NGV-Geonieuws 23

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Juni 2002, jaargang 4 nr. 11

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 220 Organische modder levert elektriciteit via geobacteriŽn
  • 221 Aarde verandert van vorm per seizoen
  • 222 IJzerrijk dieptewater maakt oppervlaktewateren in oceanen productief
  • 223 Zoektocht naar vroege hominiden blijft ruzie geven
  • 224 Zoogdieren leerden kleuren onderscheiden bij jacht op eiwitrijke bladeren

    << Vorige uitgave: 22 | Volgende uitgave: 24 >>

220 Organische modder levert elektriciteit via geobacteriŽn
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Er lijkt kortsluiting te zijn ontstaan in de keten van processen die nodig is om elektriciteit met behulp van fossiele brandstoffen op te wekken. Waar normaliter in zee levende organismen afsterven, bezinken, op de - vaak anaeobe - bodem worden ingebed in nieuw gevormd sediment, daarin deels worden omgezet in olie die (en gas dat) na winning gebruikt kan worden als brandstof voor een elektriciteitscentrale, daar lijken bepaalde bacteriŽn in staat om uit de organische modder op de zeebodem direct elektriciteit te produceren. Het gaat weliswaar nog om uiterst geringe hoeveelheden elektriciteit, maar het lijkt niet uitgesloten dat dit proces ooit praktijktoepassingen zal kennen.

Microbiologen van de Universiteit van Massachusetts en van het Naval Research Laboratory in Washington blijken een methode te hebben gevonden waarmee het miljoenen jaren durende proces van olievorming uit organische stoffen in mariene sedimenten kan worden omzeild Ze doen dat door gebruik te maken van een specifieke groep bacteriŽn (de familie van de Geobacteraceae). Deze bacteriŽn, die onder vrijwel zuurstofloze (anoxische) omstandigheden in de zeebodem voorkomen, produceren bij hun stofwisseling - ze voeden zich met organisch materiaal uit de modderige bodem - een overmaat aan elektronen. Door een anode van grafiet te plaatsen in het anoxische leefmilieu van deze bacteriŽn, en die te verbinden met een kathode (eveneens van grafiet) in het hoger voorkomende zuurstofrijke water, kan met deze elektronen een stroompje worden opgewekt.

Voor dit doel werden drie experimenten uitgevoerd in een vistank waarin het natuurlijke milieu was nagebootst. Daarbij werd gemeten hoeveel elektronen die door de geobacteriŽn aan de anode waren afgestaan via de verbindingsdraad naar de kathode werden getransporteerd. Het bleek dat de zo opgewekte stroom in alle gevallen genoeg was om een rekenmachientje te laten werken. Het proces lijkt vrij algemeen toepasbaar, omdat de uitgevoerde experimenten uitwijzen dat bepaalde geobacteriŽn zich uit eigen beweging concentreren op en direct rond de anode. Dat geldt speciaal voor de soort Desulfuromonas acetoxidans, die zich na een aantal weken in zo grote getale rondom de anode had geconcentreerd, dat geen van de andere soorten, die kennelijk waren verdrongen, meer kon worden aangetoond.

Het was al bekend dat sommige soorten geobacteriŽn (ook Geobacter sulfurreducens en G. metallireducens doen dit) elektronen kunnen afgeven. Het is echter voor het eerst dat dit nu gedaan is onder gecontroleerde omstandigheden, waarbij een stroom werd opgewekt die bruikbaar is. Omdat modder met organisch materiaal op de zeebodem in nauwelijks voorstelbare hoeveelheden voorkomt, is hiermee een in praktijk onuitputtelijke bron van energie aangeboord. Of het ooit tot opwekking op industriŽle schaal zal komen, is nu overigens nog niet te voorzien; het zal in ieder geval moeilijk zijn, waarbij een rol speelt dat in de directe omgeving van de plaats waar elektroden in de modder worden gestoken, de organische stof betrekkelijk snel opgebruikt zal zijn, zodat een groot (en mogelijk verplaatsbaar) netwerk van elektroden gebruikt zou moeten worden.

Referenties:
  • Bond, D.R., Holmes, D.E., Tender, L.M. & Lovley, D.R., 2002. Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments. Science 295, p. 483-485.
  • Pennisi, E., 2002. Microbes use mud to make electricity. Science 295, p. 425-426.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'GeobacteriŽn maken elektriciteit uit organische modder' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (2 februari 2002).

221 Aarde verandert van vorm per seizoen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geofysica !

Het was al voorspeld op basis van fysische modellen, maar nu is het via satellietwaarnemingen bevestigd: elk seizoen verandert de aarde van vorm. Dat is vooral een gevolg van de extra hoeveelheid water die - in de vorm van ijs - wordt opgeslagen in de poolgebieden tijdens de winter. Dat betekent dat in onze winter - met als hoogtepunt de maanden februari en maart - relatief veel ijs ligt opgeslagen in de noordelijkste landgebieden (Canada, SiberiŽ), terwijl het dan zomer is op Antarctica, waardoor daar juist relatief veel water afsmelt. Het omgekeerde vindt plaats in onze zomer - met als hoogtepunt de maanden augustus en september - waarin juist op Antarctica de ijskap aangroeit en veel ijs in Canada en SiberiŽ afsmelt.


DEFORMATIE VAN DE AARDE PER 2 MAANDEN (VAN BOVEN NAAR ONDER) LINKS VERTICALE DEFORMATIE (ROOD IS GROTE DEFORMATIE; BLAUW KLEINE) RECHTS HORIZONTALE DEFORMATIE (ROOD IS GROOT; LICHTGEEL IS KLEIN)

Het gaat bij de vervorming van de aarde uiteraard niet om de vorm van het oppervlak van het ijs, maar om die van de aardkorst. Maar hoe meer ijs daarop ligt, hoe zwaarder de belasting, en hoe meer de aardkorst dan ook wordt ingedrukt. Dat proces heeft even tijd nodig (net als de isostatische opheffing van de gebieden die in de ijstijd door landijs waren bedekt), wat verklaart waarom de maximale vervorming niet het grootst is in precies hartje winter en hartje zomer.

De vervorming blijkt niet zo groot: in onze winter wordt de korst bij de noordpool 3,0 mm omlaag gedrukt. Daarbij vindt een massaverplaatsing plaats die leidt tot een 'uitstulping' bij de evenaar van ongeveer 1,5 mm. In onze zomer vindt een zelfde 'indeuking' bij Antarctica plaats, en wordt het gebied bij de evenaar eveneens zoín 1,5 mm uitgestulpt. In de perioden tussen zomer en winter neemt de uitstulping van het gebied bij de evenaar eerst af, en daarna weer toe.

Een vormverandering van hooguit enkele millimeters lijkt niet veel. Er wordt daarbij echter wel een enorme hoeveelheid materie verplaatst. In feite komt dit erop neer dat elk halfjaar materie van het ene halfrond naar het andere halfrond wordt verplaatst. Die verplaatsing bedraagt 10 (Ī 2) x 1015 kg, ofwel tien maal een miljoen maal een miljoen ton. Dat komt ruwweg overeen met een volgeladen trein met een lengte van 25.000 maal de omtrek van de aarde.

De voorspelde vervorming kon door onderzoekers van de Universiteit van Newcastleen van de Universiteit van Nevada (Reno, VS) worden bewezen op basis van waarnemingen die gedurende vijf jaar waren gedaan met behulp van het Global Positioning System (GPS), waarbij 66 stations van de International GPS Service (IGS) waren betrokken. De gedane waarnemingen werden iedere week verwerkt in het IGS Global Network Associate Analysis Center in Newcastle. Daarbij werd onder meer gecorrigeerd voor veranderingen die een gevolg zijn van de continentverschuiving.

Referenties:
  • Blewitt, G., Lavallťe, D., Clarke, P. & Nurutdinov, K., 2001. A new global mode of earth deformation: seasonal cycle detected. Science 294, p. 2342-2345.

Afbeelding beschikbaar gesteld door G. Blewitt, alsmede toestemming van Science

222 IJzerrijk dieptewater maakt oppervlaktewateren in oceanen productief
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Op veel plaatsen zijn de oppervlaktewateren van een oceaan rijk aan voedsel; dat komt voor een belangrijk deel doordat er veel ijzer - dat een essentieel bestanddeel voor organismen is - in het oppervlaktewater voorkomt. Dat ijzer komt niet - zoals tot nu toe aangenomen - via stofdeeltjes uit de atmosfeer in zee terecht, maar via opwelling van ijzerrijk dieptewater. Dat geldt in ieder geval voor de Zuidelijke IJszee (rondom Antarctica). Deze bevinding werd op de decemberbijeenkomst van de American Geophysical Union naar voren gebracht door Jennifer Latimer en Gabriel Filippelli, beiden verbonden aan de universiteit van Indiana.

IJzer is een element waaraan in oceanische oppervlaktewateren vaak een zodanig tekort bestaat dat de mariene fauna zich er onvoldoende kan ontwikkelen. Er zijn zelfs grote gebieden in de oceanen waar door dit gebrek aan ijzer zelfs bijna geheel geen leven voorkomt. Voor de visserij zijn zulke gebieden uiteraard niet interessant. Er zijn ook wel voorstellen gedaan om dergelijke gebieden met oplosbare ijzerverbindingen te verrijken.

Het nu uitgevoerde onderzoek wees uit dat verhoogde bioproductiviteit in delen van de Zuidelijke IJszee gedurende intervallen tussen fasen van verre uitbreiding van het ijs samenviel met toenames in de concentratie van biologisch beschikbaar ijzer, en met de influx van materiaal vanuit de omringende continenten. Deze verhoogde influx hangt waarschijnlijk samen met de sneller verwering die daar plaatsvindt in relatief warme perioden, en met de aanvoer van materiaal dat afkomstig is van het plat rondom die continenten (dat valt droog tijdens glaciaties doordat veel zeewater in landijskappen wordt vastgelegd).

Het aangevoerde materiaal wordt door zeestromen en waterturbulentie goed verspreid, en een groot deel ervan komt met het bij Antarctica omlaag zakkende (want koude en dus relatief zware) water diep in de oceanen terecht. Wanneer er een nieuw koude periode optreedt, wordt het stromingspatroon in de oceanen volgens de onderzoekers intenser, wat ertoe leidt dat plaatselijk opwellingen ontstaan. Daarmee worden de eerder weggezakte ijzerhoudende componenten weer naar het oppervlak gebracht. Dat zou een veel belangrijker bron van ijzer zijn dat de ijzerhuidjes die om stofdeeltjes heen zitten en door de wind de zee in geblazen kunnen worden.

De onderzoekers kwamen tot hun conclusie op basis van geochemisch onderzoek van boorkernen afkomstig uit de zuidelijkste delen van de Atlantische en de Indische Oceaan. Ze gingen na wat de mogelijke herkomstgebieden op land waren van de aangetroffen stoffen, ze gingen na in hoeverre die stoffen door organismen (vnl. fytoplankton) konden worden opgenomen, en wat daarvan de biologische gevolgen waren.

Het onderzoek wordt voortgezet, onder meer om een inzicht te krijgen in de ijzerkringloop gedurende de afgelopen paar miljoen jaar. Dat is wetenschappelijk van groot belang, omdat een toename van het fytoplankton betekent dat er meer fotosynthese plaatsvindt, waardoor de hoeveelheid koolzuurgas in de atmosfeer afneemt. Dit kan weer leiden tot een 'negatief broeikaseffect' (positieve feedback). Een beginnende ijstijd zou zo een proces op gang brengen waardoor een verdere daling van de temperatuur waarschijnlijk is.

Referenties:
  • Latimer, J.C. & Filippelli, G.M., 2001. Terrigenous input and paleoproductivity in the Southern Ocean. Paleoceanography 16, p. 625-641.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'IJzer uit oceaan komt uit dieptewater, niet uit atmosfeer' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (2 februari 2002).

223 Zoektocht naar vroege hominiden blijft ruzie geven
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Als er ergens in de wetenschappelijke wereld het eigenbelang boven het wetenschappelijk belang wordt gesteld, dan is het wel bij het onderzoek naar de afstamming van de mens. Voor dat onderwerp bestaat zoveel interesse dat er aanzienlijke fondsen voor bestaan. Het aantal gebieden waar interessante vondsten worden gedaan, is echter beperkt, en de desbetreffende autoriteiten pakken bovendien graag een graantje uit de vaak goed gevulde ruif van de onderzoekers mee, bijv. in de vorm van de prijs voor toestemming om in een bepaald gebied onderzoek te mogen doen. Vaak wordt een zelfde gebied aan een aantal onderzoeksgroepen 'verkocht'; in Eritrea is het zelfs wettelijk verboden om exclusieve rechten voor het onderzoek in een bepaald gebied af te geven.


ALID IS EEN VULKANISCH GEBIED IN DE DANAKIL-DEPRESSIE VAN ERITREA

Dat laatste heeft nu opnieuw tot een hoop geruzie aanleiding gegeven. De ruzie betreft het onderzoek naar vroege hominiden in de Danakil-depressie, waar een team uit Florence sinds 1995 onderzoek heeft uitgevoerd, en daarbij onder meer de schedel van een hominide van een miljoen jaar oud heeft blootgelegd. Toen dit team, onder leiding van Lorenzo Rook, in januari weer aan de slag wilde gaan, kreeg het te horen dat de toestemming door de autoriteiten was opgeschort. Rook zegt hierover dat de autoriteiten ontstemd waren door problemen die in oktober 2001 waren ontstaan toen een Amerikaans team, onder leiding van Randall Susman, in hetzelfde gebied opgravingen had gedaan; tot zijn ergernis bovendien op een locatie waar zijn team al aan de slag was geweest. Dat laatste aspect heeft ook ergernis gewekt bij de Leakey Foundation die het werk van Susman had gesubsidieerd, en die daaraan de uitdrukkelijke voorwaarde had gekoppeld dat de onderzoeksterreinen van Rook en Susman elkaar niet mochten overlappen.

Ook Susman kan overigens niet verder werken, want de Eritrese autoriteiten hebben ook zijn vergunning opgeschort, omdat hij in zijn team een niet door Eritrea geaccepteerde Zuid-Afrikaanse geoloog had opgenomen. Susman spreekt in dit verband over een administratieve fout. Ten aanzien van het werken op Rooks terrein, verdedigt hij zich door te spreken over onvoldoend nauwkeurige kaarten, gebrek aan wetenschappelijk hulp van de zijde van Eritrea, en onduidelijkheid ten aanzien van de voorschriften. Volgens hem heeft hij al het mogelijke gedaan om overlapping van de gebieden e vorkomen, maar bleek dat uiteindelijk in e praktijk onmogelijk. Zijn goede wil zou blijken uit het feit dat alle vondsten ter beschikking zijn gesteld van het Nationale Museum van Eritrea. Hij ontkent een beschuldiging door Tewelde Medin Teckle, een Eritrees geoloog die met het team van Rook samenwerkte, dat hij fossielen en artefacten van de vindplaats heeft verwijderd zonder de autoriteiten daarvan in kennis te stellen.

De geschiedenis zal ongetwijfeld worden vervolgd.

Referenties:
  • Dalton, R., 2002. Survey overlap impedes fossil huntersí study. Nature 415, p. 463.

Afbeelding uit: http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/volc_images/africa/alid.html; gemaakt door en geplaatst met toestemming van J.B. Lowenstern, U.S. Geological Survey

224 Zoogdieren leerden kleuren onderscheiden bij jacht op eiwitrijke bladeren
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

De belangrijkste oorzaak waarom zoogdieren het vermogen ontwikkelden om kleuren te onderscheiden, was volgens de gangbare inzichten het kleurverschil tussen rijp en onrijp fruit. Die visie moet echter worden herzien: het was het kleurverschil tussen jonge en oude bladeren dat daartoe aanleiding gaf. Dat is althans de mening van Peter Lucas Universiteit van Hongkong en zijn medeonderzoekers, die zij uiteenzetten op een bijeenkomst van paleontologen en microbiologen in Chicago.

De onderzoekers kwamen via een bijzondere wijze van redeneren, in combinatie met bekende gegevens, tot hun conclusie kwamen. Bekend was reeds dat de voorloper van de huidige apen in de Oude Wereld omstreeks 35 miljoen jaar geleden het vermogen tot onderscheid tot het onderscheid van een heel scala aan kleuren ontwikkelden (daarvoor was het kleurenonderscheid vergelijkbaar met dat van rood/groen-kleurenblinden). De apen in Noord- en Zuid-Amerika deden daaraan niet mee, omdat die continenten toen reeds door de inmiddels gevormde Atlantische Oceaan uiteen waren gedreven.


BRULAAP

Gerald Jacobs (van de Universiteit van California) had al in 1996 ontdekt dat de brulapen in de Nieuwe Wereld (het geslacht Alouatta) ook kleuren kunnen onderscheiden. Dat vermogen moet zich dus los van de apen in de Oude Wereld hebben ontwikkeld. In tegenstelling tot bijna alle andere apen, voeden de individuen van dit geslacht zich niet voornamelijk met vruchten, maar met jonge, eiwitrijke bladeren. Deze jonge bladeren hebben een roodachtige kleur, in tegenstelling tot de oudere bladeren, die groen zijn (opmerkelijk maar niet van wezenlijk belang is in dit kader dat de kleurontwikkeling van deze bladeren dus juist omgekeerd is van die van bijna alle vruchten). Het kan dus niet het onderscheid in kleur van rijp en onrijp fruit zijn dat het vermogen tot kleurenonderscheid heeft bevorderd bij deze apen. Andere apen eten weliswaar voornamelijk vruchten, maar bladeren staan op hun menu op de tweede plaats. Dat betekent dat bladeren ook voor de apen in de Nieuwe Wereld aanleiding kunnen zijn geweest om het kleurenonderscheidingsvermogen verder te ontwikkelen. Die evolutionaire ontwikkeling is niet gecompliceerd: er is slechts een verdubbeling voor nodig van een gen om het aantal kleuren te vergroten dat de 'kegeltjes' in het oog kunnen onderscheiden.

De nieuwe theorie werd op de bijeenkomst met gemengde gevoelens ontvangen. Sommige aanwezigen beseften dat er op deze wijze een goede verklaring is gevonden voor het vermogen van de brulapen om allerlei kleuren te onderscheiden. Bij de 'fruit-hypothese' is dat niet verklaarbaar. Er waren echter ook aanwezigen die de hypothese afwezen, zonder echter duidelijk te kunnen maken waarom.

Referenties:
  • Moffat, A.S., 2002. Seeing red. In: A.S. Moffat: New fossils and a glimpse of evolution. Science 295, p. 615.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Kleurenzien bij dieren ontstond door jacht op eiwitrijk blad' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (24 februari 2002).

Afbeelding met toestemming Apenheul


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl