NGV-Geonieuws 56

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 November 2003, jaargang 5 nr. 21

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 385 Stalagmiet geeft tendensen in neerslag aan, geen precieze fluctuaties
  • 386 Yarrabubba - een uitzonderlijke inslagkrater
  • 387 Planten veroverden land al in Midden-Ordovicium
  • 388 Bronnen van CO2-verontreiniging in Parijs onderscheiden
  • 389 Onderzoek naar verband tussen moessons en Milankovitch-cycli

    << Vorige uitgave: 55 | Volgende uitgave: 57 >>

385 Stalagmiet geeft tendensen in neerslag aan, geen precieze fluctuaties
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

Speleothemen - de (hangende) stalactieten en de (staande) stalagmieten in kalksteengrotten - komen steeds meer in de geologische belangstelling te staan. Dat komt vooral doordat er, dankzij steeds verfijndere technieken, veel paleoklimatologische gegevens aan zijn te ontlenen. Dat betreft onder meer de (vroegere) temperatuur, de neerslag en de vegetatie; technieken die bij de analyse van deze klimaatparameters worden gebruikt, omvatten ondermeer analyse van de isotopenverhoudingen in zuurstof en koolsof, luminescentie, en frequentie=analyse van sporenelementen. De ontwikkeling in de tijd kan worden vastgesteld doordat de speleothemen uit (onregelmatige en vaak zeer dunne) laagjes zijn opgebouwd, die kunnen worden gedateerd met hoge-resolutie TIMS, waarmee een radiometrische datering op basis van throrium/uraniumverhoudingen mogelijk is.


DE ONDERZOCHTE STALAGMIET

Doordat druipsteen in het algemeen uiterst langzaam aangroeit, is het gewoonlijk niet mogelijk om de ontwikkelingen in de tijd op korte termijn (bijv. Een jaar) te reconstrueren. Door de ontwikkeling van een nieuwe techniek, secondary ion mass spectrometry (SIMS) is het nu echter mogelijk geworden om sporenelenten in speleothemen te onderzoeken op een schaal van 3-30 micron. Dat opent de mogelijkheid om de ontwikkeling van het vroegere milieu te reconstrueren met de nauwkeurigheid van een jaar (of zelfs minder).

Referenties:
  • Finch, A.A., Shaw, P.A., Holmgren, K. & Lee-Thorp, J., 2003. Corroborated rainfall records from aragonitic stalagmites. Earth and Planetary Science Letters 215, p. 265-273.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Adrian A. Finch, School of Geography and Geosciences, University of St. Andrews, St. Andrews (Verenigd Koninkrijk).

386 Yarrabubba - een uitzonderlijke inslagkrater
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie ! Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

Ongeveer 100 km ten zuidoosten van het Australische plaatsje Meekatharra bevindt zich een oude inslagkrater, de Yarrabubba-structuur. De aard ervan werd pas vastgesteld nadat medewerkers van de eologische Dienst van West-Australië er monsters hadden verzameld en bij onderzoek daarvan vaststelden dat ze verschijnselen vertoonden die wijzen op schokmetamorfose. In eerste instantie werden die toegeschreven aan vulkanische activiteit. In 2001 werd het gebied echter bij vanuit de lucht magnetisch in kaart gebracht, en daarbij bleek een min of meer cirkelvormige zone met een doorsnede van 15-25 km duidelijk zwakkere magnetische eigenschappen te hebben dan de gesteenten rondom. Daarop werd besloten nieuw veldonderzoek ter plaatse uit te voeren. Bij dat onderzoek werden verschijnselen aangetroffen die wijzen op de inslag, met grote snelheid, van een bolide.

Van de inslagkrater blijkt in het veld niets meer waar te nemen, doordat erosie inmiddels de ringwal heeft doen verdwijnen. De structuur is nu bedekt met ondermeer kalkachtige korsten die zijn ontstaan door chemische neerslag van kalk uit grondwater dat door de capillaire werking van de bodem opsteeg en aan de (warme) buitenlucht verdampte. Andere sedimenten die de structuur bedekken zijn zandpakketten en sedimenten die in woestijnachtige, vaak droogvallende, meertjes werden afgezet.

Plaatselijk zijn er niettemin nog enkele gesteenten te zien die getuigen van de inslag. Een van die plaatsen toont een gesteente (breccie) dat uit hoekige fragmenten bestaat van graniet, met kwartskorrels en veldspaatkristallen. Het breccieuze karakter zou een gevolg kunnen zijn van de inslag, waarbij getroffen gesteente in meer en minder grote stukken werd versplinterd. Interessant is dat deze breccie ook glasachtig materiaal bevat dat waarschijnlijk bestaat uit gesteentemateriaal dat is gesmolten toen de inslag plaatsvond. Mede omdat dit gesteente, dat slechts een halve meter dik is en dat slechts een paar meter te vervolgen is (verder wordt het bedekt door jonger materiaal), sterk verweerd is, kan het helaas echter niet dienen als een definitief bewijs voor een inslag.

Dat ligt gelukkig anders met de structuren die op een andere locatie gevonden zijn. Het gaat daarbij om zogeheten schokkegels. Dat zijn structuren die lijken op een stapel in elkaar geschoven trechters; veelal worden er diverse 'stapels' van deze 'trechters' naast elkaar gevonden. Op de vindplaats, een 4 km ten NNW van Barlangi Rock, variëren deze schokkegels in grootte van ongeveer 10 cm tot een meter. Dergelijke schokkegels zijn bekend van tal van andere plaatsen waar en inslag heeft plaatsgevonden.

Daarnaast zijn bij microscopisch onderzoek in tal van mineralen (o.a. kwarts) structuren aangetroffen die wijzen op een plotselinge grote schok. Alles bij elkaar zijn de aanwijzingen voor een inslag daarom zo divers en zo overtuigend dat er niet meer aan een inslag hoeft te worden getwijfeld. Met dat gegeven in het achterhoofd wordt ook het voorkomen van een graniet met een voor dit gebied uitzonderlijk hoog kaliumgehalte begrijpelijk. De kaliumrijke mineralen kunnen zijn ontstaan doordat kalium bij de inslag in een groot gesteentepakket is gemobiliseerd, en zich plaatselijk heeft geconcentreerd.

Al deze processen moeten zich lang geleden hebben afgespeeld: de ouderdom van de (vrijwel geheel verdwenen) inslagkrater wordt op 2 miljard jaar geschat. Daarmee is het de oudste inslagkrater op land die we kennen. Waarschijnlijk vertegenwoordigen de huidige restanten het onderste deel van de oorspronkelijke inslagkrater; ook in dat opzicht gaat het om een uniek fenomeen.

Referenties:
  • McDonald, F.A., Bunting, J.A. & Cina, S.E., 2003. Yarrabubba - a large, deeply eroded impact structure in the Yilgarn Craton, Western Australia. Earth and Planetary Science Letters 213, p. 235-247.

387 Planten veroverden land al in Midden-Ordovicium
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Een belangrijke wetenschappelijke controverse met betrekking tot het eerste optreden van landplanten lijkt beslecht: landplanten hebben (naar alle waarschijnlijkheid) al zo’n 470 miljoen jaar geleden bestaan. De oudst bekende 'megafossielen' van typische landplanten dateren van ca. 425 miljoen jaar geleden; de oudste sporen die door sommigen als afkomstig van landplanten worden beschouwd zijn ca. 475 miljoen jaar oud. Die oudste sporen - die in hun algemeenheid sterk afwijken van de huidige typen sporen - vertonen weliswaar enkele karakteristieken sterk overeenkomen met die van landplanten (vooral een dikke wand die de sporen beter bestand maakt tegen uitdroging; dit is uiteraard niet nodig voor in zee levende planten), maar een mariene herkomst kon niet volledig worden uitgesloten.


DETAIL VAN DE SPOREN MET RESTANTEN SPORENZAKJE

In een boorkern uit Oman waarvan de ouderdom ca. 470-475 miljoen jaar is, zijn nu pollen verzameld waarvan de terrestrische herkomst niet meer gefundeerd valt te ontkennen, tenzij er in - of zowel voor als na - die tijd botanische ontwikkelingen hebben plaatsgevonden die we ons nu niet kunnen voorstellen. De gevonden sporen komen voor een groot deel, in tegenstelling tot alle eerder gevonden sporen uit het Ordovicium, voor in paren van twee of vier; deze worden bijeen gehouden door een vliesje dat moeilijk anders te interpreteren is dan als het binnenste vliesje van een sporenzakje (sporangium). Aangenomen mag worden dat de sporen in het sporenzakje tot ontwikkeling kwamen en rijpten. Zo’n gezamenlijke ontwikkeling van sporen in een sporenzakje wordt door botanici beschouwd als een indirect bewijs voor generatiewisseling, wat kenmerkend is voor hogere (land)planten (en enkele typen primitievere algen).

Met behulp van een 'scanning electron micrscope' hebben de onderzoekers getracht na te gaan in welk taxon de gevonden sporen kunnen worden ondergebracht. Daarbij hadden ze veel profijt van het feit dat er grote aantallen sporen en sporangia uit het sediment konden worden geïsoleerd: het gaat om duizenden exemplaren. Dat maakt 'determinatie' uiteraard een stuk eenvoudiger. De onderzoekers komen tot de conclusie dat de planten die de pollen produceerden veel gemeen moeten hebben gehad met de huidige levermossen, en wellicht zelfs daartoe gerekend moeten worden. Dat zou deze groep gelijk maken tot een zeer succesvol (want een lange tijdspanne overlevend) taxon. Of het werkelijk een soort levermossen waren, is echter nog niet zeker. De onderzoekers merken op dat dan ook elateren zouden moeten worden gevonden; elateren zijn langwerpige cellen waarvan de belangrijkste functie is het bevorderen van verspreiding van de sporen. De onderzoekers vinden de afwezigheid van deze cellen zelf 'intrigerend'.

Niet uitgesloten is overigens dat dergelijke elateren nog zullen worden gevonden. Het is namelijk opmerkelijk dat de sporen en sporangia) werden gevonden als een soort residu nadat de sedimenten volgens de klassieke methode waren behandeld met zuur (waarom sporangia nooit in andere Ordovicische sedimenten zijn aangetroffen die op gelijke wijze zijn behandeld, blijft nog een onbeantwoorde vraag). Het is zeer goed mogelijk dat andere - minder destructieve - behandelingsmethoden van het sediment meer zullen overlaten van de daarin aanwezige plantenresten. Dan zouden wellicht nog meer verrassende resultaten kunnen worden verkregen.
Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Charles Wellman, Department of Animal AND Plant Sciences, University of Sheffield (Verenigd Koninkrijk).

Referenties:
  • Kenrick, P., 2003. Fishing for the first plants. Nature 425, p. 248-249.
  • Wellman, Ch.H., Osterloff, P.L. & Mohiuddin, U., 2003. Fragments of the earliest land plants. Nature 425, p. 282-285.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Charles Wellman, Department of Animal AND Plant Sciences, University of Sheffield (Verenigd Koninkrijk).

388 Bronnen van CO2-verontreiniging in Parijs onderscheiden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

Wandelaars en andere verkeersdeelnemers in het centrum van een grote stad zijn vaak blootgesteld aan soms zeer sterke verontreiniging van de lucht met CO2 (koolzuurgas). Dat gas blijkt verrassenderwijs nauwelijks afkomstig te zijn van auto’s met een dieselmotor, en evenmin van de verbranding van fossiele energiebronnen ten behoeve van verwarmingsinstallaties. Dat is een van de opmerkelijke uitkomsten van een onderzoek dat werd uitgevoerd door David Widory en Marc Javoy van de Université de Paris VII. Hun resultaten kunnen belangrijke gevolgen hebben voor de bestrijding van (te) hoge concentraties aan koolzuurgas.

De relatieve aandelen die diverse CO2-bronnen hebben in de totale hoeveelheid atmosferisch CO2 op een bepaalde plaats konden door Widory en Javoy worden vastgesteld op een even simpele als doeltreffende manier. Daartoe combineerden ze meetgegevens van de absolute CO2-concentratie ter plaatse met analyses van de koolstofisotopen in de CO2. Ze deden dat voor 12 locaties in het centrum van Parijs en daarnaast voor 7 locaties in een voorstad (Essonne), 5 plaatsen buiten de stad, en 10 locaties op het universiteitsterrein en in gebouwen van de universiteit. Op alle locaties werden luchtmonsters van 3 liter genomen. Om de eventuele invloed van luchtvochtigheid uit te sluiten, werden alle monsters voor hun analyse eerst gedroogd.

Voor dit onderzoek onderscheidden de onderzoekers drie relevante niveaus in de lucht. De onderste laag - vanaf de grond tot slechts enkele meters hoogte - is uiteraard het meest relevant in verband met de gezondheid van de mensen op straat. Ter vergelijking verstrekken de onderzoekers overigens ook enige gegevens over de middelste zone, die reikt tot aan de zogeheten inversielaag (waar een temperatuurgrens ligt die vermenging van de lucht eronder en erboven moeilijk maakt. In deze zone blijkt de belangrijkste CO2-bron (ca. 50%) te bestaan uit verwarmingsinstallaties. De lucht boven de inversielaag is niet onderzocht omdat die in dit verband niet relevant werd geacht.

In de onderste luchtlaag van Parijs (105 km2), die een volume heeft van ca. 30 km3, bedraagt de CO2-uitstoot jaarlijks 7 miljoen ton, waarvan ongeveer de helft door verwarmingsinstallaties (voornamelijk via aardgas), 20% door wegverkeer en 30% door een groot aantal andere typen bronnen. Dat was bekend. Niet bekend - maar vanwege de gezondheidsaspecten van groot belang) was tot nu toe echter hoe lang die CO2 van de afzonderlijke emissiebronnen in deze onderste laag verblijft, omdat de CO2 uit de diverse bronnen niet kon worden onderscheiden. Hoe langer het koolzuurgas uit een bepaalde bron in de onderste luchtlaag verblijft, hoe meer nadelige invloed die uiteraard heeft op de gezondheid van de mensen. De verblijftijd van de CO2 in de onderste luchtlaag hangt vooral af van de richting waarin het gas wordt uitgestoten, de temperatuur waarmee dit gebeurt, en de mate van luchtturbulentie ter plaatse.

Widory en Javoy hebben gekeken van welke bronnen de CO2 in de onderste luchtlaag in Parijs afkomstig is. Het blijkt dat het gas voor ca. 90% afkomstig is van auto’s die rijden op loodvrije benzine. Op drukke plaatsen in de stad vormt de CO2 in door mensen uitgeademde lucht een goede tweede; op meer open plaatsen blijken vaak verrassend hoge CO2-concentraties uit luchtstromingen vanaf de oceaan voor te komen. Dat laatste is ook het geval op de monsterlocaties buiten de stad. In de stad blijkt de CO2 uit verwarmingsinstallaties en dieselmotoren snel uit de onderste luchtlaag te verdwijnen naar de middelste luchtlaag.

Referenties:
  • Widory, D. & Javoy, M., 2003. The carbon isotope composition of atmospheric CO2 in Paris. Earth and Planetary Science Letters 215, p. 289-298.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Isotopen verraden bron van Parijse CO2-verontreiniging' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (18 oktober 2003).

389 Onderzoek naar verband tussen moessons en Milankovitch-cycli
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De fameuze 'curve van Milankovitch', die de hoeveelheid zonne-instraling weergeeft - en die ook de temperatuurfluctuaties in het Pleistoceen verklaart - blijkt op tal van andere verschijnselen invloed te hebben. Hoe dat precies in z’n werk gaat is lang niet altijd bekend. Gezien de duidelijke relaties tussen de curve en het klimaat op aarde, wordt er echter steeds meer onderzoek naar deze verbanden gedaan. Nu is een begin gemaakt met onderzoek naar de vraag of (en zo ja: hoe en in welke mate) veranderingen in het gedrag van moessons samenhangen met 'Milankovitch'.


MOESSON: WIND EN LUCHTDRUK


MOESSON: NEERSLAG

Moessons zijn van groot belang voor het klimaat op aarde als geheel: door geen enkel ander proces wordt zoveel warmte en vocht via de atmosfeer verplaatst. Om hiervan een indruk te geven: de drie veruit grootste moessonsystemen zorgen samen voor een massatransport (lucht met alle daarin aanwezige gassen, inclusief waterdamp) van 80 miljard kg per seconde. Deze drie systemen zijn de Indiase, de Aziatische en de Australische moessons; hierbinnen kunnen overigens weer subsystemen worden onderscheiden.

Moessonsystemen, gekenmerkt door het optreden van veelal langdurige regenseizoenen, zijn onregelmatig van aard. Die onregelmatigheid betreft zowel korte perioden (jaren) als lange (in de orde van grootte van Milankovitch-cycli, dus in de grootte van tienduizenden jaren). Ook in het geologische verleden waren de moessons onregelmatig, maar de vraag is of in die onregelmatigheid een cycliciteit is te ontdekken. Een dergelijke vondst zou immers betekenen dat de klimatologische veranderingen onder invloed van de moesson voor de toekomst beter zijn in te schatten, wat van belang is voor een beter inzicht in te verwachten klimaatfluctuaties.

Opmerkelijk is paleoklimatologisch onderzoek op dit terrein zich steeds heeft toegespitst op de drie grote moessonsystemen afzonderlijk, terwijl het huidige onderzoek vooral wereldwijde verschijnselen betreft. Integratie van beide werkwijzen zou veel nieuwe inzichten kunnen opleveren. We weten inmiddels veel over het dynamische verband tussen de diverse huidige Indo-Pacifische moessonsubsystemen onderling, en ook over hun dynamische verband met andere verschijnselen zoals de El Niño/Southern Oscillation (ENSO) en de Tropical Biennial Oscillation (TBO). Wat dat betekent voor de individuele moessonsystemen is echter nauwelijks bekend.

Er zijn inmiddels ook aanwijzingen dat klimatologische fluctuaties die verband houden met de ENSO een cycliciteit vertonen met de precessie van de aardas (een van de drie belangrijkste parameters van de Milankovitch-cycli). Dat zou inhouden dat de gemiddelde klimatologische omstandigheden in de tropen samenhangen met de precessie. Alleen al deze (waarschijnlijke) relatie laat zien hoezeer ons klimatologisch inzicht zou verbeteren indien we zouden weten in hoeverre de Milankovitch-cycli hierop invloed uitoefenen. Daarvoor zal echter eerst nog veel meer over klimatologische fluctuaties in het geologische verleden duidelijk moeten worden. En dat blijft een lastige opgave, omdat er alleen maar indirect (via biologische, geochemische, fysische en isotopen-geologische methoden) gegevens zijn te verzamelen. Voor het nu in gang gezette onderzoek zijn dergelijke onderzoeksmethoden van groot belang; hun betrouwbaarheid (zoals die kan blijken uit interne consistentie en gelijke uitkomsten via diverse methoden) zal dan ook verder worden onderzocht en -zo mogelijk - verfijnd.

Referenties:
  • Clemens, S., Wang, P. & Prell, W., 2003. Monsoons and global linkages on Milankovitch and sub-Milankovitch time scales - preface. Marine Geology 201, p. 1-3.

Figuur welwillend ter beschikking gesteld door Steven Clemens, Department of Geology, Brown University, Providence (USA).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl