NGV-Geonieuws 188

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


Februari 2012, jaargang 14 nr. 2

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

1253 Wat vooraf ging aan de megauitbarsting
Auteur: Adiel Klompmaker

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

De uitbarsting van de Santorini van 1600 BC in de Egeďsche Zee (Griekenland) leidde de val van de Minoďsche beschaving in. Zulke enorme uitbarstingen komen zeer zelden voor. Daarom weten we nauwelijks wat er gebeurt bij deze vulkanen voor de uitbarsting, en ook niet hoe lang van te voren er voortekenen zullen zijn. Daar is nu verandering in gekomen door nieuw onderzoek.
Hoe weten we dat een vulkaan op springen staat? Voor kleine vulkaanuitbarstingen is dat redelijk goed bekend, maar het tegendeel is waar voor echt grote vulkanen, waarbij tientallen kubieke kilometers materiaal uitgestoten wordt door de vulkaan. Zulke uitbarstingen zijn niet meer voorgekomen sinds de 19e eeuw, dus of er ook voortekenen waren is ons niet bijzonder goed bekend.
De Fransman Tim Druitt (Clermont Universiteit) en collega’s hebben hiervoor wél bewijs gevonden door een studie naar de vernietigende Minoďsche uitbarsting van 1600 BC op het eiland Santorini (ook wel Thera) in de Egeďsche Zee (Griekenland). Het onderzoek werd onlangs gepubliceerd in Nature.


De locatie van de Santorini-vulkaan.

Gevolgen uitbarsting
De uitbarsting is een beroemde omdat dit het begin van het einde was voor de Minoďsche beschaving op Kreta. Maar Kreta is toch veel zuidelijker zou je zeggen? Klopt, maar de uitbarsting veroorzaakte zware bevingen en een tsunami, die de steden aan de noordkust van Kreta verwoestte. Bovendien daalde er een laag puimsteen van de uitbarsting op de steden, zoals Knossos, neer. De beschaving lag grotendeels in puin en kwam er nooit meer echt bovenop.
Tegenwoordig is er weinig meer over van het eilandje, want een groot deel van het eiland werd weggeblazen door de uitbarsting, waarbij zo’n 100 km3 materiaal inclusief lava vrijkwam. Bovendien stortte de vulkaan letterlijk in toen de magmakamer eenmaal leeg was, waardoor een grote komvormige krater (caldera) ontstond. Die ligt nu onder de zeespiegel.


De Santorini vandaag de dag. Afbeelding: © NASA

Puimsteen
Druitt en collega’s verzamelden puimstenen van de fatale uitbarsting. “We willen de processen die plaatsvinden voor de grote explosieve uitbarsting beter begrijpen,” legt Druitt uit. “Wat gebeurt er tijdens deze periode, en op welke tijdsschalen werken deze processen?”
In de puimstenen vonden de wetenschappers kristallen van het mineraal plagioklaas met daarin concentrische lijnen of overgangen. Die stellen het begin van een verandering in de magmakamer voor waarin dit kristal groeide. Dat kan bijvoorbeeld een ander of heter magma zijn dat mengt met het magma dat er al was. Deze overgangen verdwijnen langzaam door de hitte zolang het kristal in het magma in de magmakamer blijft. Zodra de uitbarsting plaatsvindt, stopt de klok van deze diffusiereactie.
Druitt en collega’s bestudeerden de verandering van de concentraties aan magnesium in vier kristallen van plagioklaas en konden zo vaststellen wat er gebeurde in de magmakamer voor de uitbarsting.


Een voorbeeld van plagioklaaskristallen met
de concentrische lijnen die het kristal in
zones verdeelt. Afbeelding: © Ellery Frahm

Lange aanloopperiode
Het blijkt dat al honderd jaar voor de uitbarsting een eerste grote puls met heet magma zich mengde met de al aanwezig magma, gevolgd door nog een puls tien jaar voor de eruptie. In de maanden voor de uitbarsting mengden verschillende magma’s zich nog steeds. De snelheid waarmee magma de magmakamer opvulde in de laatste honderd jaar was meer dan 50 miljoen m3 per jaar, veel meer dan de ‘normale’ snelheid van opvullen van de Santorini van 1 miljoen m3 per jaar.
Elke puls zou aardbevingen hebben veroorzaakt, een bekende aankondiger van een aanstaande uitbarsting bij kleinere vulkanen. Ook zou het land bij de vulkaan omhoog zijn gekomen, mogelijk met tientallen meters, alhoewel Druitt daaraan twijfelt en zelfs een lichte inklinking niet uitsluit. Conclusie: aanwijzingen voor een komende uitbarsting van een enorme vulkaan zijn er al ver voor de uitbarsting. Druitt: “Andere studies laten vergelijkbare resultaten zien.”
De magmakamers van kleinere vulkanen vullen zich echter kort voor de eruptie, laat Druitt weten. Een veel kortere periode van waarschuwing dus. Bij supervulkanen zoals Yellowstone, die meer dan 1000 km3 materiaal uitspuwen bij een superuitbarsting – en daarmee veel groter zijn dan de Santorini uitbarsting – gaat er waarschijnlijk een nog langere periode van versnelde opvulling van de magmakamer aan vooraf. En dus ook een langere periode van voortekenen zoals aardbevingen. Dit maakt het voorspellen van het tijdstip van uitbarsten een stuk moeilijker…

Bronnen:

Referenties:
  • • Blundy & Rust, ‘Greek inflation circa 1600 BC’, Nature 482 (2012) 38-39.
  • • Druitt et al., ‘Decadal to monthly timescales of magma transfer and reservoir growth at a caldera volcano’, Nature 482 (2012) 77-80.

Dit artikel is met toestemming van de redactie overgenomen van de website Kennislink.

1254 Fossielen van de oudste landplanten gevonden in Argentinië
Auteur: Dr. Willem M.L. Schuurman

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

De oudste met het blote oog zichtbare fossielen van landplanten dateren van 425 miljoen jaar terug. Het zijn onooglijk kleine plantjes uit het Midden Siluur( 428-423 miljoen jaar) van Ierland, Cooksonia geheten. Cooksonia-plantjes hadden vorkvormig vertakte stengeltjes met knopjes aan de uiteinden. In die knopjes zaten de sporen en daarom heten ze sporenkapsels ofwel sporangiën. Ongeveer 20 tot 30 miljoen jaar lang waren dit de meest voorkomende planten. Aan het eind van het Vroeg Devoon(398 miljoen jaar)zijn ze uitgestorven.


Cooksonia pertoni, Zuid Wales

Het was echter al langer bekend dat sporen(microfossielen die alleen microscopisch zichtbaar zijn) van levermossen ( Hepaticae) in nog oudere lagen voorkwamen, o.a. in Oman, Saoedi Arabië en Tsjechië. Deze sporen zijn van laat Midden Ordovicium (Darriwilien, ( 468-461 miljoen jaar).


Rio Capillas ontsluiting, Sierra Subandinas, Argentinië


Recente levermossen


Nu echter is er spannend nieuws uit Argentinië. Een team onderzoekers onder leiding van Claudia Rubinstein van de Paleontologie afdeling van de universiteit van Mendoza, Argentinië heeft recentelijk nog oudere sporen van levermossen gevonden in sedimenten van de Rio Capillas ontsluitingen in de Sierra Subandinas, Noordwest Argentinië. Deze ontdekking geeft aan dat de kolonisatie van het land door planten mogelijk al in het vroegste gedeelte van het Midden Ordovicium ( Dapingien, 472-468 miljoen jaar) plaats vond.
De gevonden planten behoren tot de levermossen (Hepaticae), eenvoudige planten die meestal klein zijn en wereldwijd voorkomen. Het aantal recente soorten wordt geschat op 8000-10.000. Als dit inderdaad de oudste landplanten blijken te zijn dan kunnen de levermossen met recht de voorouders van alle landplanten genoemd worden.


Kryptosporen uit Rio Capillas ontsluitingen

Wat is er precies gevonden? In de sedimenten van bovengenoemd gebied werden fossiele sporen aangetroffen die tot tenminste 5 verschillende genera van levermossen gerekend kunnen worden. Sporen van levermossen zijn erg simpel in structuur en worden met de term kryptosporen aangeduid. Volgens het Argentijnse team, bijgestaan door onderzoekers van de universiteit van Luik, België, zijn de gevonden kryptosporen de oudste tot nu toe ontdekte sporen van landplanten. Het feit dat de sporen tot 5 verschillende genera behoren, wijst er volgens de onderzoekers op dat de kolonisatie van het land al eerder heeft plaats gevonden. Hun inschatting is dat de kolonisatie heeft plaats gevonden in het Vroeg Ordovicium (488 – 472 miljoen jaar geleden) of zelfs in the Laat Cambrium( (499 – 488 miljoen jaar geleden).


De vraagt rijst natuurlijk waarom we geen andere resten van deze landplanten aantreffen. De verklaring hiervoor is vrij simpel: enerzijds hebben levermossen weinig of geen resistente onderdelen waardoor de plant als fossiel bewaard zou kunnen blijven, anderzijds zijn sporen juist uitermate geschikt om te fossiliseren omdat ze een dikke, zeer resistente wand hebben die prima fossiliseert.

Deze nieuwste ontdekking van zeer oude landplant fossielen helpt bij het achterhalen waar de wieg van landplanten heeft gestaan. Alles wijst nu in de richting van Gondwana het oude super continent dat o.a. het huidige Antarctica, Zuid Amerika, Afrika, Australië
en India omvatte en pas in het Late Jura uitelkaar begon te vallen.

Referenties:
  • C. Rubinstein et al., 2010. Early Middle Ordovician evidence for land plants in Argentina (eastern Gondwana). New Phytologist, Vol.188 (2):365-369.

1255 Kalkafzetting van koralen neemt af
Auteur: Tim Wijgerde & Martin Zwiers

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !

Wetenschappers vonden eind 2008 dat koraalgroei op het Groot Barričrerif afneemt in een mate die de afgelopen 400 jaar niet is voorgekomen. De opwarming van de aarde en de verzuring van de oceanen zijn
opnieuw aangewezen als mogelijke oorzaken van deze achteruitgang
.

Nieuws van AIMS
AIMS wetenschappers vonden dat de kalkafzetting van de massieve koraalsoort Porites met 14,2% is afgenomen sinds 1990, iets wat de afgelopen 400 jaar niet is voorgekomen.Opwarming van de aarde en
verzuring van de oceanen zijn opnieuw hoofdverdachten achter deze teruggang. AIMS, het Australische Instituut voor Mariene Wetenschappen, is een gerespecteerd onderzoeksinstituut waar topwetenschappers onze oceanen bestuderen. In november 2008 hebben AIMS wetenschappers hun laatste ontdekkingen in hetgerenommeerde wetenschappelijke blad Science gepubliceerd.


Fig.1. 328 monsters van Porites koralen
werden op 69 verschillende locaties op
het Groot Barričrerif genomen (foto: Google Earth).


Fig.2. Variatie in kalkafzetting (in gram per
vierkante centimeter per jaar)
van Porites koralen over een
bepaalde tijd. Kalkafzetting werd
beschouwd als een combinatie van extensie
(centimeters per jaar)en dichtheid
(gram per kubieke centimeter). Deze gegevens
zijn gebaseerd op data over 1900-2005 van alle
kolonies. Kalkafzetting nam af met 14,2%,
van 1,76 g/cm2/jaar tot 1,51 g/cm2/jaar
(aangepast uit De’ath et al, Science, 2008).


De marien biologen bestudeerden een uitgebreide collectie van 328 monsters afkomstig van het Groot Barričrerif(Fig.1). Zij vergeleken verschillende groei-parameters van de koraalmonsters over een lange periode tussen 1572 tot 2005. De biologen bestudeerden de hoeveelheid kalkafzetting opgeslagen in de monsters (zowel dichtheid als lineaire groei), vergelijkbaar met het bestuderen van jaarringen van bomen. Ze stelden vast dat kalkafzetting met 14,2% afnam tussen 1990 en 2005 (fig.2). In 1990 was deze afname slechts 0,3%, maar in 2005 viel de lineaire groei met 1,5% terug in een enkel jaar. Wanneer een lange periode van 1572 tot 2001 werd bekeken, werd een stijging van de kalkafzetting tussen 1700 en 1850 en een afname sinds
1960 gevonden.

Volgens de wetenschappers is de gemeten afname waarschijnlijk te wijten aan de toename van de watertemperatuur en de verzuring van de oceaan. Sinds de 19e eeuw verbrandt de mens fossiele brandstoffen, en dit is enorm toegenomen in de vorige eeuw. Dit heeft geleid tot een sterke stijging van de atmosferische CO2-concentratie, van 280 tot 387 delen per miljoen (36%). Ongeveer 20% van het uitgestoten CO2 is opgenomen door de oceanen, die daarmee het opwarmen van de aarde deels hebben gemaskeerd. Helaas ontstaan bij het oplossen van CO2 in water waterstofdeeltjes,waardoor de pH-waarde daalt. Als de pH van zeewater afneemt, verandert dit een essentieel chemisch evenwicht. Hoe lager de pH, hoe lager de concentratie carbonaationen (CO32-). Dit wordt ook wel de “aragoniet-verzadiging” genoemd, omdat het uitdrukt hoeveel carbonaationen beschikbaar zijn voor het aanmaken van het koraalskelet, wat uit aragoniet bestaat (een vorm van calciumcarbonaat).

Bij een daling van de pH-waarde worden carbonaationen omgezet in bicarbonaationen, wat meer ruime creëert voor nieuwe carbonaationen. Dit is de reden waarom kalkafzetting afneemt, aangezien het steeds moeilijker wordt voor deze koralen om calciumcarbonaat (CaCO,sub>3) te laten neerslaan uit het water. De carbonaationen die het koraal heeft afgezet lossen simpelweg makkelijker opnieuw op. Als de pH naar een te laag niveau zakt, rond een pH-waarde van 7,4 lossen koraalskeletten in een periode van maanden zelfs helemaal op!
De wetenschappers rapporteren ook dat,hoewel kalkafzetting lineair toeneemt met temperatuur, deze scherp daalt als de temperatuur boven de 30C stijgt. Dit komt doordat de symbiotische algen die in het
koraal leven bij deze temperatuur afsterven (Fig.3).

De biologen sloten andere factoren die de groeiafname van Porites koralen konden verklaren uit. Een eerste mogelijke factor was competitie tussen koraalkolonies. De hoeveelheid koraalkolonies per vierkante
meter is echter niet gestegen, maar is op diverse locaties zelfs afgenomen. Andere factoren zouden landerosie en schommelingen in zoutgehalte kunnen zijn. Erosie leidt tot veel stof in het water, ook wel
sedimentatie genoemd, en leidt tot verstikking van koralen. Schommelingen in zoutgehalte zijn verder schadelijk voor koraalweefsel. Deze processen spelen echter vooral een rol op riffen aan de kust. De
wetenschappers toonden aan dat kalkafzetting ook op riffen in de open zee afnam, waardoor bovengenoemde processen konden worden uitgesloten als hoofdoorzaak. Een vierde mogelijkheid zouden ziekten kunnen
zijn, omdat die regelmatig voorkomen bij koralen. De bemonsterde kolonies waren echter alle gezonde exemplaren, en daarmee leek ook dit probleem uitgesloten. De hoeveelheid licht die de koralen ontvingen was tevens een mogelijke verklaring voor groeiafname. Het is algemeen bekend dat licht de groei van veel koralen stimuleert. Koralen verkrijgen tot 100% van de benodigde energie uit zoöxanthellen, die o.a. koolhydraten produceren door de energie van de zon te gebruiken. Dit proces staat bekend als
fotosynthese. Zij stelden echter vast dat het wolkendek en de helderheid van het water niet significant zijn veranderd op het Groot Barričrerif gedurende de lange proefperiode. Tenslotte sloten zij veranderingen
in oceaanstromingen en lange-termijn pH fluctuaties ook uit.


Fig.3. Zonder zoöxanthellen verhongeren koralen
langzaam en staakt hun groei. Ondiepe
koraalriffen worden verlicht door intens
zonlicht, waarvan de symbiotische algen
die in het koraal leven goed gebruik maken.
Wanneer watertemperaturen te hoog oplopen,
sterven de algen en worden ze door de
koralen uitgestoten. Zonder hun plantaardige
partners kunnen koralen niet lang overleven
en moeten zij hun algen snel opnieuw opbouwen
(foto: Hans Leijnse).


Fig.4. Een kleine, harige krab, levend op een spons.
Koraalriffen zijn het leefgebied van duizenden
soorten (on)gewervelde dieren, waarvan velen
nog niet eens zijn geďdentificeerd. Door de
achteruitgang van de koraalriffen worden al
deze soorten bedreigd
(foto: Hans Leijnse).


Het feit dat deze afname in kalkafzetting sterker is dan ooit is waargenomen in de afgelopen 400 jaar benadrukt opnieuw het belang van CO2-reductie. De huidige pH van de oceanen is al 0,1 graad lager vergeleken met 100 jaar geleden, terwijl de aragoniet-verzadiging (de hoeveelheid carbonaationen opgelost in zeewater) met 16% is gedaald. Recente studies hebben aangetoond wat de gevolgen zijn; een
verdubbeling van de atmosferische CO2-concentratie doet de groei van steenkoralen met 9 tot 56% afnemen. Ook is gevonden dat de mate waarin koraallarven zich vastzetten op het rif is afgenomen door de
gedaalde pH-waarde, waardoor de voortplanting van diverse soorten koraal in gevaar komt.

Als de CO2-concentratie blijft stijgen,verdwijnen de koraalriffen uiteindelijk. Als de CO2-concentratie verdriedubbelt naar 1000 PPM, lossen koraalriffen volledig op. Een zeer belangrijke component van het fytoplankton, coccolithophoren, zou ook
uitsterven. Zonder voldoende plankton zou het gehele oceanische ecosysteem kunnen instorten. Deze situatie kan worden bereikt in 2150 als het huidige CO2-emissieniveau doorzet.

Koraalriffen herbergen duizenden (on)gewervelde diersoorten, en behoren dan ook tot de meest soortenrijke ecosystemen op aarde(Fig.4). Miljoenen mensen zijn afhankelijk van de riffen als bron van voedsel en inkomen,
en vele landen hebben economieën die deels op het door koraalriffen gegenereerde ecotoerisme steunen.
Bovendien beschermen de riffen de kustlijnen van 109 landen, een steeds belangrijker wordende functie nu tropische stormen steeds vaker voorkomen. Met de verdwijning van koraalriffen zou onze planeet unieke
ecosystemen verliezen die van groot ecologisch, economisch, sociaal en cultureel belang zijn.

Referenties:
  • 1. Glenn De’ath, Janice M. Lough, Katharina E. Fabricius, Declining Coral
  • Calcification on the Great Barrier Reef, 2008, pp. 116-119(323)
  • 2. Ohde S, Hossain MMM, Effect of CaCO3 (aragonite) saturation state of
  • seawater on calcification of Porites coral, Geochem. J., 2004, pp. 613-621(38)
  • 3. Fine M, Tchernov D, Scleractinian coral species survive and recover from decalcification, Science, 2006,
  • pp. 1811(315)
  • 4. J. M. Lough, D. J. Barnes, J. Exp. Mar. Biol. Ecol. 245, 225 (2000).
  • 5. F. Bessat, D. Buigues, Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 175, 381 (2001).
  • 6. J. Bruno, E. Selig, PloS ONE 2, e711 10.1371/journal. pone.0000711 (2007).
  • 7. M. McCulloch et al., Nature 421, 727 (2003).
  • 8. Falkowski, PG, Dubinsky, Z, Muscatine, L, Porter, JW, Light and bioenergetics of a symbiotic coral. Bioscience, 1984, pp. 705–709(34)
  • 9. Muscatine, L. Porter, JW, Reef corals: mutualistic symbioses adapted to
  • Nutrient-poor environments. Bioscience, 1977, pp. 454– 460(27)
  • 10. Edmunds, PJ, Davies, SP, An energy budget for Porites porites (Scleractinia).
  • Mar. Biol, 1986, pp. 339– 347(92)
  • 11. J. M. Guinotte, V. J. Fabry, Ann. N. Y. Acad. Sci. 1134, 320 (2008).
  • 12. J. C. Orr et al., Nature 437, 681 (2005).
  • 13. R. Albright, B. Mason and C. Langdon, Effect of aragonite saturation state on settlement and post-settlement
  • growth of Porites astreoides larvae, Coral Reefs,
  • pp. 485-490(27)
  • 14. Caldeira K, Wickett ME, anthropogenic carbon and ocean pH, Nature, 2003, pp. 365(425)

Met dank aan de auteur, Tim Zwijgelte, en de eindredacteur Germain Leys van de website http://www.reefsecrets.org/


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl