chinese loess-plateau bevindt. Er is geen sprake van dat deze ruggen door fluviatiele of glaciale erosie kunnen zijn gevormd. Dat laat wind als enig mogelijk mechanisme over. Het gaat daarbij om uiterst sterke erosie: yardangs kunnen op sommige plaatsen 40 m hoog worden. Ze zien eruit als de plooien in een opgeschoven tafelkleed en kunnen zelfs vanuit de ruimte worden waargenomen. Kennelijk heeft de wind gedurende lange tijd een voorkeursrichting gehad, en het blootgestelde gesteente in evenwijdige zones uitgeschuurd, waardoor een landschap is ontstaan dat op het eerste gezicht te vergelijken is met de Appalachen. Daar worden de ruggen echter bepaald door anticlinale en synclinale structuren; bij yardangs is dat niet het geval.


Ligging van het Qaidam-Bekken.


Enkele van de onderzoekers boven op een yardang.


De onderzoekers vermoeden dat de yardangs in het Qaidam-Bekken werden gevormd gedurende de Pleistocene ijstijden, toen het droger en kouder was. De sterke winderosie moet toen hebben gezorgd voor een enorme hoeveelheid fijne deeltjes. Die werden volgens de onderzoekers als loess afgezet op het Chinese loess-plateau, waar pakketten een dikte van enkele honderden meters kunnen bereiken, waarmee ze veruit de dikste loess-accumulaties ter wereld vormen. De herkomst van deze loess is altijd onduidelijk gebleven. De erosie van grote delen van hard gesteente, waarbij de yardangs achterbleven, zou - volgens het door de onderzoekers opgestelde computermodel - ruim de helft van het loess-volume op het plateau verklaren, en daarmee een inderdaad logische verklaring voor de dikke accumulaties geven.

Dat het erosieproces momenteel niet (meer) plaatsvindt, schrijven de onderzoekers toe aan de veranderde klimaatomstandigheden. Het is nu warmer en minder droog dan tijdens de glacialen, wat winderosie bemoeilijkt. Bovendien is de huidige overheersende windrichting meer noord-zuid gericht terwijl dat meer oost-west was tijdens de glacialen. Gedurende de interglacialen ontstonden meren tussen de ruggen. Die vielen droog tijdens de glacialen, en het fijne sediment werd weggeblazen.

Het ontstaan van de yardangs in het Qaidam-Bekken als gevolg van wind erosie begon volgen de onderzoekers ongeveer 3 miljoen jaar gelden. Dat is ook het moment waarop plooiing van de gesteenten - als gevolg van de botsing tussen de Indische en Euraziatische lithosfeerschollen - versnelde. De onderzoekers denken dat dat geen toeval is; ze suggereren dat het weggeblazen silt de schol zoveel lichter (en dus flexibeler) maakte dat hij gemakkelijker werd geplooid. Dat lijkt een bewering die wel wat reacties zal oproepen.

Referenties:
  • Kapp, P., Pelletier, J.D., Rohrmann, A., Heermance, R., Russell, J. & Ding, L., 2011. Wind erosion in the Qaidam basin, central Asia: Implications for tectonics, paleoclimate, and the source of the Loess Plateau. GSA Today, April/May 201, p. 4-10.

Illustraties (Paul Kapp): University of Arizona, Tucson, AZ (Verenigde Staten van Amerika).

1172 Vroege bloei
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Een groep Chinese en Amerikaanse onderzoekers heeft voor het eerst een volledig intact fossiel exemplaar beschreven van een tweezaadlobbige plant. Dit is een groep bloeiende planten die wel met de informele naam ‘ eudicoten’ wordt aangeduid, en waartoe ondermeer boterbloemen, appelbomen en paardebloemen behoren. Het fossiel is zo’n 125 miljoen jaar oud (Vroeg-Krijt), wat voor de onderzoekers aanleiding is om te veronderstellen dat eudicoten ouder zijn dan gedacht, en dat dat mogelijk ook algemeen geldt voor bloeiende planten. Mede-auteur David Dilcher, een bioloog, merkt hierover op dat er momenteel een beetje inzicht begint te ontstaan in de plotseling -letterlijke - opbloei van bloeiende planten, ongeveer 110 miljoen jaar geleden. Die explosieve ontwikkeling blijkt - zoals tot nu toe eigenlijk alleen uit pollen kon worden opgemaakt - een steeds langere voorgeschiedenis te hebben (van meer dan 10, wellicht 15 miljoen jaar) waarin de eudicoten langzaam evolueerden tot een groot aantal families. Het kan nu zelfs niet meer worden uitgesloten dat er al eudicoten vookwamen in het Jura.

Het nieuwe fossiel, dat dit inzicht ondersteunt, werd niet door de onderzoekers zelf gevonden, maar door een amateur, Li Shiming. Die herkende het als een bijzonder exemplaar en schonk het aan een nieuw paleontologisch museum in de Chinese provincie Liaoning (waar al zoveel bijzondere vondsten zijn gedaan; zie ondermeer Geonieuws 506, 795 en 1143).


Het fossiel van Leefructus mirus.

Het blijkt om een nieuwe soort te gaan, die Leefructus mirus is gedoopt. Het fossiel, dat ongeveer 16 cm hoog is, omvat het gehele bovengrondse deel van een volwassen plant. Een steel leidt naar vijf bladeren, die vanuit de basis uiteenlopende hoofdnerven vertonen die zich elk weer vertakken, Een andere steel leidt naar een volledig tot bloei gekomen bloem met een vorm die op die van een nog half gesloten boterbloem lijkt, en die vijf bloembladen (kroonbladen) heeft. Op basis van deze en andere kenmerken lijkt de plant te behoren tot de Ranonkelfamilie, waartoe ook de boterbloem behoort.

De bloem heeft een uiterlijk dat heden ten dage aantrekkelijk geweest zou zijn voor insecten. Er waren destijds echter nog geen bijen die gelokt konden worden, maar vliegen en sommige kevers kunnen er al wel op af zijn gekomen en zo voor bestuiving van de individuele planten hebben zorg gedragen. Dat is des te meer waarschijnlijk omdat Leefructus in een laag vulkanische as werd gevonden die in een meer werd afgezet. Waarschijnlijk groeide de plant dus nabij een meer, wellicht in een nat of moerassig gebied, net als de huidige boterbloemen.

Referenties:
  • Sun, G., Dilcher, D.L., Wang, H. & Chen, Z., 2011, A eudicot from the Early Cretaceous of China. Nature 471, p. 625-628.

Foto (Zhiduan Chen): Indiana University, Bloomington, IN (Verenigde Staten van Amerika).

1173 Verandering van spijs doet eten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

In de afgelopen 10 miljoen jaar zijn de grotere Afrikaanse herbivore zoogdieren van dieet veranderd: de meeste gingen over van een dieet van takken en bladeren naar een dieet van gras. Maar de olifanten zijn inmiddels weer naar hun oorspronkelijke dieet teruggegaan. Een en ander blijkt uit de analyse van de koolstof-isotopen in 452 fossiele kiezen van negen families die op drie locaties in Kenia woonden. Deze locaties werden ook bewoond door menselijke voorouders.

De veranderingen in voedselkeuze hangen voor een belangrijk deel samen met de opkomst in oostelijk Afrika, zo’n 10 miljoen jaar geleden, van zogeheten C4-grassen. Die ontwikkeling hangt weer samen met een toenemende droogte. In het Mioceen was Afrika nog voornamelijk begroeid met bomen en struiken, totdat deze - afhankelijk van de plaats - tussen 10 en 15 miljoen jaar geleden begonnen plaats te maken voor grassen. Overigens waren er ook al eerder relatief kleine, verspreide gebieden die met gras waren bedekt.

Planten worden, op basis van de manier waarop hun fotosynthese plaatsvindt, onderverdeeld in C3- en C4-planten. Tot de C3-planten behoren bomen, struiken en grassen die in het koele seizoen groeien. C4-planten zijn voornamelijk riet en grassen die in het warme seizoen groeien. In oostelijk Afrika zijn bijna alle grassen nu C4-planten. Het verschil tussen C3- en C4-planten uit zich in een verschillende verhouding van de koolstof-isotopen. De koolstof in het voedsel wordt onder meer gebruikt voor de opbouw van het tandglazuur. Door de isotopenverhouding in het tandglazuur meten, is het dus mogelijk om vast te stellen of de dieren destijds C3- of C4-planten aten, wat in praktijk neerkomt op een dieet van voornamelijk bladeren of gras.


Een kies uit de bovenkaak van
een fossiele voorganger van de
zebra die 9,6 miljoen jaar geleden leefde.


Olifanten eten nu weer vooral bladeren
en struiken, maar hadden een
‘tussendoortje’ van gras.


De eerste grote zoogdieren die van de opkomst van de grassen gebruik begonnen te maken waren de voorouders van de huidige zebra’s. Zij veranderden hun dieet al snel: ca. 9,9 miljoen jaar geleden. Daarna kwamen de neushoorns (9,6 miljoen jaar geleden), maar niet alle neushoornsoorten deden eraan mee. Het duurde daarna tot ca. 7,4 miljoen jaar geleden voordat het grasdieet op veel grotere schaal ingang vond, onder meer bij de olifanten. Nijlpaarden volgden nog veel later, en sommige zoogdieren, waaronder de giraffen (die gemakkelijk bij bladeren van hoge bomen konden komen), begonnen er helemaal niet aan. De ontwikkeling is opvallend, want pas 4,2 miljoen jaar geleden ontwikkelden zich uitgestrekte grasvlakten in oostelijk Afrika, en de echte verdroging begon pas 2,7 miljoen jaar geleden. De dominantie van gras in oostelijk Afrika dateert zelfs van niet langer dan 1 miljoen jaar geleden. Gras vormt nu nog steeds het hoofdvoedsel voor de meeste grote herbivore zoogdieren in oostelijk Afrika, al zijn de olifanten er dan wel weer van afgestapt.

Het opvallende van deze ontwikkeling is het verschil in snelheid waarmee de natuur zich aan veranderende omstandigheden aanpaste. Het lijkt er immers op dat de vegetatie zich al aanpaste voordat het klimaat wezenlijk veranderde, en dat de dieren hun dieet al begonnen aan te passen voordat de vegetatie op groter schaal veranderde! Dat betekent ook dat in de huidige discussies over klimaatverandering niet - zoals gewoonlijk wordt gedaan - mag worden verondersteld dat diergroepen hetzij zullen uitsterven omdat hun huidige voedselbronnen zouden verdwijnen, hetzij migreren om hun bestaande voedsel naar andere oorden te volgen.

Referenties:
  • Uno, K.T., Cerling, T.E., Harris, J.M., Kunimatsu, Y., Leakey, M.G., Nakatsukasa, M. & Nakaya< H., 2011. Late Miocene to Pliocene carbon isotope record of differential diet change among East African herbivores. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 108, p. 6509-6514.

Foto’s (Kevin Uno): University of Utah, Salt Lake City, UT (Verenigde Staten van Amerika).

1174 Een hapje van een ichthyosaurus
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Voor veel Amerikanen is een krokoburger een sensatie: een hapje van een angstwekkend dier, dat je echter zonder enige moeite - en zonder gevaar - op veel plaatsen, vooral in Florida, kunt krijgen. Het tekent hoever de mens van de natuur is komen af te staan, want in de natuur is het voortdurend ‘eten of gegeten worden’. Dat is nu zo, maar dat was uiteraard ook zo in het geologische verleden. Zo af en toe is daar aan de hand van bijtsporen op fossiele botten iets van terug te vinden, meestal in de vorm van vraatsporen, veroorzaakt door aaseters die zich aan een karkas tegoed deden.


Het platgedrukte fossiele restant van de snuit (foto Jo Bain).


Een nieuw en bijzonder voorbeeld is een bijtspoor op een bot uit de spitse snuit van een ichthyosauriër, die 120 miljoen jaar geleden (Vroeg-Krijt) rondzwom in de ondiepe, warme zee die destijds Zuid-Australië bedekte. Het gaat om een exemplaar van Platypterychius australis, dat - zoals uit de in een bot in zijn snuit achtergelaten paar tandafdrukken blijkt - bij leven (en weinig welzijn) is aangevallen. Dat het dier nog leefde toen de aanvaller zijn tanden in hem zette blijkt uit het feit dat de wonden die werden aangebracht gedeeltelijk geheeld zijn.


Detail van het bot uit de snuit
van de ichthyosauriër met de afdruk
van de tand van (waarschijnlijk)
een soortgenoot (foto Jo Bain).

Tot welke soort de aanvaller behoorde, hebben de onderzoekers proberen uit te zoeken door steeds verdere eliminatie van mogelijke daders. De zee waarin Platypterychius rondzwom, werd ook bevolkt door grote haaien en een monsterachtig, 10 m groot reptiel met een korte nek en een grote kop. Dit reptiel, Kronosaurus, een soort die tot de pliosauriërs behoort, zou echter andere bijtsporen hebben moeten achterlaten met diepe inkepingen rondom de grote indruk. Haaien komen evenmin als dader in aanmerking; iedere geoloog weet hoe haaientanden eruit zien: ze laten een smal bijtspoor achter. Bovendien zouden zowel Kronosaurus als haaien hun prooi waarschijnlijk hebben aangevallen in zijn buik, niet in zijn snuit.

De bijtsporen komen veel meer overeen met die van ‘directe familie’: andere ichthyosauriërs. De plaats van de aanval (de snuit) lijkt bovendien niet zozeer afkomstig van een roofdier dat zijn prooi op de meest kwetsbare plaats aangrijpt, maar wijst veeleer op een agressieve actie tegen een concurrent, zoals dat ook in de huidige dierenwereld veelvuldig voorkomt wanneer dieren zich in het jachtgebied van een soortgenoot wagen of wanneer er om de gunsten van een partner wordt gevochten. Dat zou erop kunnen wijzen dat de aanval kwam van een soortgenoot.


Alle ichthyosauriërs hadden een
spitse snuit (reconstructie Josh Lee).


Platypterychius in de aanval.


Referenties:
  • Zammit, M. & Kear, B.P., 2011. Healed bite marks on a Cretaceous ichthyosaur. Acata Palaeontologica Polonica 56 (in press), doi:10.4202/app.2010.0117.

Foto’s: Universiteit Uppsala (Zweden).

1175 Fossiele kiespijn
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Het is niet waarschijnlijk dat de eerste dieren met tanden en kiezen (die in feite een aan een speciale functie aangepast soort huidcellen zijn) ook last hadden van kiespijn. Net zoals dat nu nog het geval is bij onder meer de haaien (die een relatief primitieve levensvorm vertegenwoordigen), zaten de tanden waarschijnlijk los, en werden ze na enige tijd vervangen - voordat kiespijn kon ontstaan. Mensen hebben nog een melkgebit (sommige mensen wisselen overigens tweemaal!), wat erop wijst dat ook onze (verre) voorouders hun tanden om de zoveel tijd wisselden.

Een leven zonder kiespijn is natuurlijk een beter leven dan mét kiespijn. De vraag is dus waarom de evolutie er - althans bij vrijwel alle landdieren - toe heeft geleid dat tanden een leven lang mee moeten. Vooral bij grazers heeft dat bepaalde nadelen: zo slijten hun kiezen soms zover af dat ze nauwelijks nog gras kunnen vermalen. De reden is dat tanden die regelmatig gewisseld worden, niet al te vast mogen zitten. Dat houdt in dat ‘hard’ voedsel moeilijk verwerkt kan worden. Daarvoor moeten de tanden immers stevig vast zitten, liefst met wortels verankerd in de kaak.

Tal van fossiele vondsten wijzen erop dat de het wisselen van tanden een gevolg was van de verovering van het land door de dieren. Planten hadden het land al eerder veroverd, en het eerste voedsel dat de nieuwe landdieren dan ook tegenkwamen in hun nieuwe leefomgeving (die ze overigens pas langzaam verkenden: aanvankelijk bleven het in het water levende dieren die soms op het land kwamen, en die zich in de loop der evolutie steeds frequenter op het land en minder in het water ophielden) waren planten. Die planten met hun vezelige structuur waren niet goed eetbaar met de aan vis en andere zeedieren aangepaste tanden, met als gevolg dat het gebit zich steeds mee aan het nieuwe voedsel ging aanpassen. En toen er zoveel dieren op het land begonnen te leven dat er ook jacht op andere landdieren gemaakt kon worden, veranderde het gebit niet fundamenteel, want het vlees van landdieren is als regel harder dan het vlees van zeedieren. Stevig verankerde tanden - die dus niet meer (of veel minder vaak) konden worden gewisseld - boden dus voordelen.

Maar ja, levenslang met dezelfde tanden doen, betekent een sterk vergrote kans op problemen met die tanden of kiezen, hetzij doordat ze per ongeluk afbreken, hetzij doordat het tandvlees (of het gebit zelf) wordt aangetast door bacteriën, hetzij doordat er ontstekingen rondom de tand of kies plaatsvinden.


Het kaakfragment met het abces.

Dat laatste werd vastgesteld toen onderzoekers een aantal exemplaren onderzochten van Labiosaurus hamatus, een reptiel dan 275 miljoen jaar geleden (Vroeg-Perm) op het Noord-Amerikaanse continent leefde. Een van de exemplaren miste enkele tanden, en de kaak waarin die tanden had gezeten was plaatselijk iets geërodeerd. Uit scans bleek dat het dier ter plaatse een aanzienlijke infectie moet hebben gehad, wat zich uitte in een groot abces. Het gevolg was dat er diverse tanden verloren gingen en dat er ook botweefsel verdween. Het dier moet dan ook behoorlijk kiespijn hebben gehad.

De zo aangetroffen ‘fossiele kiespijn’ is uitzonderlijk: het tot dan toe oudst bekende aangetaste gebit dateert van zo’n 200 miljoen jaar later. Daar mag overigens niet uit worden afgeleid dat kiespijn in het geologische verleden een zeldzaamheid was, want er zijn zeer veel kaakfragmenten bekend waaruit één of meer tanden zijn verdwenen. Gewoonlijk wordt er niet naar een oorzaak gezocht; de hier aangehaalde studie zal daar mogelijk verandering in brengen.

Referenties:
  • Reisz, R.R., Scott, D.M., Pynn, B.R. & Modesta, S.P., 2011. Osteomyelitis in a Paleozoic reptile: ancient evidence for bacterial infection and its evolutionary significance. Naturwissenschaften 98, doi:10.0007/s00114-011-0792-1.

Foto: University of Toronto Mississauga (Canada).

1176 Gletsjererosie wordt zichtbaar gemaakt
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Ooit vergletsjerde gebieden waaruit het ijs zich naderhand heeft teruggetrokken, vertonen kenmerkende landschapsvormen. Die kunnen het gevolg zijn van afzetting van door het ijs meegevoerd materiaal (morenes), van de deformerende werking van het ijs (stuwwallen), en van glacial erosie (U-vormige dalen). Die laatste zijn het gemakkelijkst herkenbaar en zorgen vaak voor spectaculaire landschappen. Maar hoe zagen die landschappen eruit vóórdat het ijs ze aantastte? Dat was tot nu toe nauwelijks of niet na te gaan. Met een nieuwe techniek kan dat nu wel, zoals wordt bewezen aan de hand van een onderzoek dat werd uitgevoerd in een gebied van zo’n 700 km2 binnen het Fiordland National Park in Nieuw-Zeeland.

Het onderzochte gebied is bijzonder, want het komt heel snel omhoog: de gesteenten die nu aan het oppervlak liggen, waren zo’n 2,5 miljoen jaar geleden, aan het begin van het IJstijdvak, nog zo’n 2 km diep begraven. Die stijging moet tot erosie hebben geleid; maar was dat allemaal glaciale erosie, of ontstonden er wellicht eerst V-vormige rivierdalen? Of werden aanvankelijk juist V-vormige dalen in een al bestaande ijskap ingesneden? Die vraag kan nu worden beantwoord door de nieuwe techniek, die als ‘helium-4/helium-3 thermochronometrie’ wordt aangeduid.

Met deze techniek is het mogelijk om in apatiet (een mineraal bestaande uit calciumfosfaat) vast te stellen hoe de temperatuur veranderde waaraan het mineraal in de loop der tijd blootgesteld is geweest. Die temperatuur hangt gewoonlijk vooral samen met de diepte waarop het mineraal zich bevindt. Via gesteenten die nu aan het oppervlak liggen, is zo na te gaan hoe snel de stijging ter plaatse ging. Door de gegevens van verschillende plaatsen te combineren, wordt dan eveneens duidelijk hoe snel en wanneer bepaalde delen van het gebied zijn geërodeerd.


Het onderzoeksgebied: Fjordland National
Park in Nieuw-Zeeland (foto Kurt Cuffey).


Kaart (van David Shuster en Kurt Cuffey)
van het drainagepatroon in Fiordand
National Park 1 miljoen jaar geleden.


Voor het onderzochte gebied in het Fiordland National Park kon zo worden vastgesteld dat de gletsjers aanvankelijk vooral aan hun voorzijde erodeerden. Daaraan kwam echter ongeveer 1,5 miljoen jaar geleden een einde. Toen begonnen de gletsjers zich, gedurende een miljoen jaar, vooral naar achteren uit te breiden, waarbij ze als het ware delen van het gebied steeds verder naar achteren ‘ opvraten’. Daarbij ontstonden de amfitheater-vormige cirques langs de gesteentemassa’s die aan weerszijden werden aangevreten, en die dus steeds scherpere bergkammen begonnen te vormen. Dit eindigde ongeveer 500.000 jaar geleden.

De gegevens die de onderzoekers met de nieuwe methode verkregen, zijn zo gedetailleerd dat het mogelijk bleek om de drainagepatronen in het gebied - en de veranderingen daarin als gevolg van de gecombineerde werking van opheffing en glaciale erosie - te reconstrueren. De onderzoekers konden, voor de periode vanaf 2,5 miljoen jaar geleden, zelfs topografische kaarten ontwikkelen die, voor momenten om de 250.000 jaar, laten zien hoe het drainagepatroon er toen moet hebben uitgezien. Daarmee wordt du zichtbaar gemaakt wat intussen door de glaciale erosie is verdwenen.


Mede-onderzoeker Kurt Cuffey voor
enkele glaciale dalen in Fiordland
National Park (foto Johnny Sanders).

Referenties:
  • Shuster, D.L., Cuffey, K.M., Sanders, J.W. & Balco, G., 2011. Thermochronometry reveals headward propagation of erosion in Alpine landscape. Science 322, p. 84-88.

Illustraties: University of California, Berkeley, CA (Verenigde Staten van Amerika)

1177 Fossiele zeekoeien verhalen van ander Eoceen klimaat
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Zeekoeien staan wetenschappelijk bekend als Sirenia, zo vernoemd naar de zeemeerminnen die volgens de klassieke Grieken scheepvaarders met hun prachtige gezang het hoofd op hol brachten, waardoor ze niet meer opletten en hun schip op de rotsen te pletter voeren. Waarschijnlijk zagen de scheepvaarders, lang van huis en verlangend naar hun vrouw of vriendin, zeekoeien voor zeemeerminnen aan.

De zeekoeien zijn nu nog door slechts vier soorten in twee families vertegenwoordigd, de doejongs met één soort en de lamantijnen met drie soorten. Tot de 18e eeuw leefde er nog een soort (Stellers zeekoe). Het zijn planteneters die in kustwateren, maar ook in estuaria, rivieren en moerassen leven. Uit het geologische verleden zijn echter meer soorten bekend. De zeekoeien ontwikkelden zich meer dan 50 miljoen jaar geleden (Eoceen) als een van de eerste groepen moderne zoogdieren, en ze kwamen vroeger ook wijdverbreid voor.


Een fossiele zeekoe: Halitherium schinzi
(foto Mark Clementz).


De doejong of Indische zeekoe is een
van de weinige soorten recente zeekoeien
(foto Mark Clementz).


Er zijn tal van fossiele resten bekend; vaak gaat het om tanden, omdat die nu eenmaal minder gemakkelijk vergaan dat botten. Het glazuur van Eocene tanden, afkomstig van sterk uiteenlopende breedtegraden, is nu onderzocht en blijkt verrassende gegevens op te leveren over het Eocene klimaat. Dat bleek tijdens een onderzoek dat daar overigens in eerste instantie helemaal niet op was gericht: het ging oorspronkelijk om het dieet en het leefmilieu van deze dieren in het Eoceen, ook om zo hun verbreiding over de aardbol beter te kunnen begrijpen.


De lamantijn (Trichechus),
een in de zee rond Florida voorkomende
zeekoe (foto Elizabeth Murdoch).


Relatie tussen breedtegraad en neerslag
nu (blauw) en in het Eoceen(rood)
(illustratie Mark Clementz).


Gedurende het Eoceen veranderde het klimaat op aarde dramatisch. Dat blijkt uit tal van waarnemingen (zie onder meer Geonieuws 77, 525, 660,839 en 1168). De temperatuur veranderingen in de atmosfeer - en daarmee op termijn ook van het oppervlaktewater van de oceanen - leidt tot veranderingen in de verhouding tussen de zuurstof-isotopen. Dat blijkt onder meer uit de verschillen in de verhouding van de zuurstof-isotopen tussen tropische en polaire wateren. Dat zou zijn weerslag moeten vinden in het tandglazuur van de Eocene zeekoeien, en tot nu toe werd aangenomen dat het klimaat in het Eoceen ongeveer gelijk was aan de huidige (relatief warme) situatie. Dat bleek echter geenszins het geval: de isotopenverhouding was in het Eoceen anders dan verwacht, en het verschil kunnen de onderzoekers alleen verklaren doordat de gebieden op lage geografische breedte (d.w.z. nabij de evenaar) in het Eoceen veel meer neerslag ontvingen dan nu. Die bevinding heeft consequenties voor andere klimaatonderzoeken, omdat de huidige aannames op basis waarvan paleotemperatuur en paleoklimaat worden gereconstrueerd, kennelijk niet zo ‘vast’ zijn als wordt gedacht. Dat zou veel klimaatonderzoek op z’n kop zetten; de onderzoekers schrikken daarvan zelf kennelijk nogal, want ze merken op dat hun gegevens kloppen, maar dat er mogelijk ook nog andere factoren een rol spelen die ze wellicht over het hoofd hebben gezien.


Onderzoeksleider Mark Clementz
(foto University of Wisconsin).

Referenties:
  • Clementz, M.T. & Sewall, J., 2011. Latitudinal gradients in greenhouse seawater ä18O: evidence from Eocene sirenian tooth enamel. Science 332, p. 455-458.

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

1178 Koolwaterstoffen uit de diepte
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Algemeen wordt aangenomen dat de olie en het aardgas die nu worden gewonnen voor meer dan 99% zijn ontstaan uit de restanten van organismen die afstierven en (gewoonlijk op de bodem van de zee) werden bedekt door sedimenten. De koolstof in die koolwaterstoffen moet oorspronkelijk echter een anorganische oorsprong hebben gehad, net zoals het overgrote merendeel van de koolstofverbindingen (vooral CO en CO2) die nu bij vulkaanuitbarstingen uit het inwendige der aarde komen en in de atmosfeer worden uitgestoten.

Dit betekent dat er in het inwendige van de aarde koolstof voorkomt. De vraag die steeds weer opkomt nu olie en gas steeds schaarser dreigen te worden, is dan ook: kan die koolstof daar voorkomen in de vorm van koolwaterstoffen, en - indien dat het geval is - kunnen ze wellicht ook economisch worden gewonnen? Geruime tijd geleden (10 jaar?) werd in de media veel aandacht gegeven aan een boring die in graniet aardgas zou hebben aangetroffen. Naderhand werd daar echter weinig of niets meer van vernomen. Wel bleek uit experimenten (zie Geonieuws 604) dat het fysiek mogelijk was dat koolwaterstoffen zelfs in de aardmantel voorkomen. Dat onderzoek is sindsdien voortgezet, waarbij steeds duidelijker werd dat niet-organische koolwaterstoffen ook onder speciale geologische omstandigheden (bijv. in subductiezones en in rift valleys) kunnen ontstaan.


Simulatie van vloeibaar methaan
in contact met een door water stof
omgeven diamantoppervlak bij hoge
temperatuur en druk.

Uit recent onderzoek blijkt nu ook dat moleculen van methaan (CH4, een belangrijke component van aardgas) zich kunnen verbinden tot langere ketens van koolwaterstoffen (in feite olie). Daarvoor moeten ze worden blootgesteld aan temperaturen en drukken zoals die in de buitenmantel van de aarde voorkomen op dieptes van 60-150 km. Dat dit fysisch en chemisch mogelijk is, wil overigens uiteraard niet zeggen dat dergelijke voorkomens ook werkelijk in de aardmantel bestaan.

De experimenten waarbij de niet-organische koolwaterstofverbindingen uit methaan werden gevormd, werden trouwens niet in de praktijk uitgevoerd: het ging om uiterst ingewikkelde computersimulaties, waarvoor de onderzoekers niet alleen de cluster van grote computers om de universiteit van California in Berkeley gebruikten, maar ook de computers van het Lawrence Livermore National Laboratory. Er was dus nogal wat rekencapaciteit voor nodig!

Al het gereken, waarbij de fundamentele eigenschappen van koolstof en waterstof via uiterst geavanceerde technieken waren ingevoerd als uitgangspunt, gaf aan dat koolwaterstoffen die groter zijn dan methaan uit methaan ontstaan zodra de temperatuur boven de 1500 K (ruim 12000C) komt, indien de druk minimaal 50.000 keer zo hoog is als aan het aardoppervlak. Dergelijke condities doen zich voor op een diepte van ruim 100 km. Opvallend is dat de omzetting sneller plaatsvond indien er direct contact gemaakt kon worden met een metaal- of koolstofoppervlak.

Het lijkt uitgesloten dat boringen ooit tot 100 km diep zullen kunnen reiken. Mochten er op die diepte al reservoirs met koolwaterstoffen voorkomen, dan blijven die dus onbereikbaar. Wel is het denkbaar dat dergelijke koolwaterstoffen een weg omhoog vinden en zo deel gaan uitmaken van ‘klassieke’ olie- of gasvoorkomens. Of dat ook fysiek daadwerkelijk mogelijk is, werd bij deze simulaties niet onderzocht.

Referenties:
  • Spanu, L., Donadio, D., Hohl, D., Schwegler, E. & Gali, G., 2011. Stability of hydrocarbons at deep Earth pressures and temperatures. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 108, 6843-6846.

Figuur: Livermore National Laboratory, Livermore, CA (Verenigde Staten van Amerika).

1179 Dino’s bij nacht
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Ook dinosauriërs blijken een nachtleven te hebben gehad; sommige soorten tenminste. Dat blijkt uit analyse van de schedels van tal van exemplaren waarvan de oogkassen en de oogringen goed zijn gefossiliseerd. Dat verandert het beeld dat tot nu toe bestond, want algemeen werd aangenomen dat gedurende het Mesozoïcum de dino’s (en andere reptielen) overdag actief waren, terwijl de vroege zoogdieren vooral ’s nachts opereerden. Zo zouden beide groepen naast elkaar hebben kunnen bestaan zonder al te veel onderlinge concurrentie.

Activiteit bij nacht is vrijwel altijd het gevolg van de noodzaak om voedsel te vinden, meestal omdat er overdag onvoldoende prooidieren rondlopen of omdat er teveel risico is om zelf als prooi te worden gepakt, soms echter ook omdat er overdag niet genoeg voedsel kan worden gevonden (of gegeten). Een dergelijk nachtleven vereist echter aanpassing van het oog. Dat is bij de uiteenlopende diergroepen op diverse manieren gebeurd; bij dinosauriërs, hagedissen en vroege vogels bestond een van die aanpassingen uit een ringvormig benig voorwerp in het oog, de oogring; bij zoogdieren is die afwezig. In het bijzonder de oogring, maar ook de afmetingen van de oogkas geven informatie over al dan niet nachtelijke activiteit.


De schedel van Protoceratops,
die bij dag en nacht zijn voedsel
bij elkaar scharrelde.


De kleine vleeseter Juravenator starki
blijkt, op basis van zijn ogen, een
nachtelijk jager te zijn geweest.


Twee onderzoekers hebben van deze twee zaken de afmetingen van binnen en van buiten opgemeten bij 33 fossiele dino’s, pterosauriërs en vroege vogels; ze deden dat eveneens bij 144 levende soorten met een oogring (van deze soorten is uiteraard bekend of het dag- of nachtdieren zijn). Zo konden ze de verschillen bij dag- en nachtdieren vaststellen, en op basis daarvan interpreteren of de onderzochte fossielen afkomstig zijn van dieren met een dag- of een nachtelijk leven. De (recente) dieren die overdag actief zijn, blijken namelijk een smalle opening in de oogring te hebben, terwijl die bij nachtdieren duidelijk groter is. Bij dieren die zowel overdag als ‘s nachts actief zijn, ligt de grootte van de opening in de oogring daar tussenin.


Detail van de oogkas en oogring
van Protoceratops.


De schedel van Juravenator
met een duidelijke oogkas.


Dit lijkt dus een erg eenvoudig middel om onderscheid te maken, maar er zijn wel enkele complicaties. Zo evolueerde de grootte van de opening in de oogring met de tijd; met behulp van een daarop toegesneden computerprogramma wisten de onderzoekers die invloed echter in hun analyses te verwerken.

Uit die analyse blijkt dat de grote plantenetende dino’s zowel overdag al ‘s nachts actief moeten zijn geweest, waarschijnlijk omdat ze zoveel voedsel nodig hadden dat ze aan eten overdag (ze moesten waarschijnlijk op het heetst van de dag ook rust nemen) niet genoeg hadden; ook de pandabeer en andere grote plantenetende zoogdieren zoals de olifant hebben het om die reden altijd druk met eten. Daarentegen bleken de kleine vleesetende dino’s zoals Velociraptor typische nachtdieren. Hoe het zat met de grote vleeseters zoals ,i>Tyrannosaurus rex ,/i>konden onderzoekers (nog?) niet vaststellen bij gebrek aan fossiele restanten met voldoende goed bewaard gebleven oogringen. De meeste vliegende dieren zoals vroege vogels en pterosauriërs waren vooral overdag actief, maar enkele soorten pterosauriërs lijken nachtdieren te zijn geweest.


De pterosauriër Scaphognathus crassirostris
blijkt op basis van zijn ogen overdag te
hebben gejaagd.


De vleeseter Velociraptor mongoliensis
was inderdaad, zoals in de film Jurassic Park
werd aangegeven, een nachtelijk jager.


Referenties:
  • Schmitz, L. & Motani, R., 2011. Nocturnality in dinosaurs inferred from sclerical ring and orbit morphology. Science 332, p. 705-708.

Foto’s (Ryosuke Montani en Lars Schmitz): National Science Foundation (Verenigde Staten van Amerika).

1180 De ‘notenkraker mens’ at gras
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

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

Tot de voorouders van de mens behoort Paranthropus boisei, een op twee benen lopende hominide. Hij maakt deel uit van een tak van de stamboom die bestaat uit australopithecen, waartoe ook de 3 miljoen jaar oude Lucy behoort (zie Geonieuws 1154), die nog steeds door sommigen als de ‘moeder’ van de moderne mens wordt gezien (maar zie ook Geonieuws 1038). Ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden splitsten de australopithecen zich op; de ene tak leidde naar het geslacht Homo (waarvan de moderne mens deel uitmaakt), de andere naar het geslacht ,i>Paranthropus (deze tak liep later dood).


Een schedel van Paranthropus boisei.

De eerste schedel van Paranthropus boisei werd in 1959 in Tanzania gevonden door de beroemde Mary en Louis Leakey. De schedel bevatte krachtige kaken en de grootste en sterkste kiezen die van menselijke voorouders bekend zijn, waardoor het idee ontstond dat zijn dieet voor een belangrijk deel bestond uit noten en hard fruit. Paranthropus kreeg daarom als snel de troetelnaam ‘de notenkrakende mens’.

In de afgelopen jaren zijn meer fossiele resten van Paranthropus gevonden die ertoe leidden, op basis van slijtagesporen op tanden en kiezen, dat de gedachte postvatte dat hij vooral zacht fruit en gras at. Dat bleek vooral bij een vondst uit 2006 van een ‘neefje’ van Paranthropus boisei, P. robustus. Die indruk van een meer gevarieerd - en eerder op gras dan noten gestoeld - dieet is nu bevestigd door een onderzoek van het tandglazuur van 22 tanden en kiezen van ‘de notenkraker mens’, P. boisei, die in het midden en het noorden van Kenia zijn gevonden.

Uit dit tandglazuur werden de verhoudingen tussen de diverse koolstof-isotopen gemeten, waaruit naar voren kwam dat deze voorouder vooral C4-planten at (vnl. grassen en riet) en slechts in veel mindere mate C3-planten (bomen, struiken en de bladeren en vruchten daarvan) (zie ook Geonieuws 1173). De onderzoekers schatten dat het dieet gedurende een periode van zo’n 500.000 jaar voor ongeveer 77% uit gras en riet bestond.

De nieuwe bevinding zal waarschijnlijk niet bij iedereen in de smaak vallen: “Eerlijk gezegd hadden we niet verwacht in onze menselijke stamboom een vertegenwoordiger te zullen vinden die het dieet van een koe had” meent Matt Sponheimer, een van de onderzoekers. “We zouden ook zijn uitgelachen als we dit 20 jaar geleden op een wetenschappelijke bijeenkomst naar voren hadden gebracht”.

Met een dieet van gras en riet lijkt het niet al te moeilijk om voldoende voedsel te vinden. Toch stierf ,i>Paranthropus uit. Mogelijk was de concurrentie met de technisch veel vaardiger Homo, die al gebruiksvoorwerpen maakte van steen en van bot, toch te groot.

Referenties:
  • Cerling, T.E., Mbua, E., Kirera, F.M., Manthi, M.K., Grine, F.E., Leakey, M.G., Sponheimer, M. & Uno. K.T., 2011. Diet of Paranthropus boisei in the early Pleistocene of East Africa. Proceedings of the Nationl Academy of Sciences of the United States, doi:10.1073/pnas.1104627108.

Foto (National Museum of Kenya): University of Colorado, Boulder, CO (Verenigde Staten van Amerika.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl