NGV-Geonieuws 46

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Juni 2003, jaargang 5 nr. 11

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 335 Abrupte klimaatveranderingen kwamen vaak voor
  • 336 IJzer als voedingsstof in zee komt vooral via regen
  • 337 Kleiner ozongat boven Antarctica door opwarming zuidelijk halfrond
  • 338 Geen fossielen nodig voor fossiel DNA
  • 339 Waterige korst onder Nicaragua

    << Vorige uitgave: 45 | Volgende uitgave: 47 >>

335 Abrupte klimaatveranderingen kwamen vaak voor
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

In het niet zo verre geologische verleden van de aarde kwamen snelle klimaatveranderingen frequent voor. Aanzienlijke veranderingen vonden vaak zelfs plaats binnen een periode van tien jaar. Dat blijkt uit een analyse door Poolse onderzoekers van de afzettingen. Die afzettingen werden onderzocht op stuifmeel, het voorkomen van stabiele isotopen, de mineralogische samenstelling en de chemische karakteristieken.


BOORKERN UIT HET MEER MET JAARGELAAGDHEID. ZWARTE ELLIPS GEEFT DE OVERGANG VAN PLEISTOCEEN NAAR HOLOCEEN AAN (CA. 9550 v. CHR.)

In het Gosciaz-meer bouwden zich op de bodem dunne laagjes op, die dankzij het daarin bewaard gebleven organische materiaal te dateren zijn met koolstof-14. Die dateringen maakten het mogelijk om, aan de hand van de karakteristieken van de afzettingen, de ontwikkelingen van het klimaat te reconstrueren met een oplossend vermogen van 1-4 jaar. De onderzoekers beperkten zich bij hun onderzoek tot het niveau van de sedimenten rondom 9550 v. Chr., toen - aan het einde van de laatste ijstijd - binnen enkele tientallen jaren een aanzienlijke temperatuurstijging optrad. Hoe dat gebeurde, of dat geleidelijk of in schoksgewijze stappen plaatsvond, en of ook bijv. andere klimaatfactoren (zoals regenval) op soortgelijke wijze veranderden, was tot nu toe niet goed bekend. Het nu uitgevoerde onderzoek geeft voor centraal Europa de eerste gedetailleerde gegevens. Deze gegevens kunnen volgens de onderzoekers bijdragen aan een beter begrip van de veranderingen van het klimaat die momenteel wereldwijd lijken plaats te vinden.

Voorafgaand aan de periode van temperatuurstijging, blijkt een fase te hebben bestaan waarin Ďs winters de neerslag toenam, terwijl die Ďs zomers juist afnam. Dit duurde ongeveer 30 jaar (9600-9570 v.Chr.). In totaal nam de neerslag af, waardoor zowel de waterspiegel in het meer als de grondwaterspiegel in de directe omgeving daalde. Omstreeks 9570 v.Chr. werd het klimaat even veel natter maar direct daarna juist droger, gelijktijdig met het begin van een temperatuurstijging (9570-9550 v.Chr.). In deze fase viel vooral 's winters weinig neerslag. De toename van de temperatuur betrof vooral de winters; 's zomers was van de klimaatverbetering nog weinig of niets te merken. Op deze fase volgde een tweede (9550-9510 v.Chr.) waarin ook de zomers warmer werden. Zowel de zomers als de winters werden plotseling veel natter; daardoor kwam er een einde aan de daling van de waterspiegel in het meer en van de grondwaterspiegel. Gedurende de daarop volgende 70 jaar (9510-9440 v.Chr.) was het veel droger en zakte de waterspiegel van het meer (evenals waarschijnlijk de grondwaterspiegel) opnieuw. Opvallend is dat de bioproductiviteit in het meer (d.w.z. de hoeveelheid organismen) toen zeer groot was.

Binnen niet meer dan 160 jaar zijn dus aanzienlijke veranderingen in het klimaat opgetreden; het meest opvallende, benadrukken de onderzoekers, is echter dat de veranderingen van het ene naar het andere klimaattype steeds zo snel plaatsvonden (altijd binnen 10 jaar). Ze tekenen daarbij aan dat in de huidige klimaatmodellen zelden of nooit wordt uitgegaan van processen die het klimaat op zo korte termijn zo drastisch kunnen veranderen; in het geologisch verleden waren dat kennelijk normale veranderingstermijnen. De huidige klimaatmodellen zullen daarom moeten worden aangepast.

Referenties:
  • Ralska-Jasiewiczowa, M., Goslar, T., Růzanski, K., Wacnik, A., Czernik, J. & Chrůst, L., 2003. Very fast environmental changes at the Pleistocene/Holocene boundary, recorded in laminated sediments of Lake Gosciaz, Poland. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 193, p. 225-247.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Klimaatverandering deed zich vroeger vaak en abrupt voor' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (26 april 2003).

Afbeelding beschikbaar gesteld door Tomasz Goslar.

336 IJzer als voedingsstof in zee komt vooral via regen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !

Niet alle diepmariene afzettingen bevatten evenveel fossielen. Dat komt doordat bepaalde gebieden in de oceaan in het oppervlaktewater meer organismen bevatten dan andere: waar geen of weinig organismen met schaaltjes of skeletjes voorkomen, kunnen immers - na het afsterven van die organismen - ook weinig of geen schaaltjes tot op de bodem zinken. De mate waarin organismen in de oppervlaktewateren voorkomen (de bioproductiviteit) hangt nauw samen met de beschikbaarheid van voedingsstoffen. Daartoe behoren onder meer metalen, zoals ijzer. Gebrek aan ijzer is op veel plaatsen in zee een van de belangrijkste redenen van een geringe bioproductiviteit.


UIT IJZEROER WORDT SMEEDIJZER GEWONNEN IN EEN EXPERIMENTELE OVEN

Het ijzer in zee is van verschillende bronnen afkomstig, onder meer rivierwater waarin ijzer in opgeloste vorm voorkomt. Voor gebieden die ver van het land af liggen, is rivierwater uiteraard geen bron van betekenis. Het ijzer in die gebieden is vooral afkomstig van door de lucht aangevoerd stof dat in zee terechtkomt. De stofdeeltjes uit de lucht komen in het water terecht als ze door de wind worden aangevoerd waarna de wind gaat liggen, of via regenbuien uit wolken waarin stofdeeltjes zijn meegevoerd.

IJzer in zee draagt alleen maar bij aan de bioproductiviteit als het in opgeloste vorm voorkomt. In zeewater zelf lost ijzer nauwelijks op, zodat het bij de bioproductiviteit vooral gaat om ijzer dat in opgeloste vorm door de lucht wordt aangevoerd. Tot nu toe werd aangenomen dat 'droge' stofdeeltjes de belangrijkste bron van opgelost ijzer waren, maar onderzoek van medewerkers aan de Universiteit van Princeton (Verenigde Staten) wijst nu anders uit: op basis van modelberekeningen kwamen ze tot de conclusie dat in kustgebieden ongeveer 40% van al het door de lucht aangevoerde opgeloste ijzer afkomstig is van regen, en dat dat voor de open zee zelfs zoín 60% is. De onderzoekers schatten dat op deze wijze jaarlijks zoín 0,5-4 miljoen kg in regendruppels opgelost ijzer in zee terechtkomt. Dat is niet meer dan 4-30% van al het ijzer dat via de lucht in zee terechtkomt, maar het overgrote deel van het aangevoerde ijzer bevindt zich niet in opgeloste vorm. En het is altijd nog aanzienlijk meer dan het ijzer dat in opgeloste vorm met 'droge' deeltjes in zee terecht komt: daarbij gaat het om slechts 0,6-2,4% van al het aangevoerde ijzer.

De marge van 4-30%, die de onderzoekers aanhouden voor het percentage ijzer dat in opgeloste vorm via regen in zee terechtkomt, is typerend voor de grote onzekerheid die nog bestaat ten aanzien van het vervoer van stof vanaf het land naar zee. De bovenste limiet (30%) is echter wel driemaal van wat tot nu toe algemeen als bovengrens werd aangenomen. Dat in regendruppels zoveel meer opgelost ijzer voorkomt dan eerder werd aangenomen, komt volgens de onderzoekers doordat tijdens het transport van de waterdeeltjes in de vorm van wolken veel stofdeeltjes chemische reacties ondergaan waarbij ijzerionen (in feite: opgelost ijzer) ontstaan.

Referenties:
  • Gao, Y., Fan, S.-M. & Sarmiento, J.L., 2003. Aeolian iron input to the ocean through precipitation scavenging: a modelling perspective and its implication for natural iron fertilizatioon in the ocean. Journal of Geophysical Research 108-D7, p. ACH 7-1 - 7-13 (doi 10.1029/2002JD002420).

Afbeelding en toestemming van Roeland Paardekooper, medewerker Historisch Openluchtmuseum Eindhoven.

337 Kleiner ozongat boven Antarctica door opwarming zuidelijk halfrond
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Na de toch al warme winter (onze zomer!) van 2002 op het zuidelijk halfrond volgde een septembermaand die (vooral na de 20e) nooit eerder zo warm was geweest. Het gevolg was een abnormale afname van het ozongat boven de zuidpool. Een Amerikaans onderzoeksteam (Karl Hoppel, Richard Bevilacqua, Douglas Allen en Gerald Nedoluha van het Naval Research Lab in Washington; Cora Randall van de Universiteit van Colorado in Boulder) kwam tot deze bevindingen op basis van metingen met het Polar Ozone and Aerosal Measurement III instrument. De metingen wezen uit dat er in de stratosfeer een exceptioneel sterke menging met van elders aangevoerde lucht plaatsvond. Omdat die lucht een relatief grote hoeveelheid ozon bevatte, leidde dat tot een opmerkelijke toename van het ozongehalte in zowel het lagere als het middelste deel van de stratosfeer, juist op het tijdstip van het jaar waarop de omvang van het ozongat gewoonlijk maximaal is.


OZONGAT ZUIDPOOL

In de stratosfeer boven de noordpool komen - in tegenstelling tot in de stratosfeer boven de zuidpool - gewoonlijk weinig golfachtige luchtbewegingen voor. Daardoor blijft er altijd een sterke, koude vortex nabij de zuidpool in de atmosfeer bestaan. De in die luchtkolom aanwezige lucht wordt slechts minimaal gemengd met lucht uit de omgeving, en omzetting van ozon leidt dan ook direct tot een lager ozongehalte ter plaatse (het ozongat). Bij de noordpool zijn er veel meer luchtbewegingen, is er niet zoín stabiele vortex, en treedt dus minder menging van lucht op. Dat verklaart waarom er geen vergelijkbaar 'ozongat' boven de noordpool bestaat.

De aanvoer van ozon tot boven Antarctica vond in september 2002 plaats met lucht die van buiten de polaire vortex werd aangevoerd naar het gebied waar de metingen werden verricht. In dat gebied werd op de hoogte waar normaliter ozon verloren gaat vanwege reacties waarbij chloor als katalysator optreedt (dat wil zeggen de hoogte waar de potentiŽle temperatuur lager is dan 600 K) gemeten dat het ozongehalte met dezelfde snelheid afnam als in vroegere jaren, tot de tijd waarop een sterke opwarming plaatsvond. Vanaf dat moment vonden nauwelijks nettoverliezen van ozon meer plaats; het gevolg was dat gedurende de winter van 2002 in vergelijking met voorafgaande winters zoín 20% minder ozon verloren.

Het is nog niet duidelijk of er sprake is van een uitzonderlijke situatie of van een nieuwe ontwikkeling. Dat kan pas dit jaar worden vastgesteld, waarbij de karakteristieken van de polaire vortex doorslaggevend zijn. Het normale patroon van een vortex waarin nauwelijks menging van lucht uit de omgeving plaatsvindt, werd in 2002 doorbroken door de duidelijke opwarming. Daardoor werd de vortex minder sterk en kon menging met ozonhoudende andere lucht optreden. Het ging bij de waargenomen mindere ontwikkeling van het jaarlijkse ozongat boven de zuidpool in 2002 daarom om extra aanvoer, niet om minder verlies van ozon dan vroeger.

Referenties:
  • Hoppel, K., Bevilacqua, R., Allen, D. & Nedoluha, G., 2003. POAM III observations of the anomalous Antarctic ozone hole. Geophysical Research Letters 30 (7), p. 47-1 - 47-4 (doi: 10.1029/2003GL0116899).

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (3 mei 2003).

Afbeelding met toestemming uit KNMI-voorlichting

338 Geen fossielen nodig voor fossiel DNA
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Reconstructie van vroegere ecosystemen op basis van de daarin toen levende planten- en diersoorten vereiste tot nu toe fossielen. Onder specifieke omstandigheden blijkt dat niet nodig: ook op basis van DNA dat via uitwerpselen of urine van dieren in de bodem is terecht gekomen kan soms de vroegere fauna worden gereconstrueerd; DNA uit chloroplasten dat in de bodem bewaard is gebleven kan helpen om de vroegere flora te reconstrueren. Dat blijkt uit een opzienbarend onderzoek dat door een team van Deense, Engelse en Russische onderzoekers werd uitgevoerd in de toendraís van SiberiŽ, op plaatsen waar een permafrost (permanent bevroren bodem) aanwezig is, en in grotten in Nieuw-Zeeland, waar in de bodemsedimenten soortgelijke vondsten werden gedaan.

De vondst kan een revolutie betekenen voor onderzoeken van vroegere leefgemeenschappen (en daarmee ook van het vroegere klimaat). Het lijkt nu bijvoorbeeld mogelijk om op basis van dit soort gegevens meer te weten te komen over de routes die de vroege hominiden maakten bij hun 'verovering' van de wereld. Het lijkt ook mogelijk behoorlijk ver terug in de tijd te gaan, want de onderzochte sedimenten uit SiberiŽ bevatten volgens de onderzoekers het oudste DNA op basis waarvan betrouwbare conclusies zijn te trekken. Het gaat daarbij om het DNA van planten tot die maximaal 400.000 jaar geleden groeiden en om DNA van dieren die maximaal zoín 30.000 jaar geleden leefden.

Het blijkt goed mogelijk om op basis van het uit de bodem geÔsoleerde DNA vroegere soorten te herkennen. Zo konden de onderzoekers voor SiberiŽ 19 groepen angiospermen (bedektzadigen), gymnospermen (naaktzadigen) en mossen herkennen, evenals acht soorten dieren; deze laatste omvatten zowel nu levende bewoners zoals lemmingen al uitgestorven soorten zoals mammoeten en steppebizons. In de grotsedimenten van Nieuw-Zeeland troffen de onderzoekers DNA aan van de uitgestorven moa (een grote loopvogel) en van een plantengemeenschap die grote gelijkenis vertoont met die van voor de kolonisatie van Nieuw-Zeeland door mensen (omstreeks 1000 jaar geleden).

Het blijkt ook mogelijk om op basis van de vondsten ontwikkelingen te reconstrueren. Zo blijkt SiberiŽ tot zoín 11.000 jaar geleden een betrekkelijk weelderige steppevegetatie te hebben gehad; dat blijkt uit DNA van grassen in 36% van de monsters. Dat percentage neemt vervolgens af tot ca. 3%. Die geconstateerde vegetatieverandering komt overeen met eerdere opvattingen dat een veranderde vegetatie onder invloed van een klimaatverandering heeft bijgedragen aan het verdwijnen van veel grote zoogdieren zoals de mammoet. Overigens is al opgemerkt dat met dergelijke conclusies zorgvuldig moet worden omgesprongen: DNA uit uitwerpselen en urine kan, net als plantaardige resten, door binnendringend regenwater omlaag worden gespoeld, waardoor het nu in oudere lagen wordt aangetroffen dan waarin het oorspronkelijk thuishoort.

Referenties:
  • Stokstad, E., 2003. Ancient DNA pulled from soil. Science 300, p. 407.
  • Willerslev, E., hansen, A.J., Binladen, J., Brand, T.B., Gilbert, M.Th.P., Shapiro, B., Bunce, M., Wiuf, C., Gilichinsky, D.A. & Cooper, A., 2000. Diverse plant and animal genetic records from Holocene and Pleistocene sediments. Science 300, p. 791-795.

339 Waterige korst onder Nicaragua
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Structurele geologie, (Plaat)tektoniek & Aardbevingen !

Een keten van vulkanen in Nicaragua stoot lava uit waarvan de samenstelling erop wijst dat ter plaatse een aardschol (via subductie onder een andere schol) naar de diepte verdwijnt - en daar deels wordt opgesmolten tot materiaal dat via de vulkanen weer aan het aardoppervlak terecht komt - met een bijzondere samenstelling. Daaruit lijkt te kunnen worden opgemaakt dat de verdwijnende aardkorst twee- tot driemaal zoveel water bevat als enig ander stuk aardkorst; zelfs de oceanische korst bevat niet zoveel water.

Om dat na te gaan heeft een aantal Amerikaanse aardwetenschappers de snelheid gemeten waarmee schokgolven (veroorzaakt door aardbevingen op meer dan 100 km diepte) zich door het bovenste deel van de naar beneden wegzakkende aardschol voortplanten; de gevonden waarden vergeleken ze met voorspellingen voor de snelheid die geldt voor gehydrateerde mafische (zeer basische) gesteenten). Ze vonden dat die snelheid op 100-150 km diepte, in het bovenste gedeelte van de wegzakkende schol, 14,5% (plus of min 2,2%) lager was dan in het omringende gesteente van de aardmantel. Dat kan verklaard worden door een aanzienlijke hoeveelheid water in de wegzakkende schol; die hoeveelheid zou minstens vijf gewichtsprocent moeten zijn.

De herkomst van die grote hoeveelheid water is niet geheel duidelijk. De onderzoekers opperen de mogelijkheid dat die een gevolg is van een omhoog gerichte stroming van waterige vloeistoffen; dat zou op minimaal 100 km diepte moeten plaatsvinden. De betrokken waterige vloeistoffen zouden kunnen bestaan uit oceaanwater dat bij de subductie mee omlaag wordt 'gezogen', en waarin stoffen uit de aardmantel zijn opgelost. Dat ter plaatse een omhoog gerichte stroom van deze vloeistof bestaat verklaren de onderzoekers doordat de Nicaragua-schol ter plaatse van de subductie uitzonderlijk steil gesteld wordt. Uitgebreide breuksystemen in de directe nabijheid van de wegzakkende schol zouden het binnendringen van de vloeistof in de wegzakkende schol dan nog makkelijker maken.

Zo kan een soort interactie zijn ontstaan waarbij een steil wegzakkende schol gemakkelijk rijk aan water werd, terwijl het 'natte' karakter van de schol het steil wegzakken vergemakkelijkt, evenals het ontstaan van breuken die dan weer bijdragen aan een groter hoeveelheid binnendringend water.

Referenties:
  • Abers, G.A., Plank, T. & Hacker, B.R., 2003. The wet Nicaraguan slab. Geophysical Research Letters 30 (2), doi 10.1029/2002GL015649.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl