NGV-Geonieuws 49

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Juli 2003, jaargang 5 nr. 14

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 350 Plotselinge verandering in rivierafvoer oorzaak van ijsblokkade
  • 351 La Palma blijft stijgen
  • 352 Bacterie helpt aangetaste bouwwerken beschermen
  • 353 Romeinse ruÔne geeft beeld van opeenvolgende aardbevingen
  • 354 Jaarringen in Mexicaanse den weerspiegelen vulkanische uitbarsting in 1913

    << Vorige uitgave: 48 | Volgende uitgave: 50 >>

350 Plotselinge verandering in rivierafvoer oorzaak van ijsblokkade
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

In veel rivieren in het 'hoge noorden' treden nu en dan blokkades op door brokken ijs die van stroomopwaarts gelegen ijspakketten zijn losgebroken. Een bekend voorbeeld is de rivier die ontspringt in het Ontariomeer en die uitmondt in het Eriemeer; in die rivier trad stroomopwaarts van de Niagara-watervallen (op de grens van Canada en de Verenigde Staten) in het begin van de 20e eeuw zoín ijsblokkade op. Het rivierwater werd door die blokkade geheel tegengehouden, en tot hun verbazing merkten de bewoners bij het wakker worden dat de Niagara-waterval was drooggevallen. In de uiteraard ook drooggevallen rivierloop onder de watervallen verzamelden ze grote hoeveelheid 'archeologische' stukken, waaronder veel wapens uit de 19e eeuw.


DETAIL VAN DE UIT IJSBLOKKEN BESTAANDE DAM

Hoe een dergelijke ijsdam precies ontstaat, was nauwelijks bekend. Twee onderzoekers uit de Verenigde Staten hebben dat onderzocht aan de hand van zoín blokkade die in maart 1995 optrad in de Shokotsu, een rivier in het noorden van Japan. De rivieren in dat gebied zijn ieder jaar gedurende enkele maanden met een dikke laag ijs bedekt, maar ijsblokkades treden slechts zelden op (de vorige blokkade was in 1955). Volgens de onderzoekers zijn hun bevindingen representatief voor andere rivieren waarin soortgelijke blokkades kunnen voorkomen.

De Shokotsu ontspringt in een bergachtig gebied, en stroomt van daaruit over een vrij vlakke kustvlakte om uiteindelijk in zee uit te monden. In het bergachtige gebied is er een sterk verval van de rivier; in de kustvlakte is dat uiteraard veel minder. De ijsdam werd - evenals eerder - gevormd in het overgangsgebied tussen het steile en het vlakkere deel van de rivierloop. Dat de dam juist daar wordt gevormd, is niet verwonderlijk: de stroomsnelheid wordt plotseling minder en de geul wordt minder diep. Door de stroom meegevoerde ijsblokken kunnen daardoor relatief gemakkelijk blijven steken en zo een belemmering vormen waar volgende blokken weer op vastlopen. Het voorkomen van zandbanken is, evenals de aanwezigheid van bijv. vastgelopen restanten van meegevoerde bomen, een aanvullende reden waarom een ijsdam gewoonlijk ontstaat op de overgang van een steil naar een vlak gebied.

De belangrijkste vraag is echter waarom ijs uit de bovenloop soms in grote blokken wordt meegevoerd. In de meeste jaren gebeurt dat immers niet: bij het warmer worden in het voorjaar smelt het langzaam af. De onderzoekers analyseerden de beschikbare gegevens over de afvoer van de rivier, evenals de kenmerken van de rivierbedding. Ze kwamen daarbij tot de conclusie dat het ijs in de bovenloop in stukken werd gebroken toen er, tijdens een kortere periode van wat warmer weer, een enorme hoeveelheid regen in het stroomgebied was gevallen. Dat leidde tot een grote toename van de afvoer. Tegen het geweld waarmee dat gepaard ging in de steile rivierloop, was de ijslaag niet bestand. Die brak daardoor plaatselijk in stukken. De stroom kreeg in de zo ontstane gaten nog meer vat op het ijs, dat daardoor uiteindelijk geheel in stukken (van vaak vele meters groot) uiteenviel.

De watermassa vol grote, onregelmatige ijsblokken bereikte een punt waar tegelijkertijd de helling minder steil en de stroomsnelheid minder groot werd, maar waar ook de bedding aan de bovenzijde relatief smal was, en waar bovendien een bocht in de rivier zat. Daar werden de ijsblokken als het ware gevangen.

Referenties:
  • Shen, H.T. & Liu, L., 2003. Shokotsu River ice jam formation. Cold Regions Science and Technology 37, p. 35-49.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Y. Watanabe

351 La Palma blijft stijgen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Hoe hard de zeespiegel ook mag stijgen, de toeristen die La Palma als vakantieoord hebben uitgekozen zullen er geen natte voeten door krijgen, want het eiland wordt al geruime tijd opgeheven, en dat gaat nog steeds door. Dat blijkt uit Frans/Spaans onderzoek, waarbij landschapsvormen werden geanalyseerd en de tijd van hun vorming radiometrisch werd bepaald.
La Palma, een van de Kanarische Eilanden, is een vulkanisch eiland van ongeveer 730 km2. Het noordelijke deel bestaat uit een uitgedoofde (of slapende) schildvulkaan; het zuidelijk deel kent nog actief vulkanisme. Dat hangt samen met de ligging op een breukzone in de oceanische korst, die tot uiting komt in een vulkanische rug waarop de eilandengroep ligt. La Palma is in feite een top van die rug en mag worden beschouwd als onderdeel van een 6 km hoge vulkaan op de zeebodem.

Een opvallend gedeelte van La Palma is de Caldera de Taburiente, het overblijfsel van een vulkaan die explosief zoveel materiaal uitbraakte dat de vulkaan zelf instortte. De vrijwel cirkelvormige krater heeft een doorsnede van 5 km en is - ten opzichte van de toppen van de krater, zoín 1000 m diep. Vanuit deze instortingskrater is een diep dal geŽrodeerd (de Barranco de las Angustias) waarin kussenlavaís te zien zijn op 600 m hoogte. Omdat kussenlavaís ontstaan wanneer lava in zee uitstroomt, moet het gebied sindsdien dus minimaal 600 m zijn opgeheven. Datering van de lava met de K/Ar-methode wijst op een ouderdom van 507.000 (plus of min 11.000) jaar. Dat betekent een gemiddelde opheffingssnelheid van 0,4 mm per jaar. Deze waarde komt overeen met eerdere schattingen van de opheffingssnelheid op basis van de aanwezigheid van langs de kust gevormde (maar nu boven het zeeniveau liggende) afzettingen. Ook terrassen op het noordelijk deel van het eiland wijzen op zoín opheffingssnelheid.

Uit de diverse waarnemingen concluderen de onderzoekers dat de opheffing in het verleden vrij constant moet zijn geweest, en dat die opheffing ook nu nog, met gelijke snelheid, doorgaat. Daarmee is La Palma een van de weinige oceanische eilanden die momenteel niet dalen maar juist worden opgeheven. De onderzoekers menen dat de opheffing een gevolg is van een locale opheffing van de oceanische korst onder invloed van de concentratie ter plaatse van magma (in een zogenaamde magmahaard), dat door de breukvorming van de korst ter plaatse relatief gemakkelijk uit de diepte kan oprijzen.

De voortgaande opheffing brengt risicoís met zich mee: hellingen worden er iets steiler door en dat kan net genoeg zijn om grote grondverschuivingen te initiŽren. Dat is in het verleden ook met redelijk grote frequentie (maar onregelmatig) gebeurd. Helemaal veilig voor toeristen is La Palma dan ook niet.

Referenties:
  • Hildenbrand, A., Gillot, P.-Y., Soler, V. & Lahitte, P., 2003. Evidence for a persistent uplifting of La Palma (Canary Islands), inferred from morphological and radiometric data. Earth Planetary Science Letters 210, p. 277-289.

352 Bacterie helpt aangetaste bouwwerken beschermen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Bij de bescherming van kalkachtige bouwwerken, monumenten en beelden tegen de aantasting door zure regen kunnen bacteriŽn een belangrijke rol spelen. Dat blijkt uit onderzoek door medewerkers van de Universiteit van Granada onder leiding van Carlos RodrŪguez-Navarro. Ze startten hun onderzoek vanwege de ernstige aantasting van bijzondere gebouwen zoals het Alhambra, dat dateert uit de 9e eeuw.


DOOR ZURE REGEN AANGETASTE TOEGANGSPOORT VAN HET ALHAMBRA

Calcietbevattende gesteenten zoals kalksteen - in mindere mate dolomiet en marmer, maar in nog veel sterkere mate kalkhoudende zandsteen - zijn buitengewoon gevoelig voor zure regen, omdat het water in de poriŽn doordringt; de poriŽn hebben samen een oppervlakte dat vele malen groter is dat het buitenoppervlak van een gebouw of monument, waardoor de oplossing van de kalksteen sterk wordt versneld. Er wordt dan ook reeds geruime tijd gezocht naar methoden om die oplossing te verminderen. Daarvoor zijn in het verleden proeven gedaan met bacteriŽn (o.a. Bacillus pasteurii en Bacillus subtilis) die kalk afscheiden, maar dat middel bleek erger dan de kwaal: er ontstonden proppen van calciet (CaCO3) in de poriŽn zonder dat daarmee het verweringsproces werd gestopt. Bovendien werden ook kalklaagjes afgezet op plaatsen waar dat niet gewenst was, vooral doordat de bacteriŽn zich vaak snel voortplantten.

Het laboratoriumexperiment dat nu is uitgevoerd maakte gebruik van een andere bacterie (Myxococcus xanthus), die wijd verbreid in de bodem voorkomt en waarvan geen schadelijke effecten voor andere organismen bekend zijn. Ook deze bacterie scheidt kalk af (biomineralisatie), maar hij doet dat op een heel andere manier. De gevormde kristallen vormen een geheel met het bestaande kalkoppervlak, waardoor als het ware een resistente coating aan de binnenzijde van de poriŽn werd gevormd. Dat gebeurde nadat de bacterie via een vloeibare cultuur op de desbetreffende materialen (monsters van enkele van de in Granada aangetaste gebouwen) waren aangebracht. Een extra voordeel bleek dat de bacteriŽn zich na opdroging van het gesteente niet langer meer vermenigvuldigden en geleidelijk afstierven. Het proces van coating kan daardoor precies zo lang worden voortgezet als nodig is (door het blijven toevoeren van een vloeibare cultuur), zonder dat daarna negatieve bijeffecten door ongewenste reproductie van de bacteriŽn optreedt.

Bij het experiment werd de toename van het gewicht van de behandelde steenmonsters (onder invloed van de door de bacteriŽn gevormde carbonaten) voortdurend gewogen. Daarbij bleek dat de chemische neerslag van kalk vrijwel geheel in de eerste 5-10 dagen plaatsvond. Dat is dus de duur van de behandelingsperiode. Na deze tijd vond er nog een kleine gewichtstoename plaats, maar na 20-30 dagen stopte die geheel, wat aangeeft dat er geen bacteriŽn meer actief waren. Om het 'coatingsproces' te doen stoppen, is het dus voldoende om de toediening van nieuwe vloeibare cultuur met bacteriŽn te beŽindigen.

Referenties:
  • Rodriguez-Navarro, C., Rodriguez-Gallego, M., Chekroun, K.B. & Gonzalez-MuŮoz, M.T., 2003. Conservation of ornamental stone by Myxococcus xanthus-induced carbonate biomineralization. Applied and Environmental Microbiology 69, p. 2182-2193.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Bacterie beschermt door zure regen aangetast monument' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (31 mei 2003).

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Carlos Rodriguez-Navarra

353 Romeinse ruÔne geeft beeld van opeenvolgende aardbevingen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Van de zuidelijke Apennijnen is uit historische bronnen bekend dat ze al sinds het begin van onze jaartelling door veel aardbevingen zijn getroffen. Onderzoek van een aan Hercules gewijd heiligdom bij Campochiaro toont aan dat dat ook eerder het geval is geweest. Het onderzoek toont zelfs aan met welke snelheid zich ter plaatse een breuk ontwikkelde.

Het bergachtige Samnium (een streek in de omgeving van Benevento) is een van de seismisch meest actieve gebieden van ItaliŽ. Gedetailleerde bronnen gaan ongeveer acht eeuwen terug, maar van de Middeleeuwen en de klassieke Romeinse oudheid is weinig bekend, ook wat betreft het optreden van aardbevingen. Onderzoek aan oude gebouwen om de seismische geschiedenis van het gebied te reconstrueren is, in tegenstelling tot op veel andere plaatsen in de Apennijnen, nooit eerder uitgevoerd. Zeer geschikt daarvoor blijken nu de ruÔnes en funderingen van het aan Hercules gewijde heiligdom, dat in de vierde eeuw voor Christus werd gebouwd en dat tot de vierde of vijfde eeuw na Christus nog druk werd bezocht.

In de ruÔnes zijn muren en funderingen ontzet op een wijze die steeds verder verergerde door opeenvolgende aardbevingen. De eerste die het gebouw duidelijk beschadigde dateert van de derde eeuw voor Christus. Dat blijkt uit de beschadigde en onbeschadigde delen, waarvan de ouderdom bekend is: sommige rechthoekige vertrekken dateren uit de vierde eeuw v.Chr., een zuilenhal uit de derde eeuw v.Chr., de stenen muur rondom het complex en een monumentale (nooit afgebouwde) poort van ca. 290 v.Chr., en een grote tempel van ongeveer 130 v.Chr. die over de gebouwen uit de vierde en derde eeuw is heen gebouwd.

Tot nu toe was van de eerste aardbeving niets uit historische bronnen of uit seismische inventarisaties bekend. Verdere aantasting van het gebouw vond plaats door de catastrofale aardbevingen (beide met een kracht van meer dan 6,5) van 1456 (12.000-70.000 doden) en 1805 (5000 doden), die uit historische bronnen goed bekend zijn.

In een voor dat doel gegraven sleuf van twee meter diep werd het geologische effect dat de aardbevingen hebben bewerkstelligd aangetoond. De sleuf werd gesitueerd door een breuklijn die vlak langs het heiligdom loopt. In de afzettingen was de breuk goed zichtbaar; hij loopt niet door tot aan het aardoppervlak, maar wordt als het ware afgedekt door sedimenten die na de laatste aardbeving gevormd zijn. De breuk geeft een verplaatsing te zien van ongeveer 110 cm. De onderzoekers concluderen dat de beweging langs de breuklijn tussen de derde eeuw voor Christus gemiddeld 0,9 mm per jaar moet hebben bedragen, maar dat het merendeel van die verplaatsing tijdens de drie grote aardschokken moet hebben plaatsgevonden. Op grond van de verstoringen menen ze dat de aardschok uit de derde eeuw voor Christus een kracht moet hebben gehad van ongeveer 6,7 dus net zo sterk was als de beving van 1456 die zoveel dodelijke slachtoffers maakte.

Referenties:
  • Galli, P. & Galadini, F., 2003. Disruptive earthquakes revealed by faulted archaeological relics in Samnium (Molise, southern Italy). Geophysical Research Letters 30 (5) 1266, doi 10.1029/2002GL016456, p. 70-1 - 70-4.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Aan Hercules gewijd heiligdom in ItaliŽ onthult aardbevingen' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (24 mei 2003).

354 Jaarringen in Mexicaanse den weerspiegelen vulkanische uitbarsting in 1913
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Oude bomen worden niet alleen gebruikt voor dateringen via de koolstof-14 methode, maar ook via de dikteverschillen van de opeenvolgende jaarringen (dendrochronologie). Die jaarringen weerspiegelen de mate waarin de omstandigheden gunstig voor groei waren. De belangrijkste parameter daarbij is het klimaat of - op kortere termijn - het weer. Een extreem donker of droog seizoen levert bijvoorbeeld veelal een dunne jaarring op.


EEN DUNNE GROEIRING IN PINUS HARTWEGII WEERSPIEGELT HET DOOR DE ERUPTIE TIJDELIJK VERSLECHTERDE GROEISEIZOEN VAN 1913

De groeiomstandigheden worden niet alleen bepaald door atmosferische processen, maar ook door lokale factoren. Bekend is dat grote vulkaanuitbarstingen - door de hoeveelheid stof die ze uitstoten, waardoor een deel van het zonlicht wordt tegengehouden - een of enkele seizoenen kunnen leiden tot verminderde diktegroei. Daarbij is opvallend dat de boom vaak in het jaar volgend op de slechte omstandigheden extra hard groeit. Dat betekent dus dat een extra dikke jaarring volgt op een uitzonderlijk dunne jaarring

Dat is precies wat een team van Amerikaanse en Mexicaanse onderzoekers vond toen ze het hout van een aantal exemplaren van een kleine, alleen in de bergen groeiende dennensoort (Pinus hartwegii) uit Mexico analyseerden. De dennen waren afkomstig van Nevado de Colima, in het meest westelijke deel van een jonge vulkanische gordel in Mexico.

Uit de dateringen blijkt dat de dennen in het begin van de 20e eeuw groeiden, en dat ze allemaal een uitzonderlijk dunne jaarring hebben voor 1913. In 73% van de onderzochte bomen was de dikte van de groeiringen uit 1913 en 1914 30% (of meer) geringer dan in andere jaren, maar er zijn zelfs bomen waarin de afname 83% bedraagt. In representatieve exemplaren is de jaarring minder dan een tiende millimeter dik. In 22 bomen is de jaarring van 1923 zelfs geheel afwezig, en dat geldt voor de jaarring van 1914 voor 8 bomen. De jaarring van 1915 is daarentegen steeds uitzonderlijk dik.

De slechte omstandigheden waaraan de dennen in 1913 blootstonden, moeten volgens de onderzoekers zonder enige twijfel worden toegeschreven aan de heftige uitbarsting van de VolcŠn de Fuego ('vulkaan van het vuur'), die in januari 1913 optrad. Het was een van de heftigste erupties van de bijna 4000 m hoge vulkaan sinds omstreeks 1500. Dat wil wel wat zeggen, want de vulkaan is een van de meest actieve of het Noord-Amerikaanse continent. De vulkaan, die 7,7 km ten zuiden van het gebied ligt waar de onderzochte monsters vandaan komen, stootte een hoeveelheid as uit die verspoelde, en die nu een pakket vormt dat maximaal 40 cm dik is, maar dat het gehele gebied tot zoín 15 km rondom de vulkaan afdekt met een laag van minimaal 15 cm; in deze laag komen ook talrijke vulkanische bommen voor. Luchtfotoís tonen dat de vulkaan bij de explosieve uitbarsting zijn top verloor: hij is nu bijna 100 m lager dan voor de uitbarsting, en zijn top is nu onregelmatig van vorm.

Dat deze zware uitbarsting zoín effect op de boomgroei had, komt primair door de grote hoeveelheid stof die plaatselijk hoog de lucht in werd geblazen. Het langdurig blijven neerdwarrelen van fijne asdeeltjes belemmerde de fotosynthese, maar ook werden huidmondjes verstopt, waardoor de gasuitwisseling tussen de bomen en de atmosfeer belemmerd werd. De op de grond neergekomen as heeft bovendien waarschijnlijk water en voedingsstoffen tijdelijk vastgehouden.

Referenties:
  • Biondi, F., Galindro Estrada, I., Gavilanez Ruiz, J.C. & Elizalde Torres, A., 2003. Tree growth response to the 1913 eruption of VolcŠn de Fuego de Colima, Mexico. Quaternary Research 59, p. 293-299.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Franco Biondi (Universiteit van Nevada).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl