NGV-Geonieuws 43

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 April 2003, jaargang 5 nr. 8

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

320 Duinen van puur zout in Bolivia
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

De Salar de Uyuni in Bolivia (de grootste zoutvlakte ter wereld) vertoont in een klein gebiedje duinen voor die geheel bestaan uit zoutkristallen die door de wind uit de vlakte zijn opgewaaid. De opgewaaide zoutdeeltjes vormen paraboolduinen, net zoals die door de wind vroeger zijn ontstaan langs de Nederlandse kust, en zoals ze nu ook veel in zandwoestijnen zoals de Sahara voorkomen. Zandduinen zijn gewone verschijnselen; een enkele maal zijn duinen aangetroffen van andere deeltjes, zoals gips (in de 'White Sands' in New Mexico), maar duinen van steenzoutkristallen (NaCl) waren tot nu toe niet bekend. De duinen die nu zijn aangetroffen, werden door een geoloog van de Universiteit van Aarhus (Denemarken), Johan Svendsen, ontdekt.

Wat betreft hun grootte zijn de duinen in de Salar de Uyuni niet te vergelijken met kust- of woestijnduinen. Ze worden niet veel meer dan 1,3 m lang, 70 cm breed en enkele decimeters hoog (ze hebben alle vrijwel gelijke afmetingen); het lijkt erop dat de duinen vroeger hoger zijn geweest, maar dat de wind ze ook weer heeft afgevlakt. Hun duidelijk halfcirkelvormige tot parabolische vorm is klassiek, mede doordat ze zelden met elkaar in contact komen. Dat geeft aan dat de wind ter plaatse vrijwel altijd uit dezelfde richting waait. Toch kan die wind niet de enige oorzaak zijn van de duinvorming, want dan hadden soortgelijke duinen zich ook op andere zoutvlaktes moeten ontwikkelen. Dat blijkt ook uit het feit dat van de reusachtige zoutvlakte (10.000 km2) slechts dit kleine (5 km2) gebiedje duinvorming vertoont (Svendsen sluit overigens niet uit dat er nog meer vergelijkbare veldjes zullen worden gevonden). Dat het bij de vorming en de preservatie van de duintjes niet alleen om wind gaat, blijkt ook uit het feit dat kennelijk een deel van het zout waaruit de duintjes zijn opgebouwd is opgelost, en daarna weer uitgekristalliseerd; daardoor zijn de duintjes nu als het ware gecementeerd.

Volgens de onderzoeker zijn de duintjes opgebouwd uit aan elkaar gekitte kristallen die opgewaaid worden vlak nadat ze zijn ontstaan op het contact van pekelplassen en lucht. Bij het herhaald opwaaien en neervallen vallen de zoutstukjes uiteen tot korrels van zandgrootte. Dit 'zoutzand' begint plaatselijk, waarschijnlijk om onregelmatigheden op het zoutoppervlak heen, duintjes te vormen. In het droge seizoen blijven de duintjes vooruit bewegen, waarbij ze langzaam aangroeien. In het nattere seizoen stijgt de waterspiegel tot aan het oppervlak en is verdere verstuiving onmogelijk. Door capillaire werking wordt pekel dan in de duinen opgezogen, waardoor cementatie plaatsvindt en verder voortschrijden (en dus ook aangroeien) onmogelijk wordt. In het weer volgende droge seizoen kan het bovenste gedeelte, dat te hoog was om via capillaire werking door pekel te worden bereikt en gecementeerd, door de wind worden weggeblazen. Zo blijven op den duur ter plaatse alleen 'onthoofde' duintjes van 1 jaar oud achter. Waar de grondwaterspiegel niet precies fluctueert tot bij het oppervlak, kan deze serie processen niet plaatsvinden, en worden dus geen duintjes gevormd, of ze blijven niet bewaard door latere verstuiving.

Referenties:
  • Svendsen, J.B., 2003. Parabolic halite dunes on the Salar de Uyuni, Bolivia. Sedimentary Geology 155, p. 147-156

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Duinen van puur zout in Bolivia ontstaan uit pekelplassen en wind' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (9 februari 2003).

321 Stekelhuidigen geven inzicht in vroegere oceanische chemie
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 samenstelling van het zeewater is in de loop van de geologische geschiedenis veranderd. Hoe sterk, is nog een op vele punten onopgeloste vraag. Een van die vragen is of er vroeger een andere verhouding was tussen de opgeloste ionen van calcium en magnesium. Dat is onder meer van belang voor een beter begrip over het ontstaan van kalksteen (calciumcarbonaat) en dolomiet (magnesium-/calciumcarbonaat). Ook de vorming van kalkschaaltjes van allerlei kleinere en grotere organismen hangt met deze vraag samen. Tot nu toe waren er geen goede methoden om de verhouding tussen magnesium en calcium in vroegere oceanen te bepalen; de diverse gebruikte methoden gaven ook onderling nogal sterk uiteenlopende waarden. Nu lijkt er echter een methode te zijn ontwikkeld die op een betrouwbare wijze kan reconstrueren hoe de Mg/Ca-verhouding (die nu ongeveer 5,2 bedraagt) vroeger was.


VERLOOP VAN DE VERHOUDING TUSSEN MAGNESIUM EN CALCIUM IN ZEEWATER MET DE TIJD, LOPEND VAN CAMBRIUM (C, RECHTS) TOT NEOGEEN (Ng, LINKS) VOLGENS DIVERSE ONDERZOEKERS. DE BLAUWGROENE RUITJES ZIJN DE UITKOMSTEN VAN HET ONDERZOEK WAAROVER HIER WORDT BERICHT.

Die methode berust op een analyse van de stekels van stekelhuidigen (Echinodermata, een groep waartoe onder meer de zee-egels behoren). Deze groep komt al sinds het Cambrium voor, en is mede daarom een interessante groep voor dit type onderzoek. Aangenomen mag immers worden dat de opbouw van de stekels vroeger plaatsvond volgens dezelfde principes als tegenwoordig. De huidige stekelhuidigen hebben skeletten waarin de hoeveelheid magnesium sterk kan variëren: van ongeveer 5 tot 19 mol% MgCO3. Het percentage is in hoge mate afhankelijk van de temperatuur. Datzelfde geldt voor kalkcement in mariene afzettingen. Daarom is het waarschijnlijk dat stekelhuidigen in hun kalkskelet een Mg/Ca-verhouding hebben die representatief is voor het zeewater waaruit die stoffen zijn gehaald. In dat opzicht zijn stekelhuidigen uitzonderlijk, want andere groepen schaalvormende mariene organismen hebben vaak een voorkeur voor het calcium. Een complicerende factor is overigens dat ook binnen een enkel skelet van een stekelhuidige het relatieve gehalte aan magnesium aanzienlijk kan fluctueren; het hangt af van de plaats binnen het skelet. Zo bevatten de stekels minder magnesium dan het skelet.


MICROFOTO VAN EEN CRINOIDENSTENGEL (IN DOORSNEDE) UIT HET LAAT-CARBOON

Fossiele stekelhuidigen hebben vrijwel altijd diagenetische veranderingen ondergaan, maar soms zijn die veranderingen minimaal. Alleen dergelijke fossielen kunnen dienen om een betrouwbaar beeld te krijgen van hun oorspronkelijke magnesiumgehalte. Dickson (van de universiteit van Cambridge) kon daardoor slechts 28 van de verzamelde 103 fossiele stekelhuidigen gebruiken voor zijn onderzoek. Hij bepaalde daarvan het magnesiumgehalte op basis van analyses van materiaal van tien plaatsen per skelet; van die tien waarden nam hij het gemiddelde. De verschillen per skelet waren overigens gering (een standaardafwijking van minder dan 10%).

Vervolgens werden de gevonden waarden afgezet tegen de ouderdom van de diverse fossielen. Daardoor kreeg Dickson een grafiek waarin de veranderingen van het magnesiumgehalte in de monsters (en dus naar alle waarschijnlijkheid ook in het zeewater) fluctueerde in de loop der tijd. Zo vond hij dat stekelhuidigen uit het Vroeg-Cambrium een Mg/Ca-verhouding vertonen van 3,3. In het Vroeg-Carboon was dat 2,2; in het Laat-Carboon 3,3; in het Jura 1,4, evenals in het Krijt. Kennelijk heeft de samenstelling van het zeewater gedurende het Phanerozoïcum dus behoorlijk gefluctueerd.

Referenties:
  • Dickson, J.A.D., 2002. Fossil echinoderms as monitor of the Mg/Ca ratio of Phanerozoic oceans. Science 298, p. 1222-1224.

Afbeeldingen beschikbaar gesteld door J.A.D. Dickson

322 Monoun-meer nog gevaarlijker dan Nyos-meer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In Geonieuws 154 werd al gewag gemaakt van plannen om koolzuurgas uit de diepte van het Nyos-meer in Kameroen af te tappen. Dat plan werd opgevat toen 1700-1800 mensen de dood hadden gevonden nadat, kennelijk door een verstoring van de 'gelaagde' opbouw van het water, grote hoeveelheden koolzuurgas uit het meer waren vrijgekomen. Dit onzichtbare gas had voor de getroffenen het inademen van voldoende zuurstof onmogelijk gemaakt. Het koolzuurgas dat in het dieptewater is opgelost, is daarin terechtgekomen met andere vulkanische gassen die zich uit de vulkanische ondergrond een weg omhoog banen.

Met de werkzaamheden om het koolzuurgas, via een buis van pvc met een diameter van 10 cm, af te tappen is op 13 januari een begin gemaakt. De bedoeling is om de buis als een soort rietje tot vlak boven de bodem van het meer te brengen. Door vervolgens enig koolzuurgasrijk water op te pompen ontstaat dan een zichzelf in stand houdende water/gasstroom omhoog. Wanneer het koolzuurgasrijke water boven omstreeks 60 m onder de waterspiegel komt, wordt de druk van het bovenliggende water zoveel verminderd dat het opgeloste koolzuurgas bellen gaat vormen (zoals in koolzuurhoudende frisdranken); die bellen stijgen op, verenigen zich met elkaar tot nog grotere bellen, waardoor ze nog sneller gaan stijgen, etc. Met de bellen wordt water mee omhoog getrokken; aan de open bovenzijde van de buis kunnen dat het water en het gas in een gecontroleerde hoeveelheid naar buiten komen. Het opstijgen in de buis veroorzaakt onderin een onderdruk, waardoor opnieuw water omhoog gezogen wordt, etc. Zo hoopt men de overmaat aan opgelost koolzuurgas geleidelijk zover te laten afnemen dat geen gevaar meer ontstaat voor het plotseling vrijkomen van zulke grote hoeveelheden dat daardoor opnieuw doden kunnen vallen.

Dit hele project moet overigens met zeer grote zorgvuldigheid worden uitgevoerd. De technici en wetenschappers die zich daarmee bezig houden zijn zeer bang om het water te verstoren. Dan zou er alsnog immers een ongecontroleerde, gigantische vrijzetting van koolzuurgas kunnen plaatsvinden.

Nog meer zorgen baart inmiddels echter een ander meer in Kameroen, het Monoun-meer. Daar had in 1984, twee jaar voor dat het geval was bij het Nyos-meer, een soortgelijke vrijzetting van koolzuurgas plaatsgevonden. Daarbij waren echter 'slechts' 37 doden gevallen. Dat kreeg destijds weinig aandacht in het toen door interne strijd getroffen gebied. Het Monoun-meer is aanzienlijk kleiner dan het Nyos-meer, en ook veel ondieper. Maar daarin schuilt nu juist het gevaar. Het koolzuurgas - geschat wordt dat het gaat om 28.000 ton - zit er op een diepte van 60 m. Volgend de deskundigen hoeft de waterlaag met het koolzuurgas slechts één meter omhoog te komen om, via de vorming van koolzuurgasbellen, een nieuwe ramp te veroorzaken. Een sterke wind of een afschuiving van sediment onder water (bijv. als gevolg van een aardbeving) zou hiertoe al voldoende kunnen zijn.

Om die reden zijn inmiddels fondsen aangevraagd voor een soortgelijk 'aftap' project als bij het Nyos-meer. Daarmee zou in twee jaar het koolzuurgasgehalte in het meer tot een ongevaarlijke concentratie kunnen worden teruggebracht. Of dat ook bij het Nyos-meer kan op de nu geplande wijze, is overigens nog maar zeer de vraag. Dat meer bevat naar schatting zo’n 500.000 ton koolzuurgas, en met de huidige aanpak zou het (ook al omdat er voortdurend nieuw koolzuurgas via de ondergrond wordt toegevoerd) zo’n 30-50 jaar kunnen duren voordat ook in dit meer het koolzuurgasgehalte tot een ongevaarlijke concentratie zal zijn teruggebracht.

In dit opzicht maakt men zich ook steeds meer zorgen over het Kivu-meer, op de grens van Roeanda en Congo. Dat meer bevat zo’n duizend maal meer koolzuurgas dan het Nyos-meer en het Monoun-meer samen. Daarnaast bevat het ook nog eens zo’n 55 kubieke kilometer van het zeer brandbare methaangas. Er kwam vorig jaar geen merkbare hoeveelheid gas vrij toen een lavastroom in het meer terechtkwam. Maar het is een gebied met veel tektonische activiteit, en dus kunnen er grote verstoringen optreden die wel tot vrijzetting van enorme hoeveelheden gassen zouden kunnen leiden.

Referenties:
  • Krajick, K., 2003. Efforts to tame second African 'killer lake' begin. Science 299, p. 805.

323 Microben belangrijk voor geochemie
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Steeds meer blijkt dat microorganismen een rol spelen die van belang is voor allerlei geochemische processen. Hoe ze die rol spelen, is veelal nog onduidelijk; ook is nog nauwelijks iets bekend van welke microorganismen bij bepaalde processen een rol spelen. Maar dat hun invloed groot is, lijkt onmiskenbaar. Dat komt mede doordat microorganismen ook blijken voor te komen op plaatsen die voor het leven volstrekt ongeschikt zijn. Dat geldt bijv. voor de onderzeese plaatsen waar kokendheet water naar boven komt, voor verlaten mijnen waar sterkgiftige stoffen in hoge concentraties voorkomen, en ook op kilometers diep in de aardkorst. Dat betekent onder meer dat het idee - van nog slechts enkele jaren geleden - dat de biosfeer slechts een zeer beperkte ruimte innam van 'ruimteschip aarde' - inmiddels heeft plaatsgemaakt voor de opvatting dat de biosfeer veel uitgebreider is dan eerder gedacht, en ook gekenmerkt wordt door organismen waarvan we nog nauwelijks iets afweten. Deskundigen nemen aan dat we nog geen 10% kennen van alle microorganismen die in de natuur voorkomen; van die groep is het merendeel ooit waargenomen, maar niet of nauwelijks beschikbaar voor onderzoek: minder dan 1% van de bekende microorganismen is ooit met succes in een laboratorium gekweekt.


SLIERTEN VAN MICROORGANISMEN EN MINERALEN VAN IRON MOUNTAIN (CALIFORNIE) IN GEBRUIK BIJ HET ZUIVEREN VAN ZUUR MIJNWATER EN VOOR HET CONCENTREREN VAN ZWAVEL EN IJZER

Dat zal gaan veranderen nu men zich realiseert hoe groot niet alleen de rol is die microben nu spelen (bijv. bij het oplossen en neerslaan van mineralen, fossilisatieprocessen en verwering), maar ook de rol die 'geleide' microben in dienst van de mens kunnen gaan spelen (bijv. bij het verwijderen van gifstoffen uit verontreinigde bodems, bij het concentreren van bepaalde elementen die uit erts niet economisch winbaar zijn, en bij het recyclen van allerlei anders moeilijk scheidbare materialen zoals uit plastic artikelen die uit verschillende laagjes plastic zijn opgebouwd).

Met behulp van microbiologische methoden wordt inmiddels steeds meer duidelijk van de processen die microorganismen helpen plaatsvinden. Daarbij speelt een rol dat microorganismen niet - zoals meercellige dieren - geen complexe, gedifferentieerde cellen hebben met elk een eigen functie, maar dat ze functioneren via eenvoudige principes die eigenlijk alleen neerkomen op het verwerven van voldoende energie om te kunnen leven en zich voort te planten. Deze simpele 'doelstelling' betekent ook dat er voor dergelijke microben nauwelijks grenzen zijn aan de stoffen die ze gebruiken. Voor hun 'ademhaling' is dat voor sommige soorten zuurstof, maar voor andere doen carbonaten, ijzerionen, nitraten of sulfaten dienst. Door dat brede spectrum aan stoffen die ze gebruiken, zijn microben ook betrokken bij zo’n enorm aantal geochemisch belangrijke processen.

Dankzij de nieuwe DNA-technologie wordt steeds duidelijker hoe een en ander werkt (vooral het 16S RNA is hierbij van belang). Dit betekent dat het niet alleen waarschijnlijk is dat op termijn aan de hand van het erfelijk materiaal van allerlei microorganismen kan worden afgelezen bij welke geochemische processen ze een rol spelen, maar dat ook (door ingrepen in het erfelijk materiaal) microben zodanig kunnen worden veranderd dat ze in staat zijn om effectief bepaalde gewenste processen te doen plaatsvinden (bijv. verwijderen van olie van stranden; concentreren van arsenicum uit bodems, etc.). Wie weet, misschien kunnen ooit amateurgeologen een recent slakkenhuis zo prachtig laten 'fossiliseren' tot een gepyritiseerd exemplaar.

Referenties:
  • Warren, L.A. & Kaufmann, M.E., 2003. Microbial engineers. Science 299, p. 1027-1029.

Afbeelding beschikbaar gesteld door Lesley Warren

324 Centrum van landijskappen stabiel, randen smelten
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

Over de veranderingen in omvang van de grote landijskappen op Groenland en Antarctica bestaan veel misverstanden, deels ingegeven door suggestieve (maar niet wetenschappelijk verantwoorde) reclamespotjes van Greenpeace. Zulke spotjes doen voorkomen of die ijskappen snel afkalven, en of dat het gevolg is van menselijk handelen (broeikaseffect door ondermeer het verstoken van fossiele brandstoffen). De werkelijkheid is een stuk gecompliceerder. De totale hoeveelheid ijs van deze kappen verandert nauwelijks; de inderdaad optredende terugtrekking van de ijskap op sommige plaatsen lijkt gecompenseerd te worden door meer sneeuwval in het centrale deel als gevolg van de grotere verdamping van zeewater bij de langzaam stijgende temperaturen.

Dat gletsjertongen van de Antarctische ijskap zich op sommige plaatsen terugtrekken, hangt samen met het feit dat de stroomsnelheid van gletsjers plotseling snel kan toe- of afnemen, soms tot meer dan honderdmaal zo snel of zo langzaam als eerder het geval was. Dat komt door de aan- of afwezigheid van een goede 'glijlaag' in de vorm van een waterlaag onder het ijs, die onder druk staat door diverse oorzaken, waaronder het gewicht van de ijsmassa.

Bij afwezigheid van een goede glijlaag beweegt het gletsjerijs zich langzaam. Maar nu lijkt er sprake van versnelde ijsstromen. De vraag die daarbij rijst is of zo’n versnelde ijsstroom in korte tijd zoveel ijs naar de oceaan zou kunnen transporteren dat de huidige zeespiegelstijging (die nu wordt geschat op ca. 20 cm per eeuw) veel sneller zou kunnen gaan plaatsvinden. Dat is moeilijk te voorspellen, maar een goed inzicht hangt nauw samen met een betrouwbaar beeld van de ijsbewegingen, en van de veranderingen die daarin optreden in de loop van de tijd.

Uit waarnemingen blijkt dat het ijs aan de randen van de ijskappen op Groenland en westelijk Antarctica nu in stukken breekt, en dunner wordt waar het ijs in zee uitstroomt. Dat hangt ongetwijfeld samen met de opwarming van het zeewater onder invloed van de mondiale temperatuurstijging. Daarentegen is er geen aanwijzing dat hetzelfde gebeurt met de ijskap op oostelijk Antarctica: versnelde ijsstromen zijn dus geen algemeen verschijnsel. De ijskap lijkt niet merkbaar van volume te veranderen. Hetzelfde geldt voor de ijskap op Groenland: op sommige plaatsen langs de randen lijkt het afsmelten nu iets sneller plaats te vinden dan een eeuw geleden, maar het centrale gedeelte lijkt niet te veranderen.

Hierbij kan worden aangetekend dat veranderingen van de ijsstromen ook uit het historische verleden goed bekend zijn. Dat geldt onder meer voor de ijsstroom die een ijsvlakte (Ross-ijsshelf) voor de kust van Antarctica voedt. Gedurende de laatste paar eeuwen is de grens daarvan herhaaldelijk vooruitgeschoven en weer teruggetrokken, één ijsstroom stopte abrupt, en de richting waarin het ijs zich bewoog veranderde herhaaldelijk. In totaal is de ijsmassa gedurende de laatste eeuwen zelfs toegenomen. In de afgelopen decennia is een andere ijsstroom ongeveer 20% trager gaan bewegen. Er is inmiddels ook meer bekend geworden over een aantal oorzaken van de veranderingen in ijsbewegingen. Een daarvan is de wrijvingswarmte van het ijs over het door het ijs zelf afgezette keileem. Een grotere ijssnelheid levert meer wrijvingswarmte op, waardoor meer ijs aan de basis smelt, waardoor een dikkere (en betere) glijlaag ontstaat. Zo zijn er meer factoren die ervoor zorgen dat de omvang en vorm van de landijskappen, ook wat betreft de daarvan afkomstige gletsjers die nu in zee eindigen, voortdurend blijven veranderen.

Referenties:
  • Raymond, Ch.F., 2002. Ice sheets on the move. Science 298, p. 2147-2148.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl