NGV-Geonieuws 35

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 December 2002, jaargang 4 nr. 23

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

280 Diepgaande plannen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Een van de gebieden waar de ene aardschol onder de andere wegschuift, is de Izu-Bonin-Mariana-Zone. Dat gebeurt daar al heel lang: zo’n 43 miljoen jaar. Deze oude subductiezone, die topografisch onder meer tot uitdrukking komt in de ruim 10 km diepe Marianentrog, is zo’n 2800 km lang en bevindt zich oostelijk en ten zuiden van Japan. Hoewel in grote lijnen eenvoudig, bevat de zone tal van ingewikkelde details die nog niet goed begrepen zijn. Het ontrafelen daarvan zou volgens sommige onderzoekers niet alleen van regionaal belang zijn, maar zelfs kunnen bijdragen aan een beter begrip ten aanzien van de vorming van de eerste continenten. Volgens hen zijn de eerste continenten namelijk gevormd onder vergelijkbare omstandigheden als er nu in deze subductiezone heersen.

Onderzoek daarnaar is echter niet alleen wetenschappelijk ingewikkeld, maar ook kostbaar. Toch zijn er al behoorlijk wat detailstudies uitgevoerd, vooral door Japanse onderzoekers. Maar ook de Amerikaanse National Science Foundation heeft in de laatste jaren enkele miljoenen dollars in zulk onderzoek geïnvesteerd. Dat heeft een groot aantal gegevens opgeleverd, maar die betreffen min of meer op zichzelf staande aspecten, zodat er tot nu toe geen duidelijk totaalbeeld is verkregen.

Zowel betrokken Amerikaanse als Japanse onderzoekers willen het daarom nu systematischer - en bovendien grootschaliger - aanpakken. Daarbij speelt een rol dat de aardkorst in deze zone op bepaalde plaatsen zeer dun is, aanzienlijk dunner zelfs dan oceanische korst gewoonlijk is. Daardoor is het mogelijk om relatief goede seismische 'beelden' van de aardmantel te krijgen: die worden in slechts geringe mate verstoord door de 'ruis' ten gevolge van weerkaatsingen van de opgewekte schokgolven in de aardkorst. Maar men wil ook verder gaan: op een bijeenkomst die in september op Hawaii werd gehouden, werden plannen voor zulk onderzoek in de komende tien jaar gepresenteerd. Die behelzen onder meer het werken vanaf een schip, de Chikyu; dit schip moet volgens planning in 2006 in de vaart komen, en biedt faciliteiten om diep in de zeebodem te boren, zoals dat ook bij eerdere projecten van het Joint Oceanographic Institute for Deepsea Drilling (JOIDES) programma gebeurde. Nu wil men met de boorapparatuur aan boord van dit schip echter een spectaculair resultaat boeken. De Chikyu biedt namelijk de mogelijkheid om 7 km diep te boren. Daarmee moet men in de subductiezone op bepaalde plaatsen door de grens tussen aardkorst en aardmantel (de Mohorovicic-discontinuïteit, kortweg Moho) kunnen boren. Omdat er ook faciliteiten zijn om boorkernen op te halen, zou dit project voor het eerst de mogelijkheid bieden om monsters te nemen waarvan onomstotelijk vaststaat dat ze uit de aardmantel afkomstig zijn.

Overigens zijn er ook al door andere groepen onderzoekers 'claims' op het schip gelegd. De tijd zal eerlijk moeten worden verdeeld, wat waarschijnlijk inhoudt dat trips niet langer dan een jaar mogen duren. Als binnen zo’n korte tijd door de Moho geboord moet worden, zal nog heel wat voorbereidend werk moeten worden verzet.

Referenties:
  • Cyranoski, D., 2002. Ocean geologists hatch plan to probe ancient zone. Nature 419, p. 328.

281 Vroege inslag met grote gevolgen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Zowel in Zuid-Afrika (in de Barberton greenstone gordel) als in West-Australië (het oostelijke Pilbara-blok) komen overeenkomstige merkwaardige afzettingen voor. Het desbetreffende pakket, dat 3,5-3,2 miljard jaar oud is, is in een ondiepe zee afgezet, waarin ook veel vulkanische as werd afgezet. Dat is allemaal uiteraard niet zo bijzonder (al gaat het in [ihet Australische geval wel om de oudste sedimentaire gesteenten die we op aarde kennen), maar het pakket bevat ook aanwijzingen (in de vorm van talrijke glasbolletjes) dat er in die 300 miljoen jaar zeker vier grote hemellichamen zijn ingeslagen. Die inslagen maken deel uit van een zwaar 'bombardement' dat de aarde (en de andere hemellichamen van ons zonnestelsel in die tijd heeft getroffen). De vier inslagen moeten grote inslagkraters hebben gevormd, het gesteente over grote afstanden hebben gedeformeerd, en het milieu op aarde aanzienlijk hebben veranderd, al zijn hiervan geen directe sporen beschikbaar.


AUSTRALIA IS A PHOTOMICROGRAPG OF A THIN SECTION FROM THE AUSTRALIAN IMPACT LAYER. THE FINE SANDSTONE IS HIGHLY SILICIFIED, AND COMPOSED OF UP TO 50% IMPACT SPHERULES OF ABOUT 1.0 MM DIAMETER.

Een team Amerikaanse geologen heeft de oudste inslag in Australië met behulp van radiometrische ouderdomsbepaling van zirkoonkristallen (waarin het oorspronkelijk aanwezige uranium vervalt tot lood) gedateerd als 3470,1 (± 2) miljoen jaar geleden, en die voor Zuid-Afrika als 3470,4 (± 2,3) miljoen jaar. Het gaat dus overduidelijk om een en dezelfde gebeurtenis. De zirkoonkorrels komen voor in een laag die werd gevormd op het moment dat ook veel glasbolletjes - afkomstig van condensatie in de atmosfeer van opgeworpen gesmolten gesteenten - weer op aarde terugvielen (uiteraard is die laag inmiddels bijna overal ter wereld inmiddels verdwenen door erosie). In samenhang met deze laag vonden de onderzoekers in West-Australië ook een laag die ontstaan moet zijn doordat een enorme vloedgolf (tsoenami) die door de inslag moet zijn ontstaan. De laag vertoont structuren die door zeer hoge golven moeten zijn ontstaan. De vloedgolf was zo sterk dat hij het pakket dat hij overstroomde enkele meters diep erodeerde, waardoor hij een belangrijke discordantie veroorzaakte.


Ga ZIRCON IS A PHOTOMICROGRAPH OF A POLISHED SECTION OF ONE OF THE ZIRCONS USED TO DETERMINATE THE U-Pb AGE OF THIS IMPACT LAYER

Op basis van de diverse karakteristieken stellen de onderzoekers dat de massa van het ingeslagen hemellichaam 10-100 keer zo groot geweest moet zijn als die van de bolide die op de grens Krijt/Tertiair insloeg en daarbij het leven zo drastisch veranderde dat de era van het Mesozoïcum werd opgevolgd door die van het Tertiair.

Referenties:
  • Byerly, G.R., Lowe, D.R., Wooden, J.L., Xie, X., 2002. An Archean impact layer from the Pilbara and Kaapvaal cratons. Science 297, p. 1325-1327.

Afbeeldingen beschikbaar gesteld door Gary R. Byerly Department of Geology and Geophysics, Louisiana State University, Baton Rouge.

282 Gezondheidsproblemen rondom steenkool op een rijtje gezet
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Steenkool wordt, enerzijds vanwege de grote reserves, anderzijds vanwege de gewoonlijk goedkope opsporing en winning, waarschijnlijk in de nabije toekomst nog belangrijker als energiebron dan hij nu reeds in. Vooral in de ontwikkelingslanden, maar ook in tal van geïndustrialiseerde landen die niet beschikken over andere energiebronnen, zal steenkool zeker in de eerste helft van deze eeuw van groot belang blijven. Dat gaat gepaard met aanzienlijke gezondheidsproblemen, bij de winning, de opslag, de verbranding en de verwerking of opslag van het afval. Die problemen zijn eigenlijk allemaal in redelijk groot detail bekend, maar aan het voorkomen ervan wordt minder gedaan dan mogelijk is.

Amerikaanse, Chinese en Roemeense onderzoekers hebben, ongetwijfeld mede omdat in hun landen grote hoeveelheden steenkool worden gestookt, die gezondheidsproblemen op een rijtje gezet. Dat is een behoorlijk afschrikwekkende rij geworden, maar de bedoeling daarvan is niet zozeer om het gebruik van steenkool te ontmoedigen, alswel om aan te geven hoe bepaalde problemen kunnen worden verminderd. Volgens de onderzoekers kan dat door veel gestructureerder naar bepaalde problemen te kijken. Daarnaast moet veel meer dan nu het geval is rekening worden gehouden met de specifieke kenmerken van alle individuele steenkoolvoorkomens, omdat die kenmerken in hoge mate bepalen welke problemen er kunnen ontstaan, en dus ook welke preventieve of curatieve maatregelen effectief zijn.

De onderzoekers houden het niet bij een theoretische benadering, maar gaan uit van drie projecten uit de praktijk. Zo blijken sommige kolen in China op locale of zelfs regionale schaal ernstige problemen te hebben veroorzaakt door hoge gehaltes aan arseen, fluor en selenium; elders zijn gezondheidsproblemen waarschijnlijk te wijten aan relatief hoge loodconcentraties in de kool.

In de Balkan bestaat een nierziekte (endemische Balkan nefropathie) die niet te genezen is, en waarvan de oorzaak tot nu toe onbekend was. De onderzoekers maken duidelijk dat deze zeldzame ziekte vooral voorkomt in de nabijheid van bepaalde Pliocene bruinkolen. Als werkhypothese houden ze aan dat het door de bruinkool passerende grondwater giftige organische bestanddelen uitloogt en meevoert, en dat het aan dat grondwater onttrokken drinkwater bijdraagt aan de problemen.

De mijnbouw is bij steenkool altijd een aanzienlijk probleem vanwege de stoflongen die de mijnwerkers oplopen. Deze wordt veroorzaakt door de kleine stofdeeltjes die in de longen terechtkomen en die daar de uitwisseling van gassen vanuit de longen naar het bloed en omgekeerd steeds moeilijker maken. Niet iedere koolsoort blijkt dezelfde stofdeeltjes op te leveren, zodat bijv. mondbescherming aan de specifieke koolsoort moet worden aangepast. Die stofdeeltjes hebben echter ook nog een heel ander effect, dat pas onlangs bekend is geworden: veel mijnwerkers blijken maagkanker te krijgen. Waarschijnlijk komt dat doordat ze stofdeeltjes inslikken die zich in de maag mengen met nitriet uit voedsel, en die onder invloed van het maagzuur overgaan in carcinogene stoffen.

Zo komen de onderzoekers met een heel scala aan gezondheidsproblemen. Ze geven aan dat er meer aandacht besteed moet worden aan de eigenschappen van steenkool, zeker wat betreft de daarin voorkomende sporenelementen. Alleen dan zijn effectieve maatregelen te nemen die de nadelige gevolgen van de winning en het gebruik van steenkool kunnen verminderen.

Referenties:
  • Finkelman, R.B., Orem, W., Castranova, V., Tatu, C.A., Belkin, H.E., Zheng, B., Lerch, H.E., Maharej, S.V. & Bates, A.L., 2002. Health impacts of coal and coal use: possible solutions. International Journal of Coal Geology 50, p. 425-443.

283 Oudste sporen van leven weer ter discussie
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het ontstaan van het leven op aarde is nog steeds met veel raadselen omgeven. Dat geldt ook voor de vroegste levensvormen. Daarvan zijn geen echte fossiele restanten aangetroffen. Veel deskundigen gaan ervan uit dat het leven omstreeks 3,8 miljard jaar geleden moet zijn ontstaan, omdat in sedimenten van die ouderdom grafiet is aangetroffen waarvan de koolstofisotopen een onderlinge verhouding hebben die niet past bij koolstof uit de dode natuur, maar die wel verklaarbaar bij een organische herkomst. Het gaat daarbij uiteraard om slechts zeer weinig afwijkende verhoudingen: in de in Groenland aangetroffen sedimenten bleek in hert grafiet de verhouding tussen het isotoop koolstof-13 en het isotoop koolstof-14 ongeveer 2,5% te laag te zijn.

Het onderzoek dat dit destijds aan het licht bracht, veroorzaakte grote opwinding omdat daarmee het begin van het leven op aarde een stuk verder werd teruggedrongen in de tijd. Toch waren er ook toen al kritische geluiden. Zo werd het grafiet met de meest afwijkende isotopensamenstelling gevonden als kleine insluitsels (slechts enkele duizendste van een millimeter groot) in apatietkristallen, afkomstig uit een enkel monster van het carbonaatgesteente. Twijfel was er bij sommigen aan de veronderstelling van de toenmalige onderzoekers dat juist die grafietkorreltjes betrouwbare informatie gaven, omdat ze tegen alle latere invloeden van buitenaf waren beschermd door het omringende apatiet. En het apatiet werd zelf ook beschouwd als een mogelijke aanwijzing voor leven, in analogie met het voorkomen van dit mineraal in fosfaten die neerslaan in sedimenten die rijk zijn aan organisch materiaal.

Nieuw onderzoek gooit echter roet in het eten: onderzoek van 3,8 miljard jaar oude, sterk gemetamorfoseerde sedimenten uit het zuidwesten van Groenland geeft aan dat een dergelijke isotopensamenstelling niet noodzakelijkerwijze op een organische oorsprong wijst. In de onderzochte gesteenten blijkt grafiet namelijk veel voor te komen in carbonaataders die diep in de aardkorst zijn ontstaan als gevolg van het binnendringen van hete (magmatische) vloeistoffen die reageerden met bepaalde bestanddelen van het omringende gesteente. Bij deze hoge-temperatuur-reacties ontstond grafiet door de ontleding van carbonaten met tweewaardig ijzer.

Het blijkt dat de carbonaataders, die uiteraard geen gesteente vormen waarin fossielen kunnen worden aangetroffen, eerder zijn aangezien voor (gemetamorfoseerde) sedimenten waarin wel resten van organisch materiaal aanwezig zouden kunnen zijn. En juist dit grafiet blijkt bij eerder onderzoek als 'bewijs' voor een organische herkomst te zijn gebruikt. Daarmee komt dus ook de isotopensamenstelling van koolstof in sedimenten als bewijs voor een organische oorsprong op de helling te staan.

Referenties:
  • Zuilen, M.A. van, Lepland, A. & Arrhenius, G., 2002. Reassessing the evidence for the earlierst traces of life. Nature 418, p. 627-630.

284 Lage vlaktes binnen vulkaan niet altijd het gevolg van instorting
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Op 2 april 1995 werd de Fogo, een vulkaan op de Kaapverdische Eilanden, weer actief. Deze vulkaan ligt op een 'hot spot', ongeveer 700 km uit der westkust van Afrika, waar een van de aardschollen zich met een snelheid van ongeveer 9 mm per jaar beweegt. De Fogo is de op drie na grootste vulkaan van de Kaapverdische Eilanden, en was voor de uitbarsting 43 jaar niet actief. In minder dan twee maanden tijd stroomde er zo’n 46 miljoen kubieke meter lava uit. Die lava stroom richtte zich naar een ongeveer 9 km lange vlakte (op 1700 m hoogte), de Cha des Caldeiras, waar hij een gebied bedekte van 4,7 km2.

Over de Fogo, waarvan 7 of 8 eerdere historische uitbarstingen opgetekend zijn, is weinig bekend Zo zijn de plaats en diepte van de magmakamer niet op basis van geofysische gegevens bekend. Daarom is het des te interessanter wat kan worden opgemaakt uit satellietopnames die (met radarinterferometrie) de hoogteveranderingen van de vulkaan en de directe omgeving hebben geregistreerd.




Uit deze waarnemingen, die de periode van 1993 tot 1998 beslaan (zodat zowel de eruptie als de perioden ervoor en erna inbegrepen zijn), bleek dat het magma dat van onder de Fogo werd opgestuwd afkomstig was uit een smalle zone (een soort intrusie), maar dat er geen sprake kon zijn van een ondiepe magmakamer. Vrijwel zeker moet de magmakamer meer dan 16,5 km diep hebben gelegen, wat inhoudt dat hij zich zelfs betrekkelijk ver onder de aardkorst moet bevinden. Die veronderstelling is des te waarschijnlijker omdat ook de petrologische samenstelling van eerder uitgevloeide lavastromen daarop wijst.

Bij een zo diep gelegen magmareservoir is een totale ineenstorting van de vulkaan bij een heftige eruptie (omdat de vulkaan dan als het ware rust op een min of meer lege magmakamer) onmogelijk. ook de Cha des Caldeiras, die vroeger werd beschouwd als zo’n instortingsgebied (caldera), kan dan niet zo’n oorsprong hebben. Dit betekent dat de vlakte van de Cha des Caldeiras waarschijnlijk gevormd is door een gigantische afschuiving, waarbij ook de destijds nog mogelijk bestaande ondiepe (d.w.z. in het bovenste gedeelte van de aardkorst gelegen) magmakamer weggleed, mogelijk tot onder zeeniveau. waarna zich op het zo ontstane lagere gebied later weer een vulkaan ontwikkelde. Een dergelijke gang van zaken kan verklaren waarom ook op andere vulkanische eilanden die deel uitmaken van een eilandenboog (gerelateerd aan de subductie van de ene aardschol onder de andere) niet altijd de verwachte ondiepe magmakamer uit geofysisch onderzoek te voorschijn komt. Het is overigens te verwachten dat zich ion de loop van de geologische tijd weer een ondiepe magmakamer onder de vulkaan kan ontwikkelen. Dat die bij onder meer de Fogo ontbreekt, zou er dan op wijzen dat er sinds de catastrofale afglijding nog onvoldoende tijd is verlopen.

Referenties:
  • Amelung, F. & Day, S., 2002. InSAR observations of the 1995 Fogo, Capo Verde, eruption: implications for the effects of collapse events upon island volcanoes. Geophysical research Letters 10.1029/2001`GL013760, 4 pp.

Afbeelding beschikbaar gesteld door Falk Amelung.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl