NGV-Geonieuws 39

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Februari 2003, jaargang 5 nr. 4

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 300 Brachiosaurus was minder zwaar
  • 301 De Beringstraat ontstond aan het eind van het Mioceen
  • 302 Aarde ging sneller draaien door massatransport in mantel
  • 303 Koollagen ontstaan door extreem hoge rivierafvoer
  • 304 Voorspelling van aardbevingen onder continenten extra moeilijk

    << Vorige uitgave: 38 | Volgende uitgave: 40 >>

300 Brachiosaurus was minder zwaar
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Over het gewicht van grote uitgestorven diersoorten doen veel speculaties de ronde. Er zijn ook tal van methoden ontwikkeld om het gewicht te reconstrueren op basis van overgebleven restanten, veelal botten. Maar die methoden leverden steeds weinig betrouwbare resultaten op, zoals kon worden vastgesteld wanneer dergelijke berekeningen werden losgelaten op nog levende soorten. Een van de problemen is al dat uit een skelet moeilijk het volume van het intacte dier is te bepalen. Een ander probleem is dat bij de uiteenlopende diergroepen niet alle botten even sterk zijn ontwikkeld.

De meest gehanteerde poging tot reconstructie van gewicht tot nu toe berustte op een methode die in 1973 werd ontwikkeld door de bioloog Thomas McMahon (Harvard University). Hij meende dat het totale lichaamsgewicht kon worden bepaald op basis van de omvang van de botten in de poten, omdat die botten nu eenmaal geŽvolueerd moesten zijn om het gewicht van het dier te dragen, zonder zelf overmatig zwaar te worden. Ook de formules die hij opstelde om zo het oorspronkelijke lichaamsgewicht van fossiele dieren te reconstrueren bleek echter niet bestand tegen een toetsing aan nog levende soorten.


SKELET BRACHIOSAURUS

Op een bijeenkomst van de Society for Vertebrate Paleontology, die in oktober werd gehouden in Norman (in de Amerikaanse staat Oklahoma), kwam Ryosuke Motani (University of Oregon) met een nieuwe berekeningsmethode. Het gaat om een aanpassing van de formule die McMahon hanteerde: in feite berekende McMahon op basis van de omvang van het bot het gewicht van de desbetreffende poot, en extrapoleerde hij dat naar het hele lichaam. Norman realiseerde zich dat het lichaamsgewicht niet gedragen werd door de botten in de poot, maar door de poten zelf. Op basis daarvan paste hij de door McMahon gehanteerde formule aan. De nieuwe formule toetste hij aan 94 nog levende zoogdiersoorten (uit 12 ordes), die in grootte variŽren van een spitsmuis tot een olifant. De resultaten van zijn berekeningen bleken zeer goed overeen te komen met de werkelijkheid. Volgens Matt Carrano (Stone Brook University, New York) verheldert, vereenvoudigt en maakt de nieuwe methode de zaken in hoge mate.

Motani heeft uiteraard zijn formule ook toegepast op enkele uitgestorven reuzen, waaronder de kolossale Brachiosaurus. Daarvan werd het gewicht van een volwassen exemplaar eerder geschat op 45-50 ton. Volgens Motani was dat 'echter' slechts 36 ton. Hij verklaart dat verschil uit het feit dat deze dinosoort merkwaardig lange voorpoten heeft. Die leiden dus tot grote botten met een grote omvang, die echter wel een vertekend beeld geven van het totale lichaamsgewicht. Een van de veranderingen die Motani in de aangepaste formule heeft ingevoerd houdt juist hiermee rekening: lange botten breken eerder dan korte botten met eenzelfde doorsnede. De lange botten in de voorpoten van Brachiosaurus zijn daarom dikker dan de botten in de achterpoten; uit de botten van beide poten moet natuurlijk wel eenzelfde lichaamsgewicht kunnen worden berekend.

Referenties:
  • Stokstad, E., 2002. Weighing dinos by bones alone. Science 298, p. 957.

Afbeelding met copyright ©1996-2003 van Enchanted Learning

301 De Beringstraat ontstond aan het eind van het Mioceen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De mens trok Amerika binnen over een landbrug in de huidige Beringstraat, die het oosten van SiberiŽ met het westen van Alaska verbond. Die landbrug kon ontstaan doordat het zeeniveau gedurende het Pleistoceen herhaaldelijk sterk daalde. Maar de doorgang van de Stille Oceaan naar de Noordelijke IJszee via de Beringstraat had toen nog geen lange geschiedenis achter zich: de mens zou zijn tocht naar Amerika veel gemakkelijker hebben kunnen maken in het Tertiair; toen was de mens echter nog niet ontstaan, en zeker niet ver genoeg uitgezwermd over de aarde om Amerika in bezit te nemen.

Over het ontstaan van de Beringstraat heeft steeds veel onduidelijkheid bestaan, al was reeds wel duidelijk dat hij tussen omstreeks 5,5 en 4,5 miljoen jaar geleden moet zijn gevormd. Dat er over het precieze moment van ontstaan nog zoveel onduidelijkheid kon bestaan, is eigenlijk verwonderlijk. De doorgang is namelijk van grote invloed op de verspreiding van soorten over grote delen van de aarde, en ook het klimaat is er sterk van afhankelijk. Het dateringprobleem is vooral te wijten aan het gebrek aan fossielen die voor sterk tijdsgebonden zijn. Nu hebben onderzoekers echter diatomeeŽn (kiezelwieren) gevonden in de Milky River Formatie in het zuidwesten van Alaska, die wel een goede datering toestaan.

De gevonden fossielen zijn op zich niet eens bepalend voor de ouderdom van de Beringstraat, maar ze maken het mogelijk om vast te stellen dat een marien schelpdier (het geslacht Astarte) voor het eerst 5,5-5,4 miljoen jaar geleden in het KenozoÔcum voorkwam in het noordelijk deel van de Stille Oceaan. Hij moet daarin terecht zijn gekomen vanuit de Noordelijke IJszee, en de doorgang (de Beringstraat) moet dus iets eerder zijn ontstaan. Op basis van de geologische context komen de onderzoekers tot de conclusie dat de Beringstraat 5,32 miljoen jaar geleden moet zijn gevormd, aan het eind van het Mioceen. Dat betekent dat de langdurige verbinding tussen het vasteland van Europa en Amerika heeft geduurd van ruwweg het midden van het Krijt tot het eind van het Mioceen.

De opening van de Beringstraat kan worden toegeschreven aan een eustatische zeespiegelrijzing die ervoor zorgde dat - mede door tektoniek - de zeespiegel ter plaatse tussen ongeveer 5,5 en 4,1 miljoen jaar geleden minstens 60 m hoger stond dan nu; omstreeks 5,0 miljoen jaar geleden werd een hoogste stand bereikt van 75 m boven het huidige niveau. Het is interessant op te merken dat het ontstaan van de Beringstraat in de tijd vrijwel samenvalt met het vollopen van de Middellandse Zee via de Straat van Gibraltar (5,46-5,52 miljoen jaar geleden).

Referenties:
  • Gladenkov, Yu., Oleinik, A.O., Marinkovich Jr., L. & Barinov, K.B., 2002. A refined age for the earlierst opening of Bering Strait. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 183, p. 321-328.

302 Aarde ging sneller draaien door massatransport in mantel
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Gedurende het Krijt ging de aarde sneller om zijn as ging draaien. Dat blijkt uit berekeningen die de Franse onderzoekers Philippe Machetel en Emile Thomassot op basis van een door hen ontwikkeld model hebben uitgevoerd. Uit paleontologische gegevens (groeistructuren) was al bekend dat dit verschijnsel enkele malen moet hebben plaatsgevonden, met als duidelijkste voorbeelden de tijdsintervallen tussen 420 en 360 miljoen jaar geleden, en tussen 200 en 80 miljoen jaar geleden. De dag werd toen dus korter. Omdat de aarde als systeem energie verliest door wrijving (met de eigen dampkring en met interplanetaire gassen) verloopt de draaiing in grote lijnen steeds langzamer, en wordt de dag dus juist steeds langer; lang moeilijk te verklaren geweest. Het is moeilijk te verklaren geweest hoe een dergelijke tijdelijke verkorting van de dag kon optreden.

De laatste periode waarin de aarde sneller om zijn as ging draaien viel samen met een periode waarin de polen duidelijk van plaats veranderden, en waarin ook de aardmantel wereldwijd meer warmte aan de aardkorst afstond (en dus zelf warmer dan gewoonlijk moet zijn geweest). Het was duidelijk dat deze gegevens wezen op een verband tussen de diverse verschijnselen, en dat het verband in de aardmantel te vinden moest zijn. Van de aardmantel is echter relatief weinig bekend, omdat er (nog) geen directe waarnemingen kunnen worden gedaan.

Op basis van seismische gegevens is over de mantel echter wel bekend dat er (behalve een verandering op ongeveer 400 km diepte) een plotselinge dichtheidsverandering in optreedt op een diepte van ongeveer 670 km. Op basis van door vulkanen uitgeworpen mantelmateriaal en van laboratoriumproeven, staat redelijk zeker vast dat die dichtheidsverandering het gevolg is van een faseovergang: van het mineraal spinel naar perovskiet en magnesiowustiet. Verder is bekend dat er convectiestromen optreden. Die convectiestromen zijn - op geologische termijn - veranderlijk, zowel in aantal als in plaats. Op basis van onder meer die gegevens zijn de onderzoekers aan het rekenen geslagen, in het bijzonder voor de laatste periode waarin de aarde sneller ging draaien (het Krijt).

De conclusie van de onderzoekers is dat de massa van de mantel met de tijd verandert. Daardoor ontstaan perioden waarin zich meer of juist minder materiaal boven, tussen of onder de twee vlakken met dichtheidssprongen bevindt. Dat leidt tot verstoring van die vlakken, waarbij plotseling enorme 'lawines' van mantelmateriaal door die grensvlakken heenbreken. De traagheid - en daarmee de omwentelingssnelheid van de aarde - wordt vooral door die 'lawines' bepaald. Een snellere draaiing van de aarde wordt daardoor onder bepaalde omstandigheden mogelijk.

Referenties:
  • Machetel, Ph. & Thomassot, E., 2002. Cretaceous langth of day perturbation by mantle avalanche. Earth and Planetary Science Letters 202, p. 379-386.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Verschuivingen in de mantel deden de aarde sneller draaien' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (16 november 2002).

303 Koollagen ontstaan door extreem hoge rivierafvoer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

Extreem hoge waterstanden in laaglandrivieren mogen dan tegenwoordig veel overlast veroorzaken, aan soortgelijke omstandigheden in het geologische verleden hebben we wel het bestaan van talrijke koollagen te danken. De betrokken koollagen komen voor in Zuid-BraziliŽ; ze maken deel uit van een pakket dat zich opbouwde vanaf het Carboon tot het Vroeg-Trias. In tegenstelling tot bijna alle andere koollagen uit die tijd bestaan ze voornamelijk uit boomstammen van soms meer dan 30 m lang (en niet ter plaatse gevormde veenresten), die zich hebben opgehoopt aan de voet van een delta.


MENGSEL VAN ZAND EN KOOL UIT DE VERSPOELDE BOOMSTAMMEN

Dat er boomstammen via rivieren in een deltagebied terechtkomen, is niet uitzonderlijk. Wel uitzonderlijk is dat er zoveel boomstammen bij elkaar op de bodem van de zee aan de voet van de delta liggen: bomen drijven nu eenmaal gewoonlijk vanuit de monding van een rivier de zee op, waar ze zich verspreiden onder invloed van stromen en golfwerking. Opvallend is verder dat de nu verkoolde boomstammen vermengd zijn met sediment dat uit zowel grove als fijne deeltjes bestaat (zoals een keileem). De onderzoekers verklaren dit met behulp van waterverzadigd materiaal dat zich afzette op de helling van de delta, af en toe instabiel werd (bijvoorbeeld doordat de helling te steil werd) en als een massa begon af te glijden. In sommige opzichten is dat proces te vergelijken met een modderstroom zoals die van vulkaanhellingen bekend is.

In dit geval hebben de onderzoekers aanwijzingen dat zich in het stroomgebied van de desbetreffende rivier destijds veelvuldig perioden optraden waarin de omstandigheden zorgden voor extreem hoge waterstanden. Zij denken daarbij aan plotselinge doorbraken van stroomopwaarts gelegen enorme bergmeren met smeltwater van de grote gletsjers die destijds in de hoger gelegen gebieden ruimschoots aanwezig waren. Daarbij trad de rivier buiten zijn oevers, en sleurde grote hoeveelheden bomen uit de riviervlakte mee. De kolkende watermassaís waarin deze boomstammen in het deltagebied waren opgenomen, schuurden in het deltagebied geulen uit. Daarin bleven veel boomstammen steken. Als vervolgens het instabiel geworden sediment aan het schuiven ging, werden de boomstammen met dat sediment mee de helling afgevoerd, als onderdeel van een modderige massa waaruit de boomstammen zich niet konden bevrijden. Zo raakten de aan de voet van de delta, waar de modderige stroom door de geringere helling in snelheid afnam en uiteindelijk tot rust kwam, opgenomen in het sediment. Het enorme aantal boomstammen in relatief weinig sediment was de bron voor deze koollagen waarvan het ontstaan lange tijd een raadsel is gebleven.

Referenties:
  • Begossi, R. & Della FŠvera, J.C., 2002. Catastrophic floods as a possible cause of organic matter accumulation giving rise to coal, ParanŠ Basin, Brazil. International Journal of Coal Geology 52, p. 83-89.

Afbeelding beschikbaar gesteld door Romana Begossi

304 Voorspelling van aardbevingen onder continenten extra moeilijk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

James Jackson, een geoloog van de Universiteit van Cambridge (Engeland), heeft argumenten aangedragen die een heel nieuw licht werpen op aardbevingen die hun oorsprong (hypocentrum) onder een continent hebben: dergelijke aardbevingen zouden altijd ondiep plaatsvinden, in de aardkorst. Daarmee zou hun ontstaan fundamenteel afwijken van die van bijna alle aardbevingen onder de oceanen, want die zouden volgens de huidige inzicht hun oorsprong vinden in bewegingen in de aardmantel.

Jacksons ideeŽn worden in vakkringen zo belangrijk geacht dat ze in het gerenommeerde blad Nature zijn becommentarieerd door Simon Lamb, van de Universiteit van Oxford. Lamb wijst erop dat met de nieuwe hypothese sommige zaken helderder worden, maar dat andere zaken juist weer onbegrijpelijk worden. Zo wordt sinds de zestiger jaren algemeen aangenomen dat de continentbeweging een gevolg is van convectiestromen in de aardmantel. Daarbij worden de continenten als het ware meegesleurd op schollen aardkorst die op de rug van die convectiestromen ten opzichte van elkaar bewegen. Waar de schollen met elkaar botsen, kunnen aardbevingen ontstaan.

Jackson denkt echter dat bewegingen op het land een veel minder diepe oorzaak hebben, in de korst, en dus onafhankelijk optreden van de materiaalverplaatsingen in de aardmantel. Dat verklaart waarom er op de continenten veel aardbevingen optreden waar nauwelijks een patroon in is te ontdekken, terwijl de aardbevingen op de oceanen vrijwel alle plaatsvinden in de nauwe zones waar twee aardschollen elkaar raken. Ten aanzien van aardbevingen op de continenten was het idee dat de continentale korst niet moet worden beschouwd als een rigide massa, maar als een soort (zeer trage) vloeistof, waarin stromingspatronen optreden. De bewegingen langs breuklijnen op de continenten zouden in deze klassieke visie aangedreven worden door vloeibewegingen in de aardmantel.

Jackson, die overigens zelf betrokken is geweest bij de ontwikkeling van deze 'vloeistoftheorie', heeft nu een andere visie: bewegingen binnen de aardkorst zouden toch meer betrekking hebben op zich rigide gedragende blokken. Hij is tot die visie gekomen door nieuwe waarnemingen die de aardkorst en de bovenste aardmantel (lithosfeer) betreffen. Die schil is elastisch en reageert plaatselijk min of meer als een horizontaal georiŽnteerde springveer. Deze veer zou volgens een eerdere studie van de Himalayaís daar zoín 40 km in diameter moeten zijn, vrijwel gelijk aan de dikte van de aardkorst ter plaatse. Wordt de veer gebogen, dan treedt aan de buitenkant rek op, aan de binnenkant druk. Dat is precies wat er in Noord-India plaatsvindt: rek aan het aardoppervlak, samendrukking in de diepte. De grens daartussen ligt ongeveer halverwege de aardkorst. Dit patroon bewijst volgens Jackson dat de sterkte van de lithosfeer in de (droge) korst ligt; de waterhoudende bovenste mantel zou zwakker zijn.

De nieuwe hypothese biedt voor sommige problemen een elegante oplossing. Zo wordt duidelijk waarom het voorspellen van aardbevingen op de continenten zo moeilijk is.

Referenties:
  • Jackson, J., 2002. Strength of the continental lithosphere: time to abandon the jelly sandwich? GSA Today 12 (9): 4-9.
  • Lamb, S., 2002. Is it all in the crust? Nature 420, p. 130-131.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Aardbevingen zijn onder continenten minder voorspelbaar' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (23 november 2002).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl