NGV-Geonieuws 45

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Mei 2003, jaargang 5 nr. 10

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 330 Aardoppervlak werd laatste 500 jaar 0,9 graden warmer
  • 331 Warmere intervallen binnen ijstijden veroorzaakt door vrijkomend methaangas
  • 332 Homerus en Strabo kenden hun geografie
  • 333 Erosiesnelheid Himalaya’s bepaald met effecten van kosmische straling
  • 334 Zeespiegel kan stijgen, maar ook dalen

    << Vorige uitgave: 44 | Volgende uitgave: 46 >>

330 Aardoppervlak werd laatste 500 jaar 0,9 graden warmer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

In de laatste 200 jaar is de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak met 0,45 graden gestegen; over de laatste 500 jaar was dat 0,9 graden. Dat is de uitkomst van een onderzoek door Hugo Beltrami van het Environmental Earth Sciences Laboratory van de St. Francis Xavier Universiteit (Canada).

Beltrami onderzocht de temperatuuropbouw in de ondiepe ondergrond in 826 boorgaten, verspreid over alle continenten, en reconstrueerde de ontwikkelingen van de energiebalans aan het aardoppervlak. Deze reconstructie is gebaseerd op het uitgangspunt dat een temperatuurverandering aan het aardoppervlak (door welke oorzaak dan ook) ertoe moet leiden dat meer of minder warmte wordt afgegeven aan de atmosfeer, maar dat ook meer of minder geothermische energie aan de ondergrond wordt onttrokken. Zo zal een temperatuurstijging van de grond die veroorzaakt wordt door een opwarmende atmosfeer zich als een soort warmtegolf in de grond naar onderen uitbreiden. Dit gebeurt gemiddeld met een snelheid van zo’n 20 m per jaar, 150 m per eeuw en 500 m per millennium. Treedt na een eerdere opwarming aan het aardoppervlak weer een afkoeling op, dan gebeurt het omgekeerde; het duurt dan dus geruime tijd voordat de ondergrond weer zijn oude temperatuurverdeling heeft. De wijze waarop temperatuurverschillen in de ondergrond ruimtelijk zijn verdeeld, biedt zo de mogelijkheid om de vroegere temperatuurveranderingen aan het aardoppervlak min of meer van stap tot stap te reconstrueren, niet alleen wat betreft de richting (stijging of daling van temperatuur) maar ook wat betreft de grootte van die verandering.

Op basis van de temperatuurverdeling in de boorgaten komt Beltrami zo tot de conclusie dat alle continenten samen in de atmosfeer gedurende de laatste 50 jaar omstreeks 7,1 x 1021 joule hebben geabsorbeerd. Dat is een vrijwel gelijke waarde als eerder werd berekend voor de energieopname in de laatste 50 jaar door de atmosfeer (6,6 x 1021 joule). Interessant hierbij is dat atmosfeer en aarde dus ongeveer gelijke hoeveelheden warmte hebben opgenomen. Dat betekent dat er, fysisch gezien, niet kan worden gezegd dat de aarde warmer wordt door een opwarmende atmosfeer, of dat het omgekeerde het geval is. Daarom is de door Beltrami uitgevoerde berekening van het verloop van de geothermische warmtestroom van belang. Die verandert in de tijd, onder meer door veranderingen in het convectiepatroon in het inwendige der aarde. Beltrami berekent dat die warmtestroom omstreeks 1500 vrijwel nihil was (er was toen dus geen warmteverlies vanuit het inwendige der aarde naar de atmosfeer). Daarna begon de warmtestroom geleidelijk (weer) toe te nemen, wat met een steeds hogere snelheid plaats vond. Zo was die stroom omstreeks 1750 zo’n 3 mWm-2 (milliwatt per vierkante meter), omstreeks 1850 zo’n 12 mWm-2, omstreeks 1950 zo’n 22 mWm-2, en nu ca. 34 mWm-2. De opwarming aan het aardoppervlak gedurende de laatste eeuwen is deels aan deze toenemende warmteflux vanuit het inwendige der aarde toe te schrijven.)

Referenties:
  • Beltrami, H., 2002. Climate from borehole data: energy fluxes and temperatures since 1500. Geophysical Research Letters 29 (23), 2111 (doi 10.1029/2002GL015702), p. 26-1 - 26-3.

331 Warmere intervallen binnen ijstijden veroorzaakt door vrijkomend methaangas
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !


GASHYDRATEN

In de zeebodem komen grote hoeveelheden gashydraten (een soort 'ijsachtige' massa van methaangas met daaraan chemisch gebonden kristalwater) voor. Het plotseling vrijkomen van grote hoeveelheden daarvan lijkt de langgezochte verklaring te zijn voor het voorkomen van warmere intervallen (interstadialen) binnen ijstijden. Waar de afwisseling van ijstijden en tussenijstijden goed verklaard kan worden met behulp van astronomische factoren (fluctuaties in scheefstelling aardas, ellipticiteit van de aardbaan, etc.), daar bleef het optreden van veel van de temperatuurfluctuaties binnen de ijstijden tot nu toe onbegrepen. Er is over de oorzaken veel gespeculeerd (waarbij ook het uiteenvallen van gashydraten in methaangas en water genoemd is), maar duidelijke aanwijzingen voor of tegen dergelijke speculaties waren niet aanwezig. Nu hebben drie onderzoekers van het Woods Hole Oceanographic Institution een wel heel duidelijke aanwijzing voor het verband tussen methaangas en interstadialen gevonden.

In de laatste ijstijd werden in het Santa Barbara Bekken (Verenigde Staten) sedimenten afgezet die zowel uit de koudere als de warmere intervallen van die ijstijd stammen. In de sedimenten uit de warmere intervallen troffen de onderzoekers sterk verhoogde concentraties aan van organische stoffen die afgescheiden worden door microorganismen die zich voeden met methaan. Dat wijst erop dat het water plotseling hogere concentraties methaangas moet hebben bevat. Dat gas kan - bij gebrek aan andere mogelijke bronnen - alleen afkomstig zijn uit de zeebodem. Bekend is dat daar in de loop der tijd grote hoeveelheden gashydraten (een ijsachtige substantie die bestaat uit voornamelijk methaan met gebonden kristalwater) zijn geaccumuleerd (de hoeveelheid koolstof die in de zeebodem aanwezig is in de vorm van gashydraten is aanzienlijk groter dan de hoeveelheid koolstoffen in alle kolen-, olie- en gasreserves samen!), en dat dergelijke gashydraten bij verstoring van de zeebodem kunnen uiteenvallen in water en methaangas. Dat brengt verdere verstoringen teweeg, waardoor nog meer gashydraat dissocieert. Op deze wijze kunnen binnen zeer korte tijd extreem grote hoeveelheden methaangas vanuit de zeebodem in het zeewater, en vandaar in de atmosfeer terecht komen. Methaan heeft een sterker broeikaseffect dan bijv. kooldioxide (CO2); een plotseling vrijkomen van veel methaangas kan daardoor een mondiale opwarming tot gevolg hebben.

De onderzoekers vonden dat het bodemwater in het centrale deel van het bekken (dat meer dan 500 m diep is) gedurende bijna alle afgelopen 66.000 jaar vrijwel geen zuurstof bevatte, en dat er per jaar minder dan een miljoen ton methaangas vrijkwam: ideale omstandigheden voor de microorganismen met een op methaan gebaseerde stofwisseling. De methaanconcentratie moet echter soms snel zijn gestegen. Het duidelijkst was dat 44.100 jaar geleden. Toen moet in heel korte tijd ca. 90 miljoen ton methaangas zijn vrijgekomen. Dat leidde niet alleen tot grootschalige zuurstofonttrekking aan het oppervlaktewater - waardoor veel eencellige diertjes zoals foraminiferen geheel verdwenen - maar ook tot een sterke (maar onbekende) verhoging van de methaanconcentratie in de atmosfeer, waardoor binnen de laatste ijstijd een interstadiaal optrad.

Referenties:
  • Hinrichs, K.-U., Hmelo, L.R. & Sylva, S.P., 2003. Molecular fossil record of elevated methane levels in Late Pleistocene coastal waters. Science 299, p. 1214-1217.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (22 maart 2003).

Afbeelding www.enn.com/enn-news-archive/1999/11/111999/hydrate.jpg uit: ENN

332 Homerus en Strabo kenden hun geografie
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie !

Twee van de meest beroemde literaire werken worden toegeschreven aan een zanger uit de klassieke Griekse oudheid, Homerus. In een van die werken, de Ilias, bezingt hij de strijd van de Grieken tegen Troje. In het tweede werk, de Odyssee, bezingt hij de (langdurige en met veel avonturen in talrijke gebieden gepaard gaande) terugreis van een van de helden, Odysseus, naar zijn huis op Ithaca. Of Homerus werkelijk heeft bestaan, is omstreden. Dat hij de metrische gedichten van de Ilias en de Odyssee zelf heeft gesteld, is zelfs onwaarschijnlijk. Ook aan de correctheid van de beschrijving van de omzwervingen van Odysseus is lang getwijfeld, evenals aan zijn beschrijving van Troje (die stad werd door de Duitse archeoloog Schliemann overigens wel teruggevonden op basis van Homerus’ beschrijvingen!).


HOMERUS

Aan de twijfel met betrekking tot de geografische kennis van Homerus hoeft niet langer te worden getwijfeld. Amerikaanse onderzoekers hebben de karakteristieken van het gebied, zoals dat er 3000 jaar geleden (ten tijde van de Trojaanse oorlog) moet hebben uitgezien, gereconstrueerd en vonden bevestigd wat Homerus bezong.

Troje werd omstreeks 1250 v.Chr. belegerd en later ingenomen door de Spartaanse koning Menelaos, die zo zijn echtgenote (Helena) wilde terughalen, die door Prins Paris was ontvoerd. De belegering en de slag worden door Homerus in veel detail bezongen, waarbij hij ook aan het landschap ruime aandacht schenkt. De Griekse schrijver Strabo nam Homerus’ beschrijving zelfs als uitgangspunt toen hij in de eerste eeuw na Christus (toen het eerder verwoeste Troje weer was opgebouwd onder de naam Nieuw Ilium) zijn boek 'Geografie' schreef.

Het klassieke Troje bevond zich ter plaatse van het huidige Hissarlik in wat nu Turkije is. Archeologen hebben er uitgebreide opgravingen gedaan en ontdekt dat de stad na de inname door Menelaos nog diverse keren is verwoest en weer opgebouwd. De ruďnes die nog zijn overgebleven staan op de rand van een plateau dat uitziet over een riviervlakte van zand en modder; plaatselijk zijn er moerassen. De oorspronkelijke situatie was echter heel anders volgens de onderzoekers. Toen Troje omstreeks 3000 v.Chr. werd gebouwd, lag het aan een grote baai; nu ligt daar de riviervlakte. De oorzaak van deze verandering is dat slib van de toenmalige rivieren Simois en Scamander (de huidige Dumrek Su en Kara Manderes) zoveel slib tot in de baai meevoerden dat de kustlijn zich ter plaatse geleidelijk kilometers ver naar het noorden verplaatste. Troje werd zo van zijn havenfunctie beroofd.

De onderzoekers konden dit reconstrueren door het slib uit de riviervlakte (opgehaald in boorkernen) te dateren met radioactieve koolstof (C-14). Op basis van het materiaal in het slib konden ze vaststellen dat de baai geleidelijk veranderde in een brakwater-lagune, daarna in een moeras, en tenslotte in een riviervlakte.

Volgens Homerus had het Griekse leger zijn kamp opgeslagen langs de kust van de Aegeďsche Zee, ten westen van Troje. De Grieken trokken hun schepen daar 'op het strand van de opkomende zee, ver genoeg weg van de strijd'. Volgens de onderzoekers moet dit kamp gesitueerd zijn geweest op een uitstekende landtong aan het westen van de baai waaraan Troje lag; ze beschermden die landtong tegen Trojaanse aanvallen door het uitgraven van een diepe sloot.

De onderzoekers lokaliseerden ook de 'doorwaadbare plaats in de zachtstromende rivier' (de Scamander) waar de Griekse held Achilles volgens Homerus 'de Trojaanse linies doorbrak' en talrijke Trojanen van de steile rivieroevers in het diepe water joeg.

In Strabo’s tijd had de riviervlakte zich al veel verder noordwaarts uitgebreid, en moet de landtong waarop de Grieken eerder hun kamp hadden opgeslagen, niet of nauwelijks meer als landschappelijk herkenningspunt te vinden zijn geweest. Ook moeten toen de Simois en de Scamander zich al bij elkaar hebben gevoegd voordat ze in de zich steeds verder terugtrekkende baai uitmondden.

Strabo’s interpretatie van de situatie ter plaatse tijdens de Trojaanse oorlog was opvallend correct: hij realiseerde zich al dat de kustlijn door aanslibbing veranderd moest zijn ten opzichte van de door Homerus beschreven situatie. Het ziet er naar uit dat hij ook een juiste conclusie trok toen hij schreef dat het Griekse kamp en de plaats waar de schepen op het strand werden getrokken 20 stadia (ongeveer 4 km) van Ilium aflagen.

Referenties:
  • Kraft, J.C., Rapp, G., Kayan, I. & Luce, J.V., 2003.;mso-ansi-language:EN-GB' Harbor areas at ancient Troy: sedimentology and geomorphology complement Homer’s Iliad.Geology 31, p. 163-165.

Afbeelding uit: http://www.liberliber.it/biblioteca/h/homerus/index.htm

333 Erosiesnelheid Himalaya’s bepaald met effecten van kosmische straling
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Engelse en Zwitserse onderzoekers hebben, met een nieuwe methode, de erosiesnelheid van de Himalaya’s op diverse punten gemeten. De bepaling van de erosiesnelheid is van belang omdat er een terugkoppeling bestaat tussen tektoniek (opheffing, plooiing), klimaat en erosie; een van de redenen hiervan is dat erosie een grotere verweringssnelheid van het gesteente mogelijk maakt, en dat bij het verweren van silicaatgesteenten (en dat zijn de meeste gesteenten) CO2 aan de atmosfeer wordt onttrokken.


EVEREST

Bij de nieuwe methode is gebruik gemaakt van de veranderingen die kosmische straling teweegbrengt in het sediment in de bovenloop en op terrassen van de Ganges, dat bestaat uit van de bergketen geërodeerd materiaal. In de kwartskorrels in dat sediment hebben de onderzoekers de hoeveelheid kosmogene nucliden beryllium-10 en aluminium-26 bepaald. Uit de concentratie in het Ganges-sediment daarvan is de huidige erosiesnelheid van het toeleverende gebergte te bepalen. Het blijkt dat die erosiesnelheid - zoals overigens te verwachten was - het hoogste is in de Hoge Himalaya’s: daar bedraagt hij 2,7 (plus of min 0,3) mm per jaar, wat uitzonderlijk hoog is. Naarmate het gebergte minder hoog is, neemt ook de erosiesnelheid af, en wel tot ongeveer 0,8-0,6 (plus of min 0,3) mm per jaar in de heuvels ten zuiden van de hoge gebergteketens. Uit het onderzoek van de kwarts op de terrassen van de Ganges (die de dalbodem representeren uit vorige fasen, toen de rivier nog minder diep was ingesneden) blijkt dat deze erosiesnelheid al ten minste enkele duizenden jaren gelijk gebleven is; in de laatste paar miljoen jaar is de erosiesnelheid echter wel toegenomen; hierbij moeten - gezien de relatie tussen erosie en landschapsvormen - veranderingen van het klimaat een rol hebben gespeeld. Een opvallende bevinding van de onderzoekers is echter dat ook eerder tamelijk drastische veranderingen in de erosiesnelheid moeten zijn opgetreden, en dat die niet aan klimaatfluctuaties kunnen worden gekoppeld. Het meest waarschijnlijk is dat verschillen in opheffingssnelheid toen de belangrijkste rol speelden.

De gemeten huidige erosiesnelheid blijkt ongeveer gelijk aan de snelheid waarmee verweerd gesteente van de berghellingen afstort (waardoor weer 'vers' gesteente aan het oppervlak komt). Dit betekent dat in de Himalaya’s zelf nauwelijks verweerd gesteente wordt 'vastgehouden', maar dat de Ganges al het verweerde gesteente afvoert. Dat wordt deels in de benedenloop afgezet, deels voor de monding waar in de afgelopen miljoenen jaren een grote delta uit dit materiaal is opgebouwd.

Referenties:
  • Vance, D., Bicle, M., Ivy-Ochs, S. & Kunbik, P.W., 2003. Erosion and exhumation in the Himalaya from cosmogenic isotope inventories of river sediments. Earth and Planetary Science Letters 206, p. 273-288.

http://diwww.epfl.ch/~wuillem/voyages/india95/nepal/nepal.html

334 Zeespiegel kan stijgen, maar ook dalen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

C.J. van der Veen, verbonden aan het Byrd Polar Research Center van Ohio State University, heeft de knuppel in het hoenderhok gegooid. Hij gaat namelijk in op de onzekerheidsmarges die bestaan met betrekking tot de massabalans van de ijskappen op Antarctica en Groenland, en daarmee ook met betrekking tot de mogelijke zeespiegelstijging die van afsmelting een gevolg zou kunnen zijn.

In brede kring binnen de huidige samenleving - maar veel minder binnen de aardwetenschappelijke wereld - wordt aangenomen dat de ijskappen momenteel afsmelten, en dat daardoor de zeespiegel gevaarlijk snel zal stijgen. Rijkswaterstaat heeft in dat verband getallen genoemd van enkele decimeters binnen een eeuw. Politici treffen maatregelen (Kyoto, Rio de Janeiro), omdat de veronderstelde zeespiegelstijging veroorzaakt zou worden door menselijk handelen, vooral het verbranden van fossiele brandstoffen. Daarbij wordt gemakshalve gewoonlijk voorbijgegaan aan het feit dat in het geologische verleden, ver voordat de mens zijn invloed uitoefende, de zeespiegel enkele malen in een paar eeuwen met tientallen meters steeg. Zoals nu ook gemakshalve gewoonlijk wordt voorbijgegaan aan het feit dat van de massabalans van de ijskappen (aangroei via neerslag, afname via afkalving en afsmelten) nauwelijks iets bekend is. Als voorbeeld verwijst Van Veen naar de neerslag die de ijskap van Groenland voedt; daarin zit een onzekerheidsmarge van 50-70 miljard ton water (in de vorm van sneeuw) per jaar. Dat komt, over een eeuw berekend, neer op een onzekerheid van het zeespiegelniveau met 14-21 mm! Van der Veen wijst er op dat er zelfs nooit eerder gevoeligheidsanalyses en onzekerheidsanalyses zijn uitgevoerd voor de diverse parameters die de massabalans beďnvloeden (onder meer de gevoeligheid van het klimaat voor toenemende concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer; de mate waarin de oceaan warmte opneemt; de uitzetting van het oceanische water); ook is bij de diverse eerdere modellen niet aangegeven met hoeveel procent waarschijnlijkheid de gevonden uitkomsten juist zijn.

Die onduidelijkheid rondom een maatschappelijk zo belangrijk probleem was Van der Veen duidelijk een doorn in het oog. Hij ontwikkelde daarom een model waarin hij de diverse onzekerheden heeft verwerkt, en komt bij de uitwerking daarvan tot de schokkende conclusie dat de invloed van de grotendeels onbekende parameters zo aanzienlijk is, dat er wetenschappelijk gezien extreem brede marges bestaan ten aanzien van de zeespiegelstijging in de nabije toekomst: die marges zijn zo groot dat er bij verdere temperatuurstijging in het jaar 2100 zowel een zeespiegelstijging als een zeespiegeldaling kan optreden ten opzichte van het huidige niveau. De Groenlandse ijskap zou tussen 1990 en 2100 het zeeniveau - als de huidige opwarming van de aarde zich op gelijke wijze voortzet - kunnen doen stijgen (door netto afsmelting) met 9 cm, maar ook (door netto aangroei) kunnen doen dalen met 2 cm. Voor de ijskap van Antarctica zijn die getallen 2 en 17 cm; als gemiddelde waarden geeft Van der Veen (met een betrouwbaarheid van 95%) een mogelijke zeespiegelstijging aan met 4 cm, en een mogelijke daling met 8 cm.

Van der Veen merkt zelf op dat de natuur zo complex is dat modellering van de toekomstige zeespiegelbeweging alleen maar bij benadering mogelijk is. Zijn model 'voorspelt' het verleden echter correct; dat is overigens nog geen bewijs dat het model ook voor de toekomst correcte waarden verschaft. Maar juist die onzekerheden moeten tot uitdrukking worden gebracht. Van der Veen is de eerste die dat heeft gedaan, en die zo tot een opvallende en onverwachte uitkomst kwam.

Referenties:
  • Veen, C.J. van der, 2002. Polar ice sheets and global sea level: how well can we predict the future? Global and Planetary Change 32, p. 165-194.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl