NGV-Geonieuws 44

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Mei 2003, jaargang 5 nr. 9

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 325 Vergletsjering Antarctica aan begin Oligoceen gevolg van minder CO2 in atmosfeer
  • 326 Afzettingen van onderzeese vulkaanuitbarstingen
  • 327 IJs op Antarctica kalft niet sneller af dan vroeger
  • 328 Enorme voorraden zoet water onder zeebodem
  • 329 Aanslag van 11-9-2001 geologisch vastgelegd

    << Vorige uitgave: 43 | Volgende uitgave: 45 >>

325 Vergletsjering Antarctica aan begin Oligoceen gevolg van minder CO2 in atmosfeer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Zo’n 34 miljoen jaar geleden, op de grens van Eoceen en Oligoceen, begon op Antarctica plotseling een grote ijskap te ontstaan. De reden daarvoor werd tot nu toe, aan de hand van onderzoek dat in de jaren zeventig werd gestart, gezocht in een veranderend patroon van zeestromen. Een nieuw model, waarin atmosfeer, oceaan, ijskap, sediment, paleogeografie, broeikasgassen, astronomische factoren en oceanisch warmtetransport als parameters zijn opgenomen, wijst er echter op dat er waarschijnlijk een heel andere oorzaak is: een afname van het CO2-gehalte in de atmosfeer (omgekeerd broeikaseffect).


ANTARTICA

Het Tertiair had voor het grootste deel een warm klimaat. Er zijn tal van aanwijzingen dat dat het gevolg was van een broeikaseffect: het CO2-gehalte in de atmosfeer zou in het Eoceen ongeveer viermaal zo hoog zijn geweest als voordat, aan het einde van de 19e eeuw, de industriële revolutie - met daaraan gepaard de grootschalige inzet van steenkool - begon (sinds het begin van de industriële revolutie is het CO2-gehalte in de atmosfeer met ca. 30% gestegen). Volgens het nieuw opgestelde model zou een halvering van dat gehalte (dus tot nog altijd het dubbele van de waarde in het midden van de 19e eeuw!) genoeg zijn geweest om de vergletsjering van Antarctica te laten beginnen.

Het nieuwe model geeft aan dat de afname van het CO2-gehalte 34 miljoen jaar geleden ertoe leidde dat de sneeuw die ‘s winters viel, in de daarop volgende zomer niet geheel wegsmolt. Daardoor werd op de koudere plekken het sneeuwpakket jaar na jaar dikker, en veranderde geleidelijk aan in ijs. Deze landijskappen konden zich vervolgens langzaam uitbreiden. Ongeveer 18 miljoen jaar geleden was Antarctica hierdoor permanent met een ijskap bedekt.

Of het model ook de werkelijkheid weergeeft, moet nog worden nagegaan. Dit zou kunnen door het vroegere CO2-gehalte in de atmosfeer nauwkeurig te reconstrueren. Er zijn inmiddels wetenschappelijke programma’s voor het boren van kernen (ANDRILL en SHALDRIL) die dergelijke gegevens zouden kunnen opleveren. Dat dergelijke boringen de juistheid van het nieuwe model zullen bevestigen, lijkt waarschijnlijk. De met het model berekende ontwikkelingen kloppen namelijk voor relatief kort geleden, zoals aangetoond met boringen vlak voor de continentale helling van Antarctica.

Referenties:
  • Barrett, P., 2003. Cooling a continent,. Nature 421, p. 221-223.
  • DeConto, R.M. & Pollard, D., 2003. Rapid Cenozoic glaciation of Antarctica induced by declining atmospheric CO2. Nature 421, p. 245-249.

326 Afzettingen van onderzeese vulkaanuitbarstingen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Veruit het grootste deel van de vulkanische uitbarstingen vindt plaats onder de zeespiegel, in het bijzonder op de midoceanische ruggen. De toppen van de vulkanen - veelal spleetvulkanen die basaltisch magma doen uitvloeien, maar soms steilere vulkanen die zuurder (= stroperiger) lava uitspuwen - liggen meestal op vele honderden meters diepte. De waterdruk is daar zo groot dat het onmogelijk lijkt dat (zoals bij vulkanen op het land wel gebeurt) grote brokstukken (bommen) en fijn materiaal (as) omhoog worden geslingerd. Ook het in het magma opgeloste gas, dat bij het omhoog komen in de kraterpijp van een vulkaan op land door de steeds minder wordende druk bellen gaat vormen en zo bijdraagt tot explosieve uitbarstingen, blijft in een onderzeese vulkaan onder grote druk staan. Ook dat draagt ertoe bij dat, naar men aanneemt, onderzeese uitbarstingen veel rustiger verlopen dan vulkanische erupties op het land.

Modelmatig onderzoek toont nu echter aan dat heftige onderzeese uitbarstingen wel degelijk kunnen voorkomen, zelfs op dieptes van meer dan 3000 m. Twee onderzoekers kwamen tot die conclusie door een systematische analyse van de verschillende manieren waarop magma in onderzeese vulkanen kan opstijgen, in combinatie met de verschillende vormen van eruptie. Ze analyseerden daarvoor zes scenario’s:

  • 1 geen significante hoeveelheid opgeloste gassen die worden uitgebraakt
  • 2 wel gassen maar geen uitstromen van magma
  • 3 zowel gassen en magma worden uitgestoten, waarbij 'fonteinen' optreden zoals we die van Hawaii kennen
  • 4 opbouw van gasdruk in de magmakamer die tot Hawaiiaanse erupties leiden door het in elkaar klappen van de gevormde bellen
  • 5 weinig gassen (die langzaam ontsnappen), maar bij langzaam opstijgend magma toch genoeg om fonteinen te doen ontstaan
  • 6 opbouw van gasdruk bovenin een gang, waardoor plotselinge eruptie optreedt

In de meeste gevallen blijkt inderdaad een rustige uitvloeiing van het magma op te treden, gepaard met het ontsnappen van relatief kleine hoeveelheden gassen. In geval 5, wanneer sprake is van langzaam stijgend magma, kan de gasdruk locaal zo hoog worden (mede doordat de diverse gasbellen zich bij het opstijgen tot steeds grotere verenigen) dat het afkoelende magma in de kraterpijp als het ware door de bellen in stukken wordt gescheurd, welke stukken met de resulterende fontein omhoog het water in worden geblazen. Verder zijn er heel bijzondere omstandigheden om tot een soort vulkanische explosie te komen.

De vulkanische bommen die dus wel kunnen worden gevormd, zijn als regel kleiner dan in het geval van vulkanen op land. Ze komen als regel terecht in een gebied van enkele tientallen meters tot een kilometer rondom de vulkaan. Ze kunnen daar, bij herhaalde uitbarstingen, een pakket vormen dat vele meters dik is.

Referenties:
  • Head III, J.W. & Wilson, L., 2003. Deep marine pyroclastic eruptions: theory and predicted landforms and deposits. Journal of Volcanology and Geothermal Research 121, p. 155-193.

327 IJs op Antarctica kalft niet sneller af dan vroeger
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Er is in Geonieuws al eerder op gewezen dat de suggestieve televisiespotjes van Greenpeace, waarin wordt gesuggereerd dat het ijs van Antarctica dramatisch snel afsmelt als gevolg van menselijk handelen (verstoken van fossiele energiebronnen) volstrekt onjuist is. Zou het waar zijn wat Greenpeace beweert, dan wordt het hoog tijd om naar hogere gebieden te verhuizen, want als slechts 1% van de Westantarctische ijskap zou afsmelten, zou dat alleen al een zeespiegelstijging van ca. 5 cm ten gevolge hebben. Maar gelukkig loopt het niet zo’n vaart. Dat blijkt ook weer uit onderzoek van een team Amerikaanse en Britse onderzoekers. Dit team is nagegaan hoe het door hen onderzochte deel van de Westantarctische ijskap is veranderd sinds het einde van de laatste ijstijd, ca. 10.000 jaar geleden.

Om die verandering na te gaan hebben ze de afzettingen en erosieverschijnselen onderzocht van het gebied dat vroeger door deze ijskap was bedekt, maar vanwaar de ijskap zich sindsdien heeft teruggetrokken. Via verschillende technieken hebben ze gereconstrueerd hoe lang geleden die afzettingen werden gevormd, en de erosieverschijnselen ontstonden. Zo kregen ze een beeld van hoe de ijskap zich in de loop der tijd terugtrok. Die terugtrekking is aanzienlijk, want het ijs bedekte ook grote delen van wat nu zee rondom Antarctica is. Met geofysische methoden, en met behulp van boringen waarmee sedimenten uit de zeebodem konden worden onderzocht, kon zo onder meer worden vastgesteld hoe de lijn zich terugtrok tot waar het ijs aan de zeebodem vastgehecht bleef. Deze lijn hangt samen met het gewicht van het bovenliggende ijs, en vormt mede daarom een belangrijke indicatie voor de grootte van de ijskap.

Bij het onderzoek werd vastgesteld dat deze lijn in het onderzochte gebied steeds verder landwaarts is verschoven in de afgelopen 7500 jaar. Dat is uiteraard niet verwonderlijk na het einde van een ijstijd. Wat van meer belang is, is hoe snel dat gebeurde, en of die snelheid door menselijk handelen is toegenomen. Dat blijkt nu (opnieuw) niet het geval te zijn. De lijn trok zich ongeveer 120 m per jaar terug, en dat gebeurde - zij het met enige kleine schommelingen - met een gelijkblijvende snelheid. Ook tegenwoordig gaat het nog met die snelheid. Er is dus geen sprake van dat het afkalven van het ijsfront versneld is door menselijk handelen.

Uiteraard mogen deze gegevens niet naar heel Antarctica worden geëxtrapoleerd. Ook geven ze geen directe informatie over de veranderende dikte van de ijskap. Maar dergelijke gegevens kunnen wel op een andere manier worden verkregen, namelijk aan de hand van de karakteristieken van door het ijs meegevoerde stenen die op een gegeven ogenblik - door het afsmelten van ijs aan het oppervlak van de ijskap - aan de buitenlucht worden blootgesteld. Aan de hand daarvan konden de onderzoekers vaststellen dat de ijskap in de laatste 9300 jaar elk jaar 2,5-9 cm per jaar dunner is geworden. Landinwaarts is de snelheid constant 3-4 cm per jaar gebleven; dicht bij zee is de snelheid plotseling abrupt toegenomen, maar dat gebeurde al 3300 jaar geleden, dus lang voordat de mens op grote schaal brandstoffen verstookte.

Referenties:
  • Ackert Jr., R.P., 2003. An ice sheet remembers. Science 299, p. 57-58
  • Stone, J.O., Balco, G.A., Sugden, D.E., Caffee, M.W., SASS III, J.C., Cowdery, S.G. & Siddoway, Chr., 2002. Holocene deglaciation of Marie Byrd Land, West Antarctica. Science 299, p. 99-102.

328 Enorme voorraden zoet water onder zeebodem
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De problemen die al op korte termijn vrijwel mondiaal dreigen met betrekking tot de drinkwatervoorziening, kunnen op zijn minst voor een aanzienlijk deel worden opgelost door zoet water te onttrekken aan gigantische pakketten zoetwaterlichamen die zich op geringe diepte onder de zeebodem bevinden voor tal van kustgebieden. Dat was een van de direct toepasbare uitkomsten van een onderzoek van de hydrogeoloog Koos Groen. Hij kwam tot deze conclusie toen hij de resultaten van zijn onderzoek in de Surinaamse kustvlakte (en in zee daarvoor) toetste aan situaties elders ter wereld. Die bleken op tal van plaatsen vergelijkbaar.

Het gaat om een haast onwerkelijke situatie: onder de Surinaamse kustvlakte blijken zich een soort wigvormige 'zakken' met zout grondwater te bevinden, terwijl zich onder de zeebodem voor de kust juist dergelijke zakken van zoet water bevinden. Deze merkwaardige situatie blijkt te danken aan de zeespiegelfluctuaties die zich gedurende het IJstijdvak (Pleistoceen) hebben voorgedaan: bij uitbreiding van het landijs daalde de zeespiegel tot soms zo’n 130 m onder het huidige niveau, terwijl in het interglaciaal tussen de laatste en de voorlaatste ijstijd de zeespiegel juist zo’n 10 m hoger stond.

Van wat zich tijdens eerdere ijstijden en tussenijstijden van het Pleistoceen afspeelde op het gebied van grondwater, valt nauwelijks meer iets te achterhalen. Maar de laatste ijstijd en het daaraan voorafgaande laatste interglaciaal hebben hun sporen duidelijk nagelaten. Gedurende het laatste interglaciaal (Eemien), dat van omstreeks 130.000-115.000 jaar geleden duurde, steeg de zeespiegel zo sterk dat de zee een belangrijk deel van de huidige Surinaamse kustvlakte overstroomde. Er zakte toen zout zeewater in de bodem, dat - vanwege de beperkte tijd dat deze hoge waterstand voortduurde - slechts tot beperkte diepte doordrong. Toen vervolgens de laatste ijstijd optrad (Weichselien, van 115.000-10.000 jaar geleden) viel niet alleen de eerder overstroomde kustvlakte weer droog, maar ook een brede strook daarvoor. Op dat drooggevallen land viel regenwater, dat ook weer in de bodem doordrong, daarbij deels het zoute water verdringend, deels het verder wegdrukkend. Daardoor bestaat er in de huidige kustvlakte nu een 'zak' zout water op verder zoet grondwater, en ook weer met zoet grondwater daarboven. In het zeegebied voor de huidige kustlijn is de situatie precies andersom: op het verder zoute grondwater vormde zich een niveau met zoet water gedurende het Weichselien, en werd dat zoete water weer bedekt met zout water na afloop van de laatste ijstijd.

De 'zak' met zout grondwater onder de kustvlakte is alleen maar lastig: de drinkwatervoorziening van Paramaribo heeft er mee te kampen. Het zoete grondwater, dat voorkomt tot 90 km uit de kust, is daarom des te belangrijker. Het vormt als het ware een reservoir van drinkwater en van iets brak water dat met een geringe mate van ontzilting tot drinkwater is om te vormen. Groen voerde hieraan enige berekeningen uit waaruit blijkt dat dit water economisch is te exploiteren indien de schaal waarop dat gebeurt een redelijke omvang heeft.

Er is geen reden om aan te nemen waarom een dergelijke schaal niet haalbaar zou zijn. Voor de kust van Suriname gaat het om een hoeveelheid 'onderzees' grondwater dat voldoende is om de behoefte van Suriname, op basis van het huidige gebruik, nog zo’n 200.000 jaar te dekken. Natuurlijk heeft Suriname een betrekkelijk gering aantal inwoners. Maar bijv. voor de kust van New Jersey komt een vergelijkbare zak zoet onderzees grondwater voor, die voldoende is om het (huidige) gebruik van New York voor 800 jaar te dekken. Ook in zuidoost-Azië en op tal van andere plaatsen komen vergelijkbare situaties voor. Het werk van Groen kan daarom een keerpunt betekenen in het mondiale denken over de toekomstige drinkwatervoorziening.

Referenties:
  • Groen, J., 2002. The effects of transgressions and regressions on coastal and offshore groundwater. Proefschrift Vrije Universiteit (Amsterdam), 192 pp.

329 Aanslag van 11-9-2001 geologisch vastgelegd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De aanslag die op 11 september 2001 met twee vliegtuigen werd uitgevoerd op de beide torens van het World Trade Center in New York, heeft geologische sporen nagelaten: in de haven van New York blijkt op de bodem een laagje voor te komen dat door zijn samenstelling de brand van het WTC weerspiegelt. Gezien de grote omvang van de brand lijkt het waarschijnlijk dat ook op andere plaatsen, wellicht tot duizenden kilometers van de plek zelf en mogelijk zelfs wereldwijd, een traceerbaar 'terroristenlaagje' zal worden aangetroffen.

Op 'Ground Zero' hebben drie maanden lang branden gewoed; daarbij zijn veel stoffen tot hoog in de atmosfeer gekomen. Ook de ruimingwerkzaamheden hebben veel typisch stadsstof doen opwaaien. Dat materiaal is later weer teruggezakt naar de aarde, waar het nu een getuigenis vormt van de aanslag, zoals een bijna wereldwijd voorkomend iridiumrijk laagje de getuigenis vormt van de inslag van een groot hemellichaam op de grens tussen Krijt en Tertiair.


GROUND ZERO

De belangrijkste sporen die als zodanig herkenbaar zijn in het laagje slib dat in de dagen na de aanslag in de haven werd afgezet, betreft asdeeltjes met sterk verhoogde concentraties van de elementen calcium (19%), zwavel (6%), strontium (635 microgram/gram), koper (140 microgram/gram) en zink (0,15%). Deze waarden suggereren dat ongeveer 70% van de as afkomstig is van gips; dit wordt ook bevestigd door de verhouding tussen de strontiumisotopen Sr-87 en Sr-86 (0,7088). Daarnaast vertoont het laagje sterk van normale sedimenten afwijkende texturele kenmerken in de vorm van veel draadvormig materiaal (met lengtes van meestal 40-200 micron). Dat het materiaal met deze eigenschappen inderdaad afkomstig moet zijn van het WTC, blijkt uit monsters die het onderzoeksteam op Ground Zero heeft genomen: daar blijken de stof- en asresten gelijksoortig te zijn (en heel anders dan elders van nature voorkomt).

Al direct na de brand ontstond onder medici de vrees dat de vele draadvormige deeltjes gezondheidsproblemen zouden kunnen opleveren. Nu in de directe omgeving van de brand is gebleken dat die deeltjes meestal groter dan 80 micron zijn waardoor ze meestal in de neus of bovenin het ademhalingskanaal worden tegengehouden, is die vrees grotendeels verdwenen. Omdat de verhouding tussen lengte en dikte echter in het algemeen aanzienlijk groter is dan 3, is het niettemin mogelijk dat ze diep in de longen doordringen. Helemaal verdwenen zijn de zorgen dan ook nog niet.

In de neergeslagen materialen kwam, naast andere (licht)radioactieve stoffen ook enig beryllium voor (Be-7). Deze kortlevende isotoop bleek bij het onderzoek tot 6-15 cm in de bodem van de haven te zijn binnengedrongen. De hoeveelheid is echter gering: 2-3 maal de hoeveelheid die van nature.

Referenties:
  • Oktay, S.D., Brabander, D.J., Smith, J.P., Kada, HJ., Bullen, Th. & Olsen, C.R., 2003. WTC geochemical fingerprint recorded in New York harbor sediments. Eos 84, p. 12 + 24-25.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Sliblaagje in New York getuigt van aanslag op World Trade Center' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (8 maart 2003).

Afbeelding is van Episcopal Church


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl