NGV-Geonieuws 40

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Maart 2003, jaargang 5 nr. 5

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 305 Prehistorisch landschapsbeheer
  • 306 Cycli van El Niño worden steeds duidelijker
  • 307 'Duidelijk' leven ontstond explosief na massauitsterving
  • 308 Controverse over massauitstervingen opgelost
  • 309 Relatie tussen steenringen, steenlabyrinthen etc. verklaard

    << Vorige uitgave: 39 | Volgende uitgave: 41 >>

305 Prehistorisch landschapsbeheer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie !

Geonieuws 238 ging over de vondst van prehistorische ploegsporen in het duingebied bij Castricum. Die ploegsporen werden vaak gemaakt met het eergetouw, maar soms met de 'moderne' zodekerende ploeg, die pas in de Middeleeuwen (Karolingische tijd) in zwang kwam. Onderzoek onder leiding van Wim Bosman, gemeentearcheoloog van Velsen, heeft nu aangetoond dat de prehistorische bewoners van het duingebied niet alleen zeer innovatief waren wat betreft hun ploegtechniek, maar dat ze ook aan een wel zeer vroege vorm van landschapsbeheer deden


OUDE DUINAFZETTINGEN MET CULTUURLAGEN UIT DE IJZERTIJD. DE DAKPANSGEWIJS GESTAPELDE SCHOLLEN DUINZAND ZIJN HAAKS AANGESNEDEN VOREN VAN DE 'MODERNE' ZODEKERENDE PLOEG

De gronden die met het eergetouw zijn bewerkt, blijken vele malen te zijn geploegd (waardoor een chaotisch patroon van ploegsporen resteert); de meeste gronden die met een zodekerende ploeg zijn bewerkt, blijken echter slechts eenmaal te zijn bewerkt. Weliswaar komt het voor dat eenzelfde gebied twee- of driemaal met de zodekerende ploeg is bewerkt, maar dan is dat steeds op verschillende niveaus, dus na afzetting van nieuw sediment. Steeds blijkt dat nieuwe sediment een laag stuifzand te zijn. Deze combinatie van eenmalig op een speciale wijze ploegen na een nieuwe fase van bedekking door stuifzand wijst op een weloverwogen beleid. Kennelijk werd er voortdurend 'normaal' geploegd (en gespit), maar als er stuifzand kwam aanwaaien vanaf een naburig duin werd de grond met de zodekerende ploeg bewerkt kort voordat het aanrollende duin de akker definitief zou bedelven.

Bij die werkwijze is kennelijk ook veel aandacht besteed aan de vorm van het gebied dat gevaar liep door het duin te worden 'overreden', want veel van de met de zodekerende ploeg bewerkte stukken grond zijn smal (soms slechts enkele meters), maar wel lang. Bosman concludeert daaruit dat de zodekerende ploeg 'niet uitsluitend, maar wel bij voorkeur werd ingezet om stuifzanddekken vast te leggen zolang deze nog niet dikker waren dan ca. 10 cm'.

Op een andere locatie, bij IJmuiden, blijkt de bodembewerking beperkt tot een diepte van maximaal 50 cm van de reguliere teellaag. Bij hert ploegen van de rond het begin van de jaartelling aangelegde akkers, zijn de duinrugjes tussen de akkers ongemoeid gelaten. Ook zijn in IJmuiden teellandjes van enkele eeuwen voor Christus aangetroffen die alle zijn aangelegd aan de zuidelijke flanken van een serie lage duintjes.

Bosman merkt naar aanleiding van deze bijzondere posities op dat de prehistorische mens in het Nederlandse duingebied aan een soort landschapsmanagement deden. Zo werd de natuurlijke gang van zaken in dit winderige gebied al vroeg door de mens naar zijn hand gezet.

Referenties:
  • Bosman, W., 2002. Van hoog tot laag - de prehistorische mens in het duinarchief. Duin 25, p. 19-21.

Afbeelding ter beschikking gesteld door W. Bosman

306 Cycli van El Niño worden steeds duidelijker
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

El Niño, de warme zeestroom die steeds weer na een aantal jaren optreedt en het weer dan wereldwijd beïnvloedt, geeft steeds meer geheimen prijs over de regelmaat van zijn optreden. Dat geldt zowel op korte als op lange termijn. Met het betere inzicht in de cycli van El Niño wordt het steeds beter mogelijk om de effecten daarvan los te zien van andere factoren die het klimaat beïnvloeden, zoals menselijk handelen.

Om de langtermijn cycli na te gaan hebben aardwetenschappers van Stanford University boorkernen uit de bodem van de lagune Pallcacocha (in zuidelijk Ecuador) onderzocht. De vier onderzochte kernen bestaan uit afzettingen die zich gedurende de afgelopen 12.000 jaar ononderbroken opbouwden. De onderzoekers vinden in die afzettingen cycli van steeds 2-8 jaar, die zij kunnen toeschrijven aan El Niño. De cycli uiten zich in afwisselingen van lichtgekleurde anorganische sedimenten en donkerder sedimenten die rijk zijn aan organisch materiaal. De afwisseling die werd gevormd tijdens de laatste 200 jaar kan gecorreleerd worden met historische cycli van El Niño; daarbij blijken de lichtere laagjes te zijn gevormd tijdens intervallen waarin El Niño optrad. De onderzoekers nemen aan dat dat voor de gehele boorkern opgaat. Op basis daarvan concluderen ze dat de warme zeestroom niet steeds even vaak optrad: na de laatste ijstijd werd El Niño geleidelijk aan frequenter, tot omstreeks 1200 jaar geleden. Sindsdien neemt de frequentie geleidelijk af. Daarnaast merken de onderzoekers op dat op deze lange-termijnverandering een kortere cyclus is gesuperponeerd, van omstreeks 2000 jaar; ze relateren deze cyclus, die overeenkomt met een cyclus waarin het gehalte aan C-14 varieert, aan bekende astronomische factoren waardoor de zonne-instraling met een gelijke cyclus varieert.

De cycli die door de medewerkers van Stanford University voor een periode van duizenden jaren zijn gevonden, zijn voor de laatste decennia in veel meer detail onderzocht door aardwetenschappers van de universiteiten van New Hampshire (in Durham) en Iowa (in Iowa City) (*Science*, 18 oktober). Zij onderzochten de verhouding tussen de C-12 en de C-13 isotopen in het mineraal calciet (CaCO3) - het hoofdbestanddeel van kalksteen - van een snel groeiende stalagmiet uit Belize (in de Actun Tunichil Muknal grot). Dat onderzoek is belangwekkend omdat er ter plaatse geen enkele invloed van El Niño op het klimaat te merken is. Niettemin blijkt de verhouding tussen de beide koolstofisotopen sterk te fluctueren, gelijk opgaand met de cycli van El Niño in dezelfde periode (1971-2000). Waarom de cycli van El Niño worden weerspiegeld in een stalagmiet uit een gebied dat niet direct onder invloed van de zeestroom lijkt te staan, is vooralsnog onduidelijk. De onderzoekers vermoeden dat minieme veranderingen in de koolstofcyclus van het regenwoud ter plaatse een rol spelen. De gevonden cycli in de stalagmiet kunnen niet berusten op toeval of op een te grove wijze van bemonstering: de onderzoekers namen ongeveer 1300 monsters, met onderlinge afstanden in de orde van grootte van 20 micron. Daarmee bereikten ze een oplossend vermogen in de orde van een week, bij een ongelukkige samenloop van omstandigheden wellicht een maand. Ze concluderen uit hun bevindingen dat onderzoek van stalagmieten inzicht kan geven in het optreden van El Niño’s in een verder geologisch verleden, wat voor klimaatmodellen van groot belang kan zijn.

Referenties:
  • Frappier, A., Sahagian, D., González, L.A. & Carpenter, S.J., 2002. El Niño events recorded by stalagmite carbon isotopes. Science 298, p. 565.
  • Moy, Chr.M., Seltzer, G.O., Rodbell, D.T. & Anderson, D.M., 2002. Variability of El Niño/Southern Oscillation activity at millennial timescales during the Holocene epoch. Nature 420, p. 162-165.

307 'Duidelijk' leven ontstond explosief na massauitsterving
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het leven ontwikkelde zich omstreeks 542 miljoen jaar geleden binnen zeer korte tijd explosief van nauwelijks fossiliseerbare vormen zonder harde bestanddelen, tot een uitgebreid scala van levensvormen met skeletten en schalen. Op dat moment, het begin van de era die in de geologie wordt aangeduid als het Phanerozoïcum (de era van het duidelijke leven), waren alle nu bekende fyla reeds vertegenwoordigd. Het is altijd een raadsel geweest hoe, binnen zo korte tijd, de levensvormen en de ecosystemen in zee (er was nog geen leven op het land) op zo dramatische wijze konden veranderen.

John Grotzinger (een geoloog van het MIT) heeft daarover een interessante hypothese ontvouwd op een congres Van de Geological Society of America. Hij baseert die op onderzoek van afzettingen die zijn gevormd in een diepe, vrijwel geheel van de open oceanen afgesloten zee (vergelijkbaar met de huidige Middellandse Zee), in wat nu Oman is. In de ondiepe kustwateren van de zee bouwden microorganismen rifachtige kalkgesteenten op. Soms werd de verbinding met de open oceaan verbroken, waardoor geen vers zeewater meer werd aangevoerd, en indamping zorgde voor een daling van het zeeniveau en de afzetting van zout. Zo ontstond een afwisseling van zes zout- en kalkpakketten.

In de onderste drie kalkpakketten vond Grotzinger in een boorkern de overvloedige, kegelvormige resten van inmiddels uitgestorven groepen microorganismen, die bovenop de riffen moeten hebben geleefd. In de drie bovenste kalkpakketten komen die fossielen niet meer voor, hoewel het milieu niet anders lijkt te zijn geweest dan tijdens de vorming van de onderste drie riffen. De kennelijke totale uitsterving vond volgens radiometrische ouderdomsbepalingen van vulkanische as binnen maximaal een miljoen jaar plaats, 542 miljoen jaar geleden.

De verhouding tussen de koolstofisotopen in de kalksteen veranderde op deze grens plotseling. Dat wijst op een abrupte verandering van de koolstofcyclus, die heel goed te verklaren is door een massauitsterving, korte tijd later gevolgd door een explosie van nieuw leven. Alles wijst erop dat de nieuwe levensvormen weinig of niets te maken hadden met de oude: het gaat waarschijnlijk om vormen die al wel voor de massauitsterving bestonden, maar die door de overheersende rol van de toen bestaande 'oude' vormen een slechts zeer bescheiden rol konden spelen. Toen de oude vormen uitstierven, konden de nieuwe vormen die wel overleefden zich explosief ontwikkelen. Grotzinger wijst erop dat ditzelfde proces een rol kan hebben gespeeld bij de opkomst van de zoogdieren, nadat de daarvoor overheersende dinosauriërs plotseling uitstierven door de gevolgen van een inslag van een hemellichaam.

Volgens Grotzinger werd de massauitsterving die de deur voor het 'duidelijke' leven opende, veroorzaakt door een plotseling gebrek aan zuurstof in zee. De geochemie van de boorkernen wijst erop dat zuurstofarm, koolzuurrijk giftig gas opborrelde in de ondiepe kustwateren. Noch voor een dergelijk proces, noch voor massauitsterving op deze grens waren eerder aanwijzingen gevonden. De nieuwe gegevens vormen echter een aannemelijke verklaring voor de dramatische verandering van het leven op aarde, waarbij de fauna van uitsluitend dieren zonder schalen of skeletten werd vervangen door een fauna waarvan de talrijke restanten een goed beeld geven van de sindsdien opgetreden evolutie.

Referenties:
  • Kerr, R.A., 2002. A trigger for the Cambrian explosion? Science 298, p. 1547.

308 Controverse over massauitstervingen opgelost
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De controverse over de oorzaak van diverse massale uitstervingen in het geologische verleden is een flinke stap dichter bij een oplossing gekomen. De inslag van een groot hemellichaam (onder meer op de grens Krijt/Tertiair, 63 miljoen jaar geleden) die onder meer het uitsterven van de dinosauriërs zou hebben veroorzaakt, is bij haast iedereen bekend. Ook veel geologen achten deze inslag de oorzaak van de toen optredende massauitsterving, maar andere aardwetenschappers hebben voor zowel deze als andere massale uitstervingen steeds vastgehouden aan wereldwijde veranderingen van het leefmilieu door fasen van enorm actief vulkanisme. Die twee factoren lijken nu sterk met elkaar verweven.

Dallas Abbott (van het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University) en Ann Isley (van de State University of New York), die niet tot een van beide betrokken 'scholen' behoren, hebben dit ontdekt door een analyse van de bekende gegevens (over de laatste 3,8 miljard jaar) over inslagen en het actief opstijgen van zogeheten mantelpuimen (hete massa’s magma die vanuit de aardmantel als een pluim opstijgen en zo aan het aardoppervlak vaak versterkt vulkanisme teweegbrengen). Voor de inventarisatie van de tijdstippen van inslagen werden gegevens gebruikt van zowel de aarde als de maan. De maan geeft - doordat inslagkraters nauwelijks zijn geërodeerd of ander sedimenten bedekt - belangrijke informatie over perioden dat het aarde/maansysteem veel inslagen te verwerken kregen. De inslagen op aarde en maan traden, bij een datering tot op 45 miljoen jaar nauwkeurig, gelijktijdig op (met een betrouwbaarheid van 97%).

Vergelijking met de bekende optredens van zeer actieve mantelpluimen toonde aan dat die, ook weer bij een datering tot op 45 miljoen jaar nauwkeurig, gelijktijdig optraden met de grote inslagen (met een betrouwbaarheid van 99%). De datering tot op 45 miljoen jaar lijkt weinig nauwkeurig, maar is, zeker bij inslagen van honderden miljoen jaren geleden, niet altijd beter mogelijk. Wel zijn er tien grote inslagen bekend met een datering van minder dan 30 miljoen jaar nauwkeurig, en bij negen van die tien is sprake van een gelijktijdige sterke activiteit van een mantelpluim. Op basis van hun berekeningen komen de onderzoekers tot de conclusie dat er met 97% betrouwbaarheid een directe relatie bestaat tussen grote inslagen en grote, actieve mantelpluimen. Volgens de onderzoekers is het onwaarschijnlijk dat de grote inslagen zelf mantelpluimen hebben veroorzaakt; naar alle waarschijnlijkheid hebben ze reeds bestaande mantelpluimen geactiveerd doordat ze barsten tot diep in de aardkorst of zelfs de aardmantel veroorzaakten.

Gedurende de laatste 120 miljoen jaar moeten statistisch gezien 516 (? 312) inslagen hebben plaatsgevonden van een hemellichaam met voldoende energie om een inslagkrater van minimaal 10 km doorsnede te veroorzaken. Daarvan zijn er slechts 37 teruggevonden. De overige continentale kraters zijn door jongere sedimenten bedekt of ze zijn geërodeerd; de meeste kraters (ca. 300) moeten echter in zee liggen (meestal bedekt door sedimenten). Het is dan ook niet verwonderlijk dat ook van de zeebodem grote basaltuitvloeiingen bekend zijn en dat ook in zee na een inslag massauitstervingen optraden.

Referenties:
  • Abbott, D.H. & Isley, A.E., 2002. Extraterrestrial influences on mantel plume activity. Earth and Planetary Science Letters 205, p. 53-62.

309 Relatie tussen steenringen, steenlabyrinthen etc. verklaard
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

Zogeheten structuurbodems komen voor in gebieden waar vorst en dooi in de bodem elkaar regelmatig afwisselen, dus in enkele hooggebergten maar vooral in Arctische gebieden. Ze bestaan uit uiteenlopende - maar steeds wonderlijke - structuren van losse stenen, waarvan de onderlinge relatie nu, na meer dan een eeuw onderzoek, eindelijk is verklaard. De structuurbodems kenmerken zich door losse stenen die zich concentreren tot cirkels, labyrintachtige patronen, veelhoeken, of strepen, en soms tot geïsoleerde steenhopen. De walletjes van de stenen zijn gewoonlijk in de orde van grootte van 1-2 decimeter hoog, en de cirkels (die soms zo veelvuldig zijn dat ze elkaar raken) zijn meestal in de orde van grootte van 1-2 m in diameter.


STEENRINGEN


STEENLABYRINTH

Al in vroegere eeuwen hebben deze wonderlijke steenconcentraties de aandacht getrokken van onderzoekers. Die realiseerden zich reeds omstreeks een eeuw geleden dat afwisselingen van vorst en dooi een rol moeten spelen bij hun ontstaan. Voor elk der structuren werden ook, op basis van dit uitgangspunt, verklaringen opgesteld, maar geen daarvan voldeed echt, en bovendien was er geen enkele verklaring waarom op sommige plaatsen de ene structuur ontstond, en elders een andere. Dat is overigens niet zo erg verwonderlijk, want de verklaring die nu is gepresenteerd, was tot voor kort onmogelijk te vinden geweest: hij berust op 3-D computerberekeningen die, een opeenvolging van honderden afwisselingen van vorst en dooi simulerend, de consequenties voor de posities van oorspronkelijk willekeurig gepositioneerde stenen berekenen.

Opvriezing is het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de verplaatsing van de stenen. Ook in Nederland zien we ‘s winters stenen uit de ondergrond omhoog komen, doordat water in de bodem bevriest tot ijs, daarbij uitzet, en zo de bovenliggende stenen omhoog duwt. In arctische gebieden worden in een vochtige ondergrond bovendien ijslenzen gevormd, wat een soortgelijk effect teweeg brengt. Opvriezing leidt tot twee typen verplaatsingen. Fijnkorrelige grond houdt meer vocht vast dan stenen, zodat er meer ijs gevormd wordt en de stenen opgedrukt worden. Dat opdrukken gebeurt loodrecht op het grondoppervlak, dus op een helling iets schuin naar boven. Bij volgende dooi zakt of valt de steen iets omlaag. Bij voortdurende afwisseling van vorst en dooi worden de stenen zo langzaam dalwaarts verplaatst. Tussen stenen wordt nauwelijks vocht vastgehouden, dus treedt ook weinig of geen ijsvorming op. Daar vindt dus geen of nauwelijks opvriezing plaats, zodat de stenen op hun plaats blijven. De van meer kleiige delen 'omlaag wandelende' stenen komen zo tenslotte op iets meer dalwaarts gelegen steenconcentraties terecht, waarna (bij gebrek aan een fijnkorrelige ondergrond) nauwelijks verdere opvriezing meer plaatsvindt. Zo ontstaat een laterale sortering, waarbij steeds meer uitgesproken concentraties ontstaan van stenen met tussenliggende velden zonder stenen.

De zo gevormde rijen van stenen kunnen niet blijven aangroeien: ze kunnen namelijk alleen dunne banden kunnen vormen als gevolg van een tweede verplaatsingsproces (samenpersing). Doordat wel steeds meer stenen worden aangevoerd, moeten die banden dus noodzakelijkerwijs hoger of langer worden. Omdat bij een hoogte van enkele decimeters een steenstapel instabiel wordt, moeten de banden dus langer worden. Daarbij kunnen, afhankelijk van de omstandigheden, hoeken of ombuigingen in de banden ontstaan. De patronen die de stenen daarbij gaan vormen, bleken bij de computersimulatie direct afhankelijk van de helling en van de oorspronkelijke steenconcentratie, almede van de verhouding tussen laterale sortering en samenpersing. Zo ontstaan bijv. steenringen bij zo’n 1000-1400 stenen per vierkante meter op een vrijwel vlak terrein golvende lijnen bij een helling van 10-30°. De onderzoekers konden, door de diverse parameters langzaam te variëren, alle vormen - van prachtige cirkels tot labyrinten van loodrecht op elkaar staande steenrijen - op hun computer laten ontstaan.

Referenties:
  • Kessler, M.A. & Werner, B.T., 2003. Self-organization of sorted patterned ground. Science 299, p. 380-383.
  • Mann, D., 2003. On patterned ground. Science 299, p. 334-335.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Regelmatige vormen in steenhopen ontstaan door opvriezen' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (18 januari 2003).

Afbeelding door bemiddeling van M.A. Kessler beschikbaar gesteld door Science


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl