NGV-Geonieuws 52

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 September 2003, jaargang 5 nr. 17

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 365 Naar het middelpunt der aarde
  • 366 Nanokristallen op meteoriet tijdig ontmaskerd als pseudofossielen
  • 367 Haaientanden verraden opvallende temperatuurverschillen in het zeewater gedurende het Krijt
  • 368 Verwering werkt broeikaseffect sterker tegen dan eerder aangenomen
  • 369 Nog oudere Ediacara-fauna gevonden

    << Vorige uitgave: 51 | Volgende uitgave: 53 >>

365 Naar het middelpunt der aarde
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Inwendige van de Aarde !

Jules Verne schreef er een van zijn beroemdste - en ook verfilmde - boeken over: een tocht naar het middelpunt der aarde. Het was fantasie, en had weinig met de werkelijkheid te maken. Ook in dat opzicht is het boek van Jules Verne een uitzondering: de aardwetenschappen waren, in tegenstelling tot de andere natuurwetenschappen en techniek nog nauwelijks tot ontwikkeling gekomen. Daarom kon Jules Verne, die in veel opzichten - naar later bleek - een visionaire geest had op het gebied van de techniek, ook nauwelijks gebruik maken van enig gegeven over het inwendige der aarde.

Inmiddels zijn we daarover, zowel door diepe boringen als geofysische onderzoeksmethoden, veel te weten gekomen. Toch bestaan er nog steeds grote onduidelijkheden over het inwendige der aarde. Dat betreft zowel de samenstelling van de diverse 'schillen' (binnen- en buitenkern, diverse door seismische overgangen gekarakteriseerde schillen in de mantel) als de daarin optredende bewegingen. Daarom vormt het inwendige der aarde nog een gebied dat ruimte biedt voor veel onderzoek. Het probleem is daarbij natuurlijk dat zowel temperatuur als druk zodanig hoog oplopen dat er geen apparatuur langdurig tegen bestand is.

Om daar toch onderzoek te kunnen doen is nu een technisch wild - maar volgens de opsteller ervan technisch haalbaar - plan gelanceerd. Er zou een soort waarnemingsapparaat ter grootte van een grapefruit, 'verpakt' in een legering van vloeibaar ijzer, naar de aardkern gestuurd moeten worden via een scheur die met explosieven wordt veroorzaakt. Daarvoor zijn explosieven nodig met een gezamenlijke kracht van ca. een miljoen megajoule, wat overeenkomt met enkele miljoenen tonnen TNT (gelijk aan een aardbeving met een kracht van 7 op de schaal van Richter). Het meest efficiënt zou hierbij een (onderaarde) nucleaire bom zijn. De daarbij ontstane verticale scheur zou zich, bij juist gekozen karakteristieken, verder neerwaarts uitbreiden (met ca. 5 m/s) onder invloed van de zwaartekracht. De scheur zou zich uiteraard na korte tijd weer sluiten onder invloed van de druk. Het waarnemingsapparaat zou zo, via de zich neerwaarts verplaatsende scheur, in ongeveer een week de aardkern kunnen bereiken. Verzamelde gegevens (temperatuur, elektrische geleidbaarheid, etc.) zouden via hoogfrequente seismische golven naar het aardoppervlak kunnen worden gezonden, waar ze zouden kunnen worden opgevangen.

Diep doordringen in de diepe aarde vereist enorm veel energie: per afgelegde afstand ongeveer een miljard maal zoveel als nu nodig voor ruimtevaart. Daarom, maar ook om veilig te kunnen afdalen, zou het apparaat in een grote massa van een vloeibare ijzerlegering moeten zitten. Daarbij denkt de 'uitvinder', David Stevenson van het California Institute of Technology, aan een hoeveelheid van 100.000 tot hooguit 10.000.000 ton ijzer. Dat komt overeen met wat alle hoogovens ter wereld samen in een uur (maximaal een week) produceren.

Stevenson merkt op dat het natuurlijk een duur onderzoeksproject zou zijn. 'Duur' vindt hij echter zelf een relatief begrip: de kosten zouden zeer gering zijn in vergelijking met de kosten van het ruimteonderzoek.

Referenties:
  • Stevenson, D.J., 2003. Mission to Earth’s core - a modest proposal. Nature 423, p. 239.

366 Nanokristallen op meteoriet tijdig ontmaskerd als pseudofossielen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het had gemakkelijk opnieuw grote opwinding kunnen veroorzaken, want weer zijn op een meteoriet sporen van leven gevonden. De opwinding zal echter uitblijven, want onderzoek heeft uitgewezen dat deze 'fossiele' sporen moeten zijn ontstaan tijdens de zeventig jaar dat de meteoriet op het aardoppervlak heeft gelegen.


STAAFVORMIGE KRISTALLEN (ELK CA. 80 NM BREED) OP DE METE0RIET TATOUINE.

Het gaat om een meteoriet die in Zuid-Tunesië (bij Tataouine) is gevonden, en waarop zeer kleine kristalletjes van het mineraal calciet (CaCO3) waren aangetroffen. Dergelijke kristalletjes (25-300 nm) met een kenmerkende afgeronde vorm zijn op aarde bekend als overblijfselen van nanobacteriën. Er is nog steeds een wetenschappelijke strijd gaande over de vraag wanneer dergelijke kristalletjes een organische oorsprong hebben. Daarvoor worden nu als criteria veelvuldig aangehouden: concentratie in kolonieachtige hoopjes, geen oriëntatie die overeenkomt met die van het onderliggende mineraal, een staafvorm met afgeronde hoeken, en een kleine spreiding in grootte. Aan al deze criteria voldoen de kristalletjes op de bij Tataouine gevonden meteoriet.

Eerder ontstond grote ophef over nanokristalletjes die op een van Mars afkomstige meteoriet werden aangetroffen, en waarvan men - op basis van de hierboven genoemde criteria - geruime tijd dacht dat ze wezen op leven op Mars. Later bleek toch dat die kristalletjes (naar alle waarschijnlijkheid) geen fossiele oorsprong hadden. Die ervaring heeft de onderzoekers van de Tunesische meteoriet terughoudend gemaakt. Ze hebben de meteoriet daarom aan een uiterst nauwgezet onderzoek onderworpen met een vorm van onderzoek die ook in de bodemkunde wordt toegepast (maar met gebruikmaking van bekende technieken zoals scanning electron microscopy - SEM - en transmission electron microscopy - TEM).

De nanokristalletjes op de meteoriet van Tatouine bleken bij dat onderzoek niet zo onafhankelijk van de ondergrond als op het eerste gezicht leek. Ze bleken namelijk in hoge mate geconcentreerd in de buurt van 'draadjes' (filamenten) die afkomstig waren van microorganismen die het oppervlak van pyroxeenkristallen aan de buitenzijde van de meteoriet hadden gekoloniseerd gedurende de ruim zeventig jaar dat de meteoriet in de droge bodem op aarde had doorgebracht. Daarbij was opvallend dat de pyroxeenkristallen op het meteorietoppervlak onder de nanokristalletjes van calciet steeds een kleine (slechts enkele microns diepe) depressie vertoonden. Daaruit moet worden geconcludeerd dat op die plaatsen onder de in de bodem heersende omstandigheden iets gemakkelijker dan elders nanokristalletjes van calciet werden gevormd, terwijl de pyroxeen juist daar iets sterker oploste dan elders.

De calcietstaafjes, die kleine rozetten vormen, bleken bovendien weliswaar uit een enkel calcietkristalletje bestaan, maar daaromheen bleek steeds een dun laagje te zitten met een iets andere samenstelling. Dat laagje zorgt voor de afgeronde hoeken, die dus geen eigenschap van de calcietkristalletjes zelf blijken te zijn. Een dergelijke opbouw is ongewoon voor zuivere calcietkristallen die op natuurlijke wijze ontstaan. Wel kunnen dergelijke vormen tot stand komen onder inwerking van 'afvalproducten' van levende organismen. Volgens de onderzoekers is het dus een samenspel van biologische en niet-biologische bodemprocessen geweest die de staafjes heeft doen ontstaan. Van restanten van buitenaards leven is geen sprake.

Referenties:
  • Benzerara, K., Menguy, N., Guyot, F., Dominici, Vhr. & Gillet, Ph., 2003. Nanobacteria-like calcite single crystals at the surface of the Tataouine meteorite. Proceedings of the National Academy of Sciences, early ed., www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.0832464100, 5 pp.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Pseudofossielen van meteoriet wijzen niet op sporen van leven' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (9 augustus 2003).

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Karim Benzerara van het Laboratoire de Minéralogie-Crystallographie van het Centre National de la Recherche Scientifique (Parijs).

367 Haaientanden verraden opvallende temperatuurverschillen in het zeewater gedurende het Krijt
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

Het oppervlaktewater van de zeeën in de noordelijke subtropen (30°-35° N.B.) had gedurende het Krijt een heel andere temperatuurverdeling dan nu, en ook veranderde die temperatuur sterk in de loop der tijd. Dat blijkt uit onderzoek van een team Fransen, die de vroegere temperatuur van het zeewater op diverse plaatsen bepaalden aan de hand van haaientanden die destijds in het bodemsediment werden opgenomen. In het glazuur van die tanden komt het mineraal apatiet voor, Ca5(PO4)3F. De diverse elementen worden door vissen opgenomen uit het water. Dat geldt ook voor de zuurstof: daardoor worden de twee zuurstofisotopen 18O en 16O in het tandglazuur opgenomen in een verhouding die weerspiegelt in welke verhouding deze twee isotopen in het zeewater voorkomen. Die verhouding hangt samen met de temperatuur.

Al eerder zijn op die basis vroegere temperaturen op aarde bepaald, maar dat gebeurde nog niet eerder voor het Krijt. Juist voor het Krijt zijn indicatoren voor het vroegere klimaat (en in het bijzonder de temperatuur) echter belangrijk, want deze periode werd - op basis van de verspreiding van bepaalde fossielen - al geruime tijd beschouwd als zeer warm. E wordt wel van een 'broeikas' in het Krijt gesproken. Er bestond echter veel onenigheid over de vraag of het gehele Krijt uitzonderlijk warm was: sommige onderzoekers zijn zelfs van mening dat er in het begin van het Krijt van een 'koelkasteffect' sprake was. Ook was tot nu toe onduidelijk of er al dan niet duidelijke fluctuaties in de temperatuur optraden in de loop van het Krijt, en hoe de temperatuurverdeling ruimtelijk was. Het nu uitgevoerde onderzoek geeft daarop een - in sommige opzichten verrassend - antwoord.

De geanalyseerde haaientanden wijzen uit dat het begin van het Krijt niet bijzonder warm was, maar dat er - met twee tijdelijke inzinkingen omstreeks 135 en 120 miljoen jaar geleden - een geleidelijke temperatuurstijging optrad die zijn top omstreeks 100-95 miljoen jaar geleden bereikte. Daarna nam de temperatuur weer geleidelijk af. De laagst voorkomende temperaturen van het oppervlaktewater in de subtropische oceaan (de zogeheten Tethys-zee) bedroegen 13-14 °C en de hoogste ca. 28-29 °C.

Deze minimale en maximale 'isotopentemperaturen' verschillen echter waarschijnlijk iets teveel. De ijskappen tijdens het Vroeg-Krijt moeten een zekere invloed op de verhouding tussen de zuurstofisotopen in het oppervlaktewater hebben gehad, en ook het hoge zoutgehalte tijdens het eind van het Krijt heeft waarschijnlijk effect. De onderzoekers denken daarom dat het verschil tussen minimum- en maximumtemperatuur geen 15 °C maar in de orde van 10 °C is geweest - overigens nog altijd een grote temperatuurfluctuatie. Binnen het subtropische zeegebied waren de temperatuurverschillen van het water van plaats tot plaats relatief gering: 0,2-0,3 °C per breedtegraad, terwijl dat tegenwoordig ongeveer 0,4 °C is.

Referenties:
  • Pucéat, E., Lécuyer, Chr., Sheppard, S.M., Dromart, G., Reboulet, S. & Grandjean, P., 2003. Thermal evolution of Cretaceous Tethyan marine waters inferred from oxygen isotope composition of fish tooth enamels. Paleoceanography 18 (12), doi 10.129/2002PA000823, p. 7-1 - 7-12.

368 Verwering werkt broeikaseffect sterker tegen dan eerder aangenomen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Jaarlijks vervoeren rivieren gigantische hoeveelheden koolstof (in de vorm van opgeloste carbonaten en bicarbonaten) naar zee. Dat geldt uiteraard vooral voor zeer grote rivieren, zoals de Mississippi (de grootste rivier van de Verenigde Staten). De meegevoerde (bi)carbonaten lijken op het eerste gezicht afkomstig te zijn van verweringsproducten, maar al eerder is vastgesteld dat meer dan de helft van alle door de Mississippi meegevoerd (bi)carbonaten (HCO3- en CO32-) afkomstig zijn van koolzuurgas (CO2) uit de atmosfeer. Dat komt doordat bij de verwering van gesteenten veel koolzuurgas uit de atmosfeer wordt gebruikt (en opgenomen in de verweringsproducten). De door de rivieren meegevoerde stoffen komen uiteindelijk in zee terecht en worden daar onder meer gebruikt door allerlei organismen om kalkschaaltjes of -skeletjes op te bouwen die na hun afsterven grotendeels in het bodemsediment worden opgenomen (slechts een deel lost tijdens het bezinken weer op in het zeewater). Dit betekent dus, ruw geschetst, dat de rivieren (bi)carbonaat vervoeren doordat CO2 aan de atmosfeer is onttrokken, terwijl de in de CO2 aanwezige koolstof grotendeels in het sediment op de zeebodem terechtkomt. Zo verdwijnt er door verwering van gesteenten en daarop volgende afvoer van de grotendeels opgeloste verweringsproducten naar zee dus netto koolzuurgas uit de atmosfeer, waardoor het broeikaseffect wordt tegengegaan.


MISSISSIPPI RIVER

Twee Amerikaanse onderzoekers hebben onderzocht hoe dit allemaal uitwerkt voor de Mississippi. Een van hun bevindingen was dat de rivier een hoeveelheid (bi)carbonaat meevoert die gelijkstaat aan ongeveer 1% van de jaarlijkse Amerikaanse uitstoot van CO2. Ze berekenden de totale meegevoerde hoeveelheid (b)carbonaten door daarvan de concentratie in de Mississippi te meten, en vervolgens die waarde te relateren aan de totale jaarlijkse waterafvoer. De gevonden concentratie was gelijk (of iets hoger) dan de waarde die daarvoor ongeveer een halve eeuw geleden was bepaald. Dat was een verrassende uitkomst, omdat de neerslag in het stroomgebied van de Mississippi in diezelfde halve eeuw met bijna de helft is gestegen. Dat betekent dus dat nu ruim de helft meer - namelijk 59% - (bi)carbonaat wordt meegevoerd dan een halve eeuw geleden.

De oorzaak van deze toename ligt waarschijnlijk in het intensievere gebruik van het stroomgebied voor landbouwdoeleinden. Landbouwgrond geeft de daarin aanwezige (bi)carbonaten namelijk relatief gemakkelijk af. Bovendien treedt bij landbouwgronden - onder meer vanwege het ploegen - een sterkere blootstelling aan de omgeving op dan bij ander bodemgebruik. Het resultaat is een snellere verwering. Hoe snel die verwering in het verleden plaatsvond is niet goed bekend. De weinige gegevens zouden er volgens de onderzoekers op wijzen dat de verwering in het stroomgebied van de Mississippi nu ongeveer tweemaal zo snel gaat als slechts vijftien jaar geleden. Dat is misschien wat veel van het goede, maar een significante toename gedurende de laatste decennia lijkt zeker. Daarmee blijkt verwering nu een belangrijker dan gedachte factor die het veronderstelde broeikaseffect tegengaat.

Referenties:
  • Ittekot, V., 2003. A new story from Ol’ Man River. Science 301, p. 56-58.
  • Raymond, P.A. & Cole, J.C., 2003. Increase in the export of alkalinity from North America’s largest river. Science 301, p. 88-91.

Afbeelding van Richard Rathe en geplaatst met zijn toestemming (copyright 1976, 2002) zie: http://rathe.medinfo.ufl.edu/personal/bikecentennial/part08.html

369 Nog oudere Ediacara-fauna gevonden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De Ediacara-fauna blijft om tal van redenen intrigeren. De fauna wordt vrijwel alleen gevonden in Precambrische gesteenten, d.w.z. in gesteenten die dateren van voor het moment dat er plotseling (aan het begin van het Cambrium, ca. 544 miljoen jaar geleden) een uitbundige en gevarieerde fauna optrad, inclusief allerlei dieren met een uitwendig skelet (schelpen, etc.). De Ediacara-fauna, die grotendeels bestaat uit afdrukken in modderige bodems, bestond uit dieren die geen harde delen hadden die gemakkelijk konden fossiliseren. Van de meeste dieren kunnen we alleen vaststellen dat het gaat om soorten van groepen die (waarschijnlijk grotendeels al op de overgang van Precambrium naar Cambrium) zijn uitgestorven. Het ging niettemin om een betrekkelijk soortenrijke fauna, waarbij sommige soorten een lengte van meer dan een meter bereikten. Dat is des te opmerkelijker omdat het de eerst bekende fauna is van complexe meercellige dieren.

In Newfoundland is nu een nieuwe vindplaats van deze fauna ontdekt. En net zoals dat bijna altijd het geval is, biedt ook deze vindplaats weer een aantal verrassingen. Wellicht het belangrijkste is dat de gesteenten aanzienlijk ouder zijn (580 miljoen jaar) dan de tot nu toe oudste bekende Ediacara-fauna (565 miljoen jaar). De gesteenten waarin de nieuwe fauna is aangetroffen ligt 1500 m onder een ander niveau waarin al eerder een Ediacara-fauna was aangetroffen. Het pakket met de nieuw ontdekte fauna bestaat uit vulkanische as die in zee is terecht gekomen. De vallende as heeft waarschijnlijk het leven ter plaatse tijdelijk onmogelijk gemaakt, maar tegelijk gezorgd dat de dieren direct zodanig onder een sedimentpakket opgesloten werden, zodat aaseters (als die er waren) geen tijd kregen om de restanten op te eten. Tevens zorgde de verse as dat de dieren een in veel gevallen goed bewaard gebleven afdruk in de bodem achterlieten.


CHARNIA MASONI AFKOMSTIG UIT DE DROOK FORMATION ROCKS NABIJ PORTUGAL COVE SOUTH IN NEWFOUNDLAND

Opvallend is dat de fauna voorkomt in een pakket dat net boven aanzienlijke afzettingen van een ijstijd ligt. De glaciale afzettingen (ca. 595 miljoen jaar oud) werden gevormd in een tijd dat volgens sommige onderzoekers de hele aarde (dus inclusief de oceanen) bedekt was met een ijslaag ('sneeuwbal aarde'). Het nauwe stratigrafische verband zou een aanwijzing kunnen zijn dat deze uitgebreide ijstijd in het late Precambrium heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van complexe levensvormen.


De fauna bestaat ter plaatse uit slechts twee als zodanig herkenbare soorten: Charnia masoni (een soort die al uit Engeland bekend was) en een nieuwe soort: Charnia wardi. De exemplaren hiervan zijn maximaal bijna 2 m lang, waarmee het gelijk de grootst bekende soort uit de Ediacara-fauna is.

Referenties:
  • Narbonne, G.M. & Gehling, J.G., 2003. Life after snowball: the oldest complex ediacaran fossils. Geology 31, p. 27-30.

Afbeelding met toestemming van Guy Narbonne (copyright holder). Voor uitvoerige gegevens: http://www.geol.queensu.ca/museum/exhibits/ediac/drook/


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl