NGV-Geonieuws 42

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 April 2003, jaargang 5 nr. 7

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 315 Oude zirkoonkristallen weerspiegelen vroegste aardgeschiedenis
  • 316 Bosbranden verhogen CO2-gehalte in atmosfeer significant
  • 317 IJs uit tropisch Afrika weerspiegelt Holoceen klimaat
  • 318 Meteorieten onthullen vroeger klimaat op aarde
  • 319 Kans op rampzalige inslagen minder groot dan aangenomen

    << Vorige uitgave: 41 | Volgende uitgave: 43 >>

315 Oude zirkoonkristallen weerspiegelen vroegste aardgeschiedenis
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Mineralen !

De zeldzame aardmetalen van twee gneiscomplexen uit zuidwest-Groenland zijn onderzocht, evenals de zeldzame aardmetalen in de zirkoonkristallen die in de gneis voorkomen. Het gaat hierbij niet alleen om zeer oud materiaal (een van de gneiscomplexen is 3,81 miljard jaar oud, het andere complex is 3,64 miljard jaar oud), maar ook om zeldzaam weinig verweerd en (relatief) weinig gedeformeerde gesteenten. De in de gneis aangetroffen zirkoonkristallen blijken volgens kathode-luminescentie-onderzoek gedurende één enkele kristallisatiefase te zijn gevormd; dat wil zeggen dat ze later niet door metamorfose zijn veranderd, maar ook dat ze geen oudere kern bevatten. Dat wordt bevestigd door radiometrische datering (U/Pb) van verschillende niveaus van de zirkoonkristallen.

In het ene gneiscomplex moet de zirkoon volgens de daarin voorkomende verhouding van de zeldzame aardmetalen vanaf lanthaan tot lutetium (de relatief lichte zeldzame aardmetalen zoals lanthaan komen iets minder vaak voor dan de zwaardere zoals lutetium), evenals volgens de relatieve hoeveelheden van de zeldzame aardmetalen cerium en europeum, gevormd zijn door kristallisatie uit magma. De zirkoon in het andere gneiscomplex bevat juist een wat grotere hoeveelheid relatief lichte zeldzame aardmetalen; het ontstaan hiervan is niet geheel duidelijk, maar zou verband kunnen houden met een niet geheel chemisch in evenwicht verkerende magmasmelt ten tijde van de kristallisatie van de zirkoon (die relatief dicht bij het aardoppervlak zou moeten hebben plaatsgevonden, of mogelijk zelfs vanuit aan het aardoppervlak uitgestroomde lava).

Op basis van de karakteristieken van de hoeveelheden en onderlinge verhoudingen van de zeldzame aardmetalen kunnen sommige eigenschappen worden gereconstrueerd van het magma waaruit de kristallen direct of indirect zijn voortgekomen. Dat moet dus magma zijn uit het prille begin van de aardgeschiedenis. De onderzoekers wijzen er echter op dat een reconstructie van de samenstelling van dat magma niet direct mogelijk is; dan zouden de zeldzame aardmetalen in zowel de beide gneiscomplexen als in de daarin voorkomende zirkoonkristallen beter met elkaar in overeenstemming moeten zijn geweest. Tevens komen de onderzoekers met de waarschuwing dat hun onderzoek aantoont dat de samenstelling (inclusief de 'verontreinigingen') in zirkoonkristallen kennelijk niet - zoals tot nu toe werd aangenomen - de samenstelling van het magma direct representeren.

Referenties:
  • Whitehouse, M.J. & Kamber, B.S., 2002. On the overabundance of light rare earth elements in terrestrial zircons and its implication for Earth’s earliest magmatic differentiation. Earth and Planetary Science Letters 204, p. 333-346.

316 Bosbranden verhogen CO2-gehalte in atmosfeer significant
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

De huidige stijging van het CO2-gehalte in de atmosfeer is voor een belangrijk deel toe te schrijven aan menselijk handelen, vooral het verstoken van fossiele brandstoffen (in het bijzonder door de industrie, door huishoudens ten behoeve van verwarming, en door het verkeer). Die invloed van de mens blijkt zonneklaar uit het feit dat de stijging van de CO2-concentratie in de atmosfeer zich manifesteert sinds het begin van de industriële revolutie.

Uiteraard zijn er ook andere processen die CO2 in de atmosfeer brengen. Daarbij gaat het onder meer om vulkanisme, het verrotten van organisch materiaal, het inkolingsproces van plantaardig materiaal, en het ontsnappen van gassen uit de ondergrond. Veel minder bekend is dat ook natuurlijke branden aanzienlijke hoeveelheden CO2 in de atmosfeer kunnen brengen. Hoeveel dat kan zijn blijkt uit een studie die is uitgevoerd naar het vrijkomen van CO2 bij de grote bosbranden die in 1997 in Indonesië plaatsvonden, en waarvan zelfs buiten Indonesië hinder werd ondervonden.

De branden in Indonesië vonden vooral plaats in moerasachtige, beboste veengebieden; het veen kan in dergelijke gebieden diktes bereiken van zo’n 20 m. Waarschijnlijk speelde een ongewone droogte (onder invloed van de toen heersende El Niño) een rol. Daardoor was het onmogelijk de zich snel uitbreidende brand meester te worden door de inzet van blusmateriaal: pas toen het weer omsloeg en het begon te regenen, kwam er een einde aan de brand.

Onderzoekers hebben de gevolgen voor een gebied van 2,5 miljoen hectare (25.000 km2) in het centrale deel van Kalimantan (Borneo) geanalyseerd aan de hand van satellietopnamen. Ze deden dat door eerst opnamen van voor en na de brand met elkaar te vergelijken. Daarbij bleek dat zo’n 32% (79.000 km2) van het onderzochte gebied was verbrand; 91,5% van het verbrande gebied (73.000 km2) bestond uit veengebied. Vervolgens werd in het veld via steekproeven bepaald hoe dik de verbrande veenpakketten waren. Zo konden ze het totale volume verbrand veen bepalen. Dat rekenden ze vervolgens om tot de verbrande gewichtshoeveelheid koolstof. Hun berekeningen, waarin uiteraard een foutenmarge zit, wijst uit dat de veenbrand heeft geleid tot het verbranden van 190-230 miljoen ton koolstof, waar nog eens zo’n 50 miljoen ton koolstof uit verbrande levende vegetatie bijkomt.

Deze berekeningen betreffen alleen het gebied waarvan de satellietopnamen werden bekeken. Wanneer de gevonden waarden worden geëxtrapoleerd naar het hele verbrande gebied, dan komt de totale hoeveelheid verbrande koolstof (uit veen en vegetatie samen) uit op 0,23-2,57 miljard ton. Een dergelijke hoeveelheid komt overeen met 13-40% van de jaarlijkse uitstoot van CO2 als gevolg van de verbranding van fossiele energiedragers. Deze enorme extra uitstoot moet dan ook verantwoordelijk worden gehouden voor de grootste jaarlijkse toename van de CO2-concentratie in de atmosfeer die ooit is gemeten (de metingen begonnen in 1957).

Deze extreme (geologisch gezien abrupte) toename van het atmosferisch CO2-gehalte heeft een puur natuurlijke oorzaak. Dat betekent dat dergelijke branden ook in het geologische verleden waarschijnlijk veelvuldig hebben plaatsgevonden. Dat zou een verklaring kunnen betekenen voor de soms tot nu toe onbegrepen plotselinge stijgingen van de (geïnterpreteerde) atmosferische CO2-concentratie in eerdere fases van de aardgeschiedenis (sinds het Carboon, omdat toen voor het eerst echt weelderige vegetatie bestond).

Referenties:
  • Page, S.E., Siegert, F., Rieley, J.O., Boehm, H.-D.V., Jaya, A. & Limin, S., 2002. The amount of carbon released from peat and forest fires in Indonesia during 1997. Nature 420, p. 61-65.

317 IJs uit tropisch Afrika weerspiegelt Holoceen klimaat
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Een internationaal team van onderzoekers heeft op de hoogste berg van Afrika, de Kilimanjaro, zes boorkernen genomen van ijs dat op de hogere delen van de vulkaan aanwezig is. Alle boringen gingen door het hele ijspakket heen, tot op het vulkanisch gesteente. De bedoeling was door analyse van de diverse karakteristieken van het ijs het inzicht te verdiepen in de klimaatveranderingen die in tropisch Afrika hebben plaatsgevonden. Dat lukte voor het hele Holoceen, want de boorkernen bleken de complete geschiedenis van de laatste 11.700 jaar te weerspiegelen. Zowel de veranderingen in het klimaat als de (daarmee uiteraard samenhangende) veranderingen in het milieu konden zo worden gereconstrueerd. Daarmee is overigens natuurlijk niet de ontwikkeling voor heel tropisch Afrika in kaart gebracht. Op de Kilimanjaro hebben uiteraard andere omstandigheden geheerst dan in de lagere delen van tropisch Afrika; niettemin mag worden aangenomen dat duidelijke trens op de Kilimanjaro ontwikkelingen voorstellen die ook in lagere gebieden hun weerslag moeten hebben gehad.




De Holocene ontwikkeling van Afrika is niet goed bekend, al weten we dat er voortdurend fluctuaties in het klimaat hebben plaatsgevonden. Die variëren van kortstondig (bijv. onder de invloed van El Niño, zoals in 1997-1998 duidelijk merkbaar was) tot langdurig (zoals de ontwikkeling van vegetatie in de huidige Sahara tussen ruwweg 10.000 en 5.500 jaar geleden). Het gaat daarbij echter om min of meer op zichzelf staande gegevens met daartussen perioden waaruit weinig of niets bekend is. Daarom is een min of meer continu archief, zoals aanwezig in de vorm van ijs dat is ontstaan uit jaarlijks vallende sneeuw op de Kilimanjaro, een zeer welkome aanvulling.

Bij het onderzoek werden uiteenlopende technieken gebruikt. Zo werden temperatuurfluctuaties gereconstrueerd op basis van veranderingen in de verhouding tussen de zuurstofisotopen in het ijs. De relatieve hoeveelheden fijn stof (en andere kleine, onoplosbare deeltjes) werden gemeten om zo perioden van droogte (waarin stof immers gemakkelijk opwaait) te reconstrueren; pieken in de aanwezigheid van fluor- en natriumionen werden opgespoord als indicatoren van perioden van locale erosie gedurende kortstondige perioden van sterke verdroging.

Het blijkt dat er op drie momenten een abrupte klimaatverandering is opgetreden: omstreeks 8.300, 5.200 en 4000 jaar geleden. Er traden toen relatief kortstondige perioden van grote droogte op. De laatste, 4000 jaar geleden, moet de klimaatverandering zijn geweest die grote problemen veroorzaakte in de toenmalige beschavingen in Mesopotamië en Egypte. De verdroging omstreeks 5200 jaar geleden is de grootste verdroging die uit de ontwikkeling van tropisch Afrika bekend is. Dit droogte-interval staat wel bekend als de 'eerste zwarte tijd' of de 'eerste middeleeuwen'. De eerste droogteperiode, omstreeks 8300 jaar geleden, valt samen met een kortstondige periode van afkoeling op hoge breedte op het noordelijk halfrond, en weerspiegelt dus waarschijnlijk een wereldwijde gebeurtenis. In grote lijnen is het beeld simpeler. Vanaf 11.700 tot 4000 jaar geleden was het klimaat warmer en natter dan nu; daarna werd het relatief koel en droog.

Het ziet er helaas naar uit dat het rijksarchief van de Kilimanjaro op korte termijn verloren zal gaan: de omvang van de ijsbedekking op de vulkaan is in de twintigste eeuw met ca. 80% afgenomen. De onderzoekers verwachten dat het ijs tussen 2015 en 2020 geheel zal zijn verdwenen.

Referenties:
  • Gasse, F., 2002. Kilimanjaro’s secrets revealed. Science 298, p. 548-549.
  • Thompson, L.G., Mosley-Thompson, E., Davis, M.E., Henderson, K.A., Brecher, H.H., Zagorodnov, V.S., Mashiotta, T.A., Lin, P.-N., Mikhalenko, V.N., Hardy, D.R. & Beer, J., 2002. Kilimanjaro ice core records: evidence of Holocene climate change in tropical Africa. Science 298, p. 589-593.

Afbeelding uit:http://volcano.und.nodak.edu/vwdocs/volc_images/img_kilimanjaro.html

318 Meteorieten onthullen vroeger klimaat op aarde
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie ! Klik hier voor alle artikelen over Dateringen ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

In hete woestijnen vertonen meteorieten die aan het aardoppervlak liggen, aan hun buitenzijde een laagje dat de wisselingen van het klimaat ter plaatse weerspiegelt. Dat buitenste laagje, in vakkringen bekend als 'woestijnlak', komt voor op bijna alle stenen in hete woestijnen. Het is een verweringsproduct dat bestaat uit kleimineralen die door oxiden en hydroxiden van mangaan en ijzer aan elkaar gekit worden, waarbij een glanzend oppervlak ontstaat. Dit laagje groeit heel langzaam aan (1-40 micron per 1000 jaar), waarbij zowel de aangroeisnelheid als de samenstelling afhangen van het klimaat ter plaatse. De laklaag wordt zelden dikker dan zo’n 200 micron, ook na zeer langdurig verblijf aan het woestijnoppervlak. Na enige tijd stopt de aangroei van het laagje echter, waardoor het laklaagje op 'gewone' aardse gesteenten niet bruikbaar is voor paleoklimatologische reconstructies: het is immers niet na te gaan hoe lang geleden het laklaagje op die stenen werd gevormd.


DOORSNEDE DOOR HET LAAGJE WOESTIJNLAK VAN METEORIET FORREST 009 (SCANNING ELECTRON MICROGRAPH)

Daarentegen kan worden vastgesteld dat bij chondrieten (steenmeteorieten) die - geologisch gezien - kort geleden op aarde terechtkwamen, het laagje nog aangroeit, waardoor aan de hand van de opbouw daarvan het klimaat in de woestijn waarin ze terechtkwamen wél kan worden bepaald voor het geologisch nabije verleden. Daarbij is het uiteraard nodig dat er enig idee bestaat wanneer die meteorieten op aarde terecht zijn gekomen. Wanneer dat minder dan zo’n 40.000-50.000 jaar geleden gebeurde, kan datering radiometrisch plaatsvinden met (behulp van koolstof-14).

Het laklaagje van twee chondrieten die gevonden waren in de Nullarbor-vlakte, een woestijngebied in Australië, zijn door Engelse onderzoekers geanalyseerd. De ene (Forrest 009) kwam 5.900 jaar geleden op aarde terecht, en heeft een laklaagje van 100-130 micron dik. De andere (Nurina 004) kwam 33.400 jaar geleden in de woestijn terecht, en heeft een laklaagje van minder dan 70 micron dik. De laklaagjes van deze twee hebben zeer verschillende karakteristieken, maar ook onder dat laagje vertonen de twee chondrieten verschillen. Zo heeft Forrest 009 een relatief sterk verweerde buitenkant (onder het laklaagje), terwijl Nurina 004 slechts weinig verwering vertoont. Dat kan verklaard worden doordat Forrest 009 op aarde terechtkwam toen het gebied relatief vochtig was. De verwering van het oppervlak van de meteoriet naar binnen kon toen snel gaan in vergelijking met de opbouw van het laklaagje. Toen Nurina 004 op aarde viel, was het klimaat droger, waardoor de verwering langzaam plaatsvond ten opzichte van de groei van de laag woestijnlak.

Er zijn echter ook verschillen binnen de laklaagjes: het laagje is bij Forrest 009 overal opgebouwd uit drie concentrische zones (van buiten naar binnen resp. vrijwel zonder barium en mangaan, rijk aan barium en mangaan, en arm aan barium en mangaan). Bij Nurina 004 is de opbouw van de laklaag ongelijkmatig. Uit de gegevens valt op te maken dat de Nullarbor-vlakte gedurende de afgelopen 30.000 jaar wisselende klimaten heeft gekend: tot ongeveer 25.000 jaar geleden was het er droog, van 25.000-20.000 jaar geleden vochtig, van 20.000-7000 jaar geleden weer droog (met een maximum 15.000 jaar geleden), en daarna weer vochtiger.

De zo gereconstrueerde vroegere klimaten komen redelijk overeen met de schaarse (en niet zeer betrouwbare) andere indicaties, onder meer in de vorm van vroegere waterstanden in meren, alsmede in de vorm van plantaardige resten. Dit betekent, ook al omdat er relatief veel meteorieten in hete woestijnen worden gevonden, dat analyse van de verwering en van de laklaagjes een mogelijkheid bieden tot de reconstructie van het vroegere klimaat, wat met andere middelen veelal niet of nauwelijks mogelijk is.

Referenties:
  • Lee, M.R. & Bland, P.A., 2003. Dating climatic change in hot deserts using desert varnish on meteorite finds. Earth and Planetary Science Letters 206, p. 187-198.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Woestijnlak van meteorieten onthult prehistorisch klimaat' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (25 januari 2003).

Afbeelding beschikbaar gesteld door Martin Lee.

319 Kans op rampzalige inslagen minder groot dan aangenomen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie !

In het geologische verleden zijn er diverse momenten van massauitstervingen geweest die, direct of indirect, aan de inslag van een groot hemellichaam worden toegeschreven. De bekendste is uiteraard de inslag op de grens tussen Krijt en Tertiair. Niet ieder hemellichaam dat door de aarde wordt ingevangen heeft zo’n verwoestend effect: de gevolgen hangen af van de snelheid waarmee het hemellichaam de aarde raakt, de hoek waaronder dat gebeurt, en - uiteraard - de grootte. In het geval van de inslag op de grens tussen Krijt en Tertiair betrof het een hemellichaam dat naar alle waarschijnlijkheid zo’n 10 km in doorsnede was. Gelukkig komen zulke catastrofale botsingen slechts eenmaal per paar honderd miljoen jaar voor. Klein ruimtegruis, dat de aarde continu treft, heeft geen bekende nadelige gevolgen: dat wordt in de dampkring geheel verbrand (vallende sterren). Voor ruimtemateriaal dat meters tot honderden meters in doorsnede is, zijn de effecten slecht bekend, maar ook is de frequentie waarmee dat op aarde terechtkomt nauwelijks bekend. In 1908 werden bij Tunguska (Siberië) honderden kilometers bos platgelegd door wat lange tijd werd beschouwd als de ontploffing, in de atmosfeer, van een hemellichaam, dat dan een doorsnede van ca. 50 m zou moeten hebben gehad (dit verschijnsel bij Tunguska wordt momenteel echter ook op andere wijzen verklaard).


DE PARALLEL GEVELDE BOMEN GEEFT DE RICHTING AAN VAN DE ONTPLOFFINGSGOLF TUNGASKA 1938

Tunguska was zover van de bewoonde wereld vandaan dat er - voor zover bekend - geen slachtoffers zijn gevallen. Zou een meteoriet van 50 m nu echter in een dichtbevolkte streek neerkomen, dan zouden er gemakkelijk vele miljoenen doden kunnen vallen. Sinds 1918 zit de angst daarvoor er goed in; het feit dat zo’n ramp in 'onze tijd' heeft plaatsgevonden, heeft ook bij veel beleidsmakers de gedachte doen postvatten dat zo’n ramp zich betrekkelijk vaak (eens per 200-300 jaar) zou kunnen voordoen, en dat er dus maatregelen moeten worden genomen om zo’n ramp te voorkomen (nucleair opblazen van zo’n hemellichaam met raketten ver van de aarde), of om - op z’n minst - de effecten ervan te verminderen (grootschalige evacuaties).

Onderzoek heeft nu uitgewezen dat de angst voor een regelmatig optredende grote ramp door de inslag van hemellichamen redelijk overdreven is: brokstukken met een diameter van zo’n 50-100 m zullen, net als bij Tunguska, redelijk wat schade kunnen veroorzaken (het gaat om een explosie met een kracht van ongeveer 20.000 ton TNT), maar ze zullen de aarde minder vaak treffen dan eerder werd gevreesd.

Het uitgevoerde onderzoek daarnaar was interessant van opzet. Gedurende ruim 8 jaar werden de schokgolven gemeten die ontstaan wanneer een hemellichaam de dampkring binnendringt. Daarbij bleek, zoals verwacht, dat hemellichaam met een grote energie minder vaak ingevangen worden dan kleine hemellichamen. In feite gaat het om een lineair verband. Echt grote hemellichamen zijn in de onderzoeksperiode - gelukkig - niet ingevangen, maar het lineaire verband tussen energie en frequentie is zo duidelijk dat de onderzoekers niet aarzelen om die wetmatigheid ook toe te passen op grotere hemellichamen. Uit die extrapolatie blijkt dat de aarde jaarlijks gemiddeld wordt getroffen door één hemellichaam met een energie van 5000 ton TNT. Een 'Tunguska-achtige' inslag zou gemiddeld eens per 1000 jaar optreden. Een inslag zoals die plaatsvond op de grens tussen Krijt en Tertiair zou ongeveer eens per miljard jaar kunnen plaatsvinden.

Referenties:
  • Brown, P., Spalding, R.E., ReVelle, D.O., Tagliaferri, E. & Worden, S.P., 2002. The flux of small near-Earth objects colliding with the Earth. Nature 420, p. 294-296.
  • Jedicke, R., 2002. Intermediate impact factors. Nature 420, p. 273-274.

Afbeelding met toestemming (zie 292) overgenomen van de Photo Gallery van de Tunguska homepage van de Universiteit van Bologna.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl