NGV-Geonieuws 20

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Mei 2002, jaargang 4 nr. 8

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 205 Zwaarste stofstorm sinds mensenheugenis
  • 206 Plug in kraterpijp veroorzaakte catastrofe die MinoÔsche beschaving deed verdwijnen
  • 207 Het 'regende' 480 miljoen jaar geleden meteorieten
  • 208 Model voorspelt explosieve vulkanische erupties correct
  • 209 Warmteproductie door radioactieve gesteenten op grens Alpen/Apennijnen in kaart gebracht

    << Vorige uitgave: 19 | Volgende uitgave: 21 >>

205 Zwaarste stofstorm sinds mensenheugenis
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

Stofstormen in woestijnen komen veelvuldig voor. Rood stof uit de Sahara bereikt ook ons land regelmatig. Maar soms treden er exceptioneel zware stormen op. Dat gebeurde bijvoorbeeld in april 2001 toen een storm begon in de Gobi-woestijn. Dat is niet uitzonderlijk voor de tijd van het jaar, want elke lente wordt de woestijn bereikt door hevige winden die vanaf het Siberisch Plateau komen, stof opnemen in de woestijnen van MongoliŽ en China, en vervolgens hun weg over de Stille Oceaan nemen om veelal in Amerika nog stof-overlast te veroorzaken. De stofstorm van april was zeker de grootste van de laatste twintig jaar. Volgens atmosferisch chemicus Joseph Prospero (Universiteit van Florida) was het zelfs de zwaarste stofstorm sinds mensenheugenis. Vanuit de Gobi-woestijn verspreidde de storm zich snel over China, Korea en Japan, en binnen een week bereikte een staartje van de storm het noordelijk deel van de Amerikaanse westkust. Daar vond toevallig net een onderzoek naar atmosferische stofdeeltjes plaats in het kader van het Aerosol Characterization Experiment-Asia. Vooral stofdeeltjes uit China en MongoliŽ werden in dat kader onderzocht. Door dit toeval zijn, met behulp van de voor het experiment te land, ter zee en in de lucht ingezette meetapparatuur, de meest gedetailleerde gegevens ooit over een stofstorm ter beschikking gekomen.


STOFSTORM

De voorlopige resultaten van dit onderzoek zijn medio december 2002 bekend gemaakt op een bijeenkomst van de American Geophysical Union in San Francisco. Een van de meest opmerkelijke bevindingen was dat het stof zeer zwaar chemisch verontreinigd was als gevolg van industriŽle lozingen in AziŽ (waarschijnlijk China). Zo waren er veel stofdeeltjes met een huidje van zwavelzuur, en nog fijnere - in de atmosfeer zwevende - deeltjes (aerosolen) met kwik (uit verwarmingsapparatuur) en arsenicum (uit smelterijen). Het stof was ook verontreinigd met materiaal dat was opgewaaid uit een drooggevallen meer uit de buurt van Peking (Beijing).

Het voorkomen van stofstormen met zware chemische verontreiniging is overigens geen onbekend verschijnsel. Thomas Cahill, een atmosferisch chemicus van de Universiteit van California, herinnert in dit verband aan een stofstorm die, ook in 2001, uit Mantsjoerije kwam. Die bevatte zoveel arsenicum dat er in de Amerikaanse staat Nevada, waar een deel van dat stof terecht kwam, nog nooit zoín hoge concentratie van dat giftige element in de atmosfeer was gemeten.

Referenties:
  • Holden, C. (ed.), 2001. The perfect dust storm. Science 294, p. 2469.

206 Plug in kraterpijp veroorzaakte catastrofe die MinoÔsche beschaving deed verdwijnen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De uitbarsting van de Santorini (het overblijfsel vormt het huidige Griekse eiland Thera) vond met zoveel geweld plaats dat de vulkaan als het ware ontplofte. Daarbij ontstond een vloedgolf die een einde maakte aan de MinoÔsche beschaving op Kreta. Juist vanwege deze belangrijke culturele consequentie (ook de Bijbelse 'zeven plagen van Egypte' worden met deze uitbarsting in verband gebracht) heeft deze eruptie tot veel geologisch onderzoek geleid. Aan de hand van een gedetailleerd onderzoek van de gevormde aslagen is het verloop van de eruptie nu duidelijk geworden.

Het uitgevoerde onderzoek richtte zich vooral op de ontwikkelingen in de tijd wat betreft de maximale grootte van de asdeeltjes, de korrelgrootteverdeling van de as, de samenstellende bestanddelen, het type gesteente dat de asdeeltjes vormen, de morfologische kenmerken van de puimsteendeeltjes in de aspakketten, en de concentratie van uitgekristalliseerde mineralen in de puimsteen. Deze parameters worden verondersteld een weerspiegeling te vormen van de veranderingen die er met de tijd plaatsvonden in het eruptieproces, waarbij te denken valt aan de hoogte van de aspluim, en de wijze en de efficiŽntie van het proces waarbij het stroperig-vloeibare magma (deels) werd omgevormd in vaste fragmenten (asdeeltjes, puimsteenfragmenten, vulkanische bommen) die samen met de ontsnappende gassen de atmosfeer in konden worden geblazen. Andere gereconstrueerde processen betreffen de stabiliteit van de kraterpijp, en de magmastroom omhoog door die kraterpijp.

Volgens het onderzoek ontwikkelde de eruptie zich als volgt. Aanvankelijk kwamen vooral gassen vrij, waarbij ook asdeeltjes werden weggeblazen. Hierbij bereikte de hoeveelheid uitgestoten materiaal, evenals de hoogte van de aspluim, al kort na het begin van de uitbarsting een maximum. Hierna werd de uitstoot van gas en as geleidelijk steeds minder. De afnemende toevoer van materiaal uit de onder de vulkaan gelegen magmakamer verminderde de druk in de kraterpijp, waardoor de wanden hiervan begonnen in te storten. Dit leidde tot spanningsvelden in de - geringe - magmastroom, wat bijdroeg aan de fragmentatie van het in de kraterpijp opstijgende en afkoelende magma, waardoor de gevormde hoeveelheid asdeeltjes toenam. Verder instorten van de wanden zorgde op den duur voor een volledige afsluiting van de kraterpijp, of op zín minst voor een zodanige verstopping dat er nauwelijks meer materiaal doorheen kon opstijgen. De gevormde as stond daardoor niet meer onder hoge druk, en kon geen hoog opstijgende pluim meer vormen; in plaats daarvan stroomde de as met vloeibare componenten langs de vulkaanhelling omlaag.

Vervolgens leidde drukopbouw in de verstopte kraterpijp tot het wegblazen van de 'prop' en konden zich opnieuw aslagen met puimsteenbrokken rondom de vulkaan afzetten. Pas bij een latere herhaling van deze relatief gematigde ontwikkeling, waarbij niet as en gas de hoofdrol speelden maar vloeibaar magma, leidde het wegschieten van de 'plug' ertoe dat de vulkaan zichzelf grotendeels opblies, wat de enorme vloedgolf ten gevolge had die Kreta tot ver landinwaarts overspoelde en zo een einde maakte aan de MinoÔsche beschaving.

Referenties:
  • Taddeucci, J. & Wohletz, K.H., 2001. Temporal evolution of the Minoan eruption (Santorini, Greece), as recorded by its Plinian fall deposit and interlayered ash flow beds. Journal of Volcanology and Geothermal Research 19, p. 299-317

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Verstopte kraterpijp droeg bij aan uitbarsting op Thera' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (3 november 2001).

207 Het 'regende' 480 miljoen jaar geleden meteorieten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De aarde moet zoín 480 miljoen jaar een geweldige 'regen' van meteorieten hebben meegemaakt. Dat blijkt uit onderzoek waarover door Mario Birger Schmitz (een geochemicus van de Universiteit van GŲteborg) en Mario Tassinari (van het Všner Museum in LidkŲping) werd in september bericht op de jaarlijkse bijeenkomst van de International Meteorological Society in Rome. Het bombardement met brokstukken waarvan sommige gevonden exemplaren enkele decimeters groot zijn maar die waarschijnlijk ook kilometersgrote brokstukken omvatten, moet het gevolg zijn geweest van een botsing tussen twee hemellichamen van aanzienlijke afmetingen in de asteroÔdengordel.


METEORIET

Er zijn niet erg veel gesteentepakketten bewaard gebleven uit het Ordovicium, de periode waarin de meteorietenregen plaatsvond, en de wel bewaard gebleven pakketten zijn vaak slecht bruikbaar. In Zuid-Zweden, bij Kinnekulle, wordt echter een groeve geŽxploiteerd van kalkstenen uit deze periode; deze kalkstenen, die in een ondiepe zee werden afgezet, zijn wel voor diverse doeleinden bruikbaar. Door de voortgaande exploitatie van de groeve worden er voortdurend nieuwe vlakken van het gesteente ontsloten. Daarbij zijn in de afgelopen tien jaar talrijke meteorieten zichtbaar geworden, waarvan er zoín veertig voor geochemisch en mineralogisch onderzoek ter hand zijn gesteld aan Birger Schmitz.

Alle meteorieten zijn afkomstig van twaalf niveaus in het kalkpakket; dit gedeelte van het kalkpakket werd volgens een schatting van Schmitz, op basis van de evolutie van de trilobieten in de kalksteen, gevormd in ca. tweemiljoen jaar. Uit deze spreiding in de tijd kan eenvoudig worden geconcludeerd dat de gevonden meteorieten niet afkomstig kunnen zijn van een groot hemellichaam dat bij het binnendringen van de dampkring uit elkaar spatte. Aan de andere kant duidt het veelvuldige voorkomen van relatief grote meteorieten in de Zweedse kalksteen erop dat er een bijzondere situatie heeft bestaan: de frequentie van de brokstukken is namelijk zoín 25-100 maal zo hoog als de frequentie waarmee dat nu (en over verder bijna de gehele bekende aardgeschiedenis) gebeurde.

Met onder meer hun lage ijzergehalte blijken de 'Zweedse' meteorieten te vallen in een klasse meteorieten waartoe ook veel chondrieten behoren die gekenmerkt worden door mineralen die wijzen op blootstelling aan en enorme schokgolf, die gelijktijdig moet zijn opgetreden met de Ordovicische meteorietenregen. Dat kan volgens Schmitz worden verklaard door een botsing tussen twee hemellichamen, waarvan er ťťn uiteenviel in talloze brokstukken die vrijwel alle in een zelfde baan terechtkwamen, maar waarvan veel klein 'gruis' in een baan kwam die door de aarde werd gekruist. De Zweedse meteorieten zouden tot deze laatste groep behoren. Doordat de aarde alleen met dit 'gruis' te maken kreeg en er geen botsing met een kilometersgroot brokstuk plaatsvond, werd het leven er - voor zover nu bekend - niet door beÔnvloed.

Referenties:
  • Kerr, R.A., 2001. Ancient sky rocks and an unblemished Eros. Science 294, p. 39.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Meteorietenregen trof aarde bijna half miljard jaar geleden' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (3 november 2001).

Afbeelding uit: http://library.thinkquest.org/29183/NL/zonnestelsel/meteorieten/

208 Model voorspelt explosieve vulkanische erupties correct
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Explosieve erupties kunnen alleen ontstaan bij snelle aanvoer van veel magma dat ook nog aan diverse voorwaarden moet voldoen. Om een snelle aanvoer te garanderen, moet de magmahaard ondiep zijn. Om een explosieve eruptie te krijgen moet het magma met water verzadigd zijn; verder moet de snelheid van de aanvoer van magma tijdelijk toenemen.

Het voorspellen van uitbarstingen is in de afgelopen tientallen jaren steeds beter gelukt, maar de aard van de uitbarsting kan veel moeilijker vooraf worden vastgesteld. Twee onderzoekers van de Universitŗ 'Roma Tre' hebben twee betrekkelijk eenvoudige fysische modellen ontwikkeld waarmee dat echter wel goed lijkt te lukken. De modellen zijn gebaseerd op de drukontlasting (decompressie) van het waterverzadigde magma en op de groei - onder niet-evenwichtsomstandigheden - van de gasbellen die het magma uit de magmahaard opstuwen. De achterliggende overweging is dat er een einde komt aan de uitbarsting wanneer de drukontlasting in de magmahaard zo ver is voortgeschreden dat die instort, en dat de oorspronkelijke condities opnieuw gaan heersen.

Het eerste model gaat uit van decompressie in ťťn stap; in het tweede model gebeurt dat in een aantal stappen. In beide gevallen wordt de duur van de eruptie hoofdzakelijk bepaald door de hoeveelheid gasbellen, en door de drukontlasting die ze aanvankelijk in de magmahaard bewerkstelligen. Bij een drukontlasting van 0,1-1 MPa duurt de eruptie een aantal uren tot een aantal dagen. De hoeveelheid uitgestoten materiaal en de intensiteit van de eruptie hangen vooral af van de afmetingen van de magmahaard, de sterkte van het gesteente daaromheen, en de eigenschappen van het magma.

De onderzoekers simuleerden de uitbarstingen van Mount St. Helens (1980) en de klassieke uitbarsting van de Vesuvius in 79 n.Chr. In beide gevallen leidde toepassing van de modellen tot een correcte 'voorspelling' van de duur van de eruptie, en werd ook de opeenvolging van de verschillende fasen van de uitbarstingen goed aangegeven.

Referenties:
  • Scandone, R. & Giacomelli, L., 2001. The slow boiling of magma chambers and the dynamics of explosive eruptions. Journal of Volcanology and Geothermal Research 110, p. 121-136.

209 Warmteproductie door radioactieve gesteenten op grens Alpen/Apennijnen in kaart gebracht
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

Vulkanisme, gebergtevorming en continentverschuiving zijn enkele van de geologische verschijnselen waarvan de energie afkomstig is van het natuurlijk verval van radioactieve stoffen in het inwendige der aarde. Ook nabij het aardoppervlak kunnen radioactieve mineralen (en dus ook radioactieve gesteenten) een goed meetbare warmtestroom veroorzaken. Italiaanse onderzoekers hebben dat onderzocht voor gesteenten in Noord-ItaliŽ, op de grens van de Alpen en de Apennijnen.

De onderzoekers, verbonden aan de Universiteit van Genua, onderzochten diverse gesteenten die ter plaatse aan het aardoppervlak voorkomen met behulp van een gamma-spectrometer. Ze vonden dat de warmteproductie van afzettingsgesteenten variŽren van 1,05 microwatt per kubieke meter (voor bepaalde kalkstenen) tot 2,52 microwatt per kubieke meter (voor bepaalde schalies). In ofiolieten (gesteenten die kunnen worden beschouwd als omgezette stollingsgesteenten die werden gevormd door vulkanisme op mid-oceanische ruggen) is de warmteproductie veel geringer: van 0,04 tot 0,24 microwatt per kubieke meter. De grootste warmteproductie blijkt afkomstig van orthogneis, een metamorf gesteente, met waarden tot 2,92 microwatt per kubieke meter.

De elementen die verantwoordelijk zijn voor de warmteproductie variŽren uiteraard per type gesteente. In de orthogneis is radioactief kalium verantwoordelijk voor 17% van de warmteproductie, in de al dan niet gemetamorfoseerde afzettingsgesteenten is de bijdrage van radioactief thorium 43% (behalve in dolomiet, waar uranium voor 97% van de warmteproductie zorgt).

Uranium en thorium (een element dat als 'broedstof' voor splijtstof dient in kweekreactoren) blijken dus een belangrijke rol te spelen, naast kalium (dat een belangrijk bestanddeel is van klei; daarom levert een kleiige omgeving een veel grotere achtergrondstraling op dan een zandige omgeving). De verhouding tussen deze drie elementen blijkt in de diverse gesteenten opvallend constant: behalve in kalksteen en bijna alle dolomieten en ofiolieten (waar de verhouding lager is) is de verhouding Th/U ongeveer 3:4. De verhouding K/Th varieert in bijna alle gesteenten tussen 2000:1 en 4000:1.

Op basis van deze gegevens hebben de onderzoekers een eindige-elementen-analyse uitgevoerd om de warmtestroom en de ruimtelijke verdeling van de door verval van radioactieve mineralen geproduceerde warmte vast te stellen. Het blijkt dat verschillen in structuur en samenstelling van het buitenste gedeelte van de aardkorst daarbij weinig invloed uitoefenen. Dat leidt tot een betrekkelijk constante warmtestroom, die dankzij de lage radioactiviteit van de ofiolieten ongeveer 10 milliwatt per vierkante meter lager is dan het geval zou zijn geweest wanneer het gebied uitsluitend uit afzettingsgesteenten had bestaan.

Referenties:
  • Pasquale, V., Verdoya, M. & Chiozzi, P., 2001. Radioactive heat generation and its thermal effects in the Alps-Apennines boundary zone. Tectonophysics 331, p. 269-283


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl