NGV-Geonieuws 59

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 December 2003, jaargang 5 nr. 24

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

400 Vulkanisme in Mali blijkt ondergrondse brand te zijn
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Al meer dan een eeuw is aangenomen dat er in de omgeving van Timboektoe, ten zuiden van de Sahara, sluimerend vulkanisme aanwezig is. De reden daarvoor is het voorkomen van hete bronnen, spleten in de grond waaruit hete gassen opstijgen, etc. Die verschijnselen werden in 1961 verklaard door de aanname van een hoeveelheid magma die ter plaatse zou opstijgen onder invloed van tektonische bewegingen. Die verklaring heeft echter bij sommige aardwetenschappers ook altijd verbazing gewekt, want het westen van Afrika maakt deel uit van een zogeheten precambrisch schild, een gebied dat al honderden miljoenen jaren een massieve eenheid vormt die niet door vulkanische activiteit wordt aangetast.


HET BRANDENDE VEEN IN EEN ONDIEPE KUIL

In de laatste jaren werden de verschijnselen heftiger. Zo werd in januari 2002 plaatselijk een oppervlaktetemperatuur gemeten van 765 EC. Ondergronds werden de wortels van bomen verbrand, en het gebied waarin dat gebeurde breidde zich snel uit. Ongeveer 2 miljoen vierkante meter dichtbegroeid gebied werd veranderd in een soort verbrande bodem. Dat leidde ertoe dat het verschijnsel opnieuw de aandacht kreeg van een aantal Noorse aardwetenschappers. Om na te gaan wat er precies aan de hand was, groeven de onderzoekers een sleuf van ca. 2,5 m diep op een van de plaatsen waar rook uit spleten in de grond ontsnapt. Op slechts 60 cm onder het maaiveld vonden ze een veenlaagje dat brandde. Daarbij werden temperaturen bereikt van meer dan 800 EC. Zo’n zeventig centimeter dieper was de temperatuur echter weer min of meer normaal.

Uit deze gegevens concludeerden de onderzoekers dat ofwel het brandende veen de enige reden van de hoge temperaturen moest zijn, ofwel dat het veen was aangestoken door gloeiend heet magma. Volgens hun berekeningen mocht dat magma dan echter niet kouder zijn dan ca. 1000 EC en mocht de top daarvan niet dieper liggen dan op slechts zo’n anderhalve meter. Het was uiteraard niet moeilijk om vast te stellen dat daarvan geen sprake was.

De verbazing van de sceptische aardwetenschappers over een vulkanische oorzaak van de 'hete' verschijnselen blijkt dus terecht te zijn geweest: de hoge temperaturen van uitstromende gassen en vloeistoffen worden, evenals de plaatselijk hoge geothermische gradiënt, veroorzaakt door de ondergrondse verbranding van organisch materiaal, vergelijkbaar met de grote steenkoolbranden die al eeuwenlang in China woeden.

Een vraag die nog niet met zekerheid is beantwoord, is hoe de veenlaag in brand is geraakt.

Het scenario dat de onderzoekers daarvoor hebben opgesteld is bijzonder. De veenlaag is begraven onder een diatomeeënrijke kleilaag. Daardoor kon de veenlaag goed opdrogen, waarbij de temperatuur steeg doordat bacteriën zorgden voor omzetting van het organische materiaal via processen waarbij warmte vrijkwam. Dat leidde op den duur, toen de temperatuur ver genoeg was gestegen, tot zelfontbranding. De zo ontstane brand breidt zich via spleten of zijdelings uit met een snelheid van ongeveer drie centimeter per uur. Door de warmteontwikkeling neemt de temperatuur van de diatomiet toe, waarbij het ijzer wordt geoxideerd, zodat de kleur van het pakket verandert van grijs in rood. Dergelijke rode diatomieten komen langs de Sahara veelvuldig voor.

Referenties:
  • Peterson, G., 2003. Cooling Mali’s volcanism. Geotimes, juli 2003, p. 30.
  • Svensen, H., Dysthe, D.K., Bandlien, EH, Sacko S., Coulibaly, H. & Planke, S., 2003. Subsurface combustion in Mali: refutation of the active volcanism hypothesis in West Africa. Geology 31, p. 581-584.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Henrik Svensen (Afdeling Fysica van Geologische Processen, Universiteit van Oslo, Noorwegen)

401 Grote komeet sloeg 55 miljoen jaar geleden in
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De aarde vertoont tal van meer of minder goed bewaard gebleven structuren die wijzen op de inslag van hemellichamen. Dat betreft naar alle waarschijnlijkheid steeds asteroïden (van voornamelijk vast gesteente) zoals op de grens Krijt/Tertiair (65 miljoen jaar geleden), want kometen (van voornamelijk ijs en bevroren gassen) verdampen natuurlijk snel in de aardatmosfeer. Voor de inslag van een grote komeet in het geologische verleden van de aarde waren tot nu toe dan ook geen goede argumenten voorhanden.

Nu zijn er echter sterke aanwijzingen dat een komeet de aarde op de grens van Paleoceen en Eoceen (55 miljoen jaar geleden) trof. De gevolgen van deze komeetinslag waren in veel opzichten zelfs goed te vergelijken met de catastrofale consequenties van de inslag van de asteroïde op de grens van Krijt en Tertiair. Tot die conclusie komt een internationaal team van onderzoekers - onder wie de Nederlander Rob van der Voo, die aan de Universiteit van Michigan werkt - op basis van een groot aantal observaties van verschillende aard.

Deze aanwijzingen - en hun interpretatie als de gevolgen van een komeetinslag - kunnen tal van merkwaardige verschijnselen op de P/E-grens verklaren. Zo treedt op deze grens een plotselinge verhoging op van de verhouding tussen de koolstofisotopen C-12 en C-13, evenals een plotselinge verandering van de verhouding tussen de zuurstofisotopen O-16 en O-18. Daarnaast is er het plotseling uitsterven van veel dieren in diepere delen van de zee (de meest massale uitsterving van de laatste 90 miljoen jaar, dus ook groter dan de uitsterving van zulke soorten op de grens van Krijt en Tertiair!). Als klap op de vuurpijl volgen een sterke temperatuurstijging kort na deze massauitsterving, en vindt er - eveneens kort na deze grens - een sterke verbreiding van zoogdieren plaats.

Hoewel bovengenoemde verschijnselen op het eerste gezicht weinig of geen met elkaar verband lijken te houden, blijken ze alle goed te passen in een scenario waarbij de aarde werd getroffen door een komeet. De onderzoekers kwamen op dat spoor door een vondst in drie boorkernen in de kustvlakte van New Jersey. Daarin komt, op de P/E-grens, in een pakket dat verder bestaat uit afzettingen die in een diepe zee accumuleerden, een kleilaag voor van enkele meters dik, met een opvallende hoeveelheid van het kleimineraal kaoliniet (de witte klei waarvan onder meer Wedgwood porselein wordt gemaakt). Dergelijke kleien bleken ook elders in de wereld (o.a. in Nieuw-Zeeland) op deze grens voor te komen. Dat is merkwaardig, want dit kleimineraal ontstaat bij intensieve verwering op het land onder hete, vochtige condities, en vraagt veel tijd (in de orde van honderdduizenden tot een miljoen jaar). Uit isotopenanalyse bleek dat het kaolinietrijke pakket in de onderzochte boorkernen echter in minder dan 10.000 jaar (mogelijk zelfs binnen 1000 jaar) was gevormd, wat een extreem snelle sedimentatiesnelheid betekent van 3-7 cm per eeuw. Daarnaast bleken grote hoeveelheden magnetietdeeltjes van slechts enkele nanometers groot in het pakket voor te komen.

Het is uitgesloten dat de kaoliniet afkomstig is van pakketten die zich gedurende het Krijt door verwering op het continent hadden gevormd en die vervolgens, na erosie, door rivieren naar zee waren afgevoerd: de eigenschappen waren daarvoor te verschillend. De magnetietdeeltjes bleken ook niet verklaard te kunnen worden (zoals bij dergelijke zeer kleine deeltjes vaak wel het geval is) door bacteriële activiteit. Wel bleken ze dezelfde karakteristieken te vertonen als soortgelijke ijzerrijke deeltjes die bekend zijn van de K/T-grens, waar ze verklaard zijn als condensaat uit de wolk materiaal die werd opgeworpen bij de inslag van de asteroïde. Een dergelijke verklaring achten de onderzoekers ook aannemelijk voor de magnetietdeeltjes op de P/E-grens. De relatief dikke kaolinietlaag verklaren ze door samenspoeling in zee van een snel verweerd pakket van fijn verdeeld 'stof' dat neerdwarrelde nadat de komeet bij zijn inslag een grote hoeveelheid materiaal van het aardoppervlak tot hoog in de atmosfeer had doen opstijgen.

Nadat deze relatie met de inslag van een hemellichaam eenmaal was gelegd, bleken ook tal van andere verschijnselen (inclusief een – geringe – verrijking aan iridium op de P/E-grens) te passen in het scenario. Dan kon er echter geen sprake zijn van een asteroïde, maar moest het gaan om een komeet die onder meer veel C-12 (in de vorm van bevroren CO2) bevatte. Ze konden aan de hand van de plotselinge verandering in de verhouding tussen C-12 en C-13 zelfs berekenen hoe groot die komeet geweest moet zijn: hij moet ongeveer 200 miljard ton koolstof hebben bevat, wat bij een 'normale' samenstelling van 20-25 gewichtsprocent koolstof en een dichtheid van 1500 kg/m3 neerkomt op een diameter van iets meer dan 11 km (ongeveer gelijk aan die van de komeet van Halley). Dat is weinig meer dan de veronderstelde diameter van de asteroïde die insloeg op de K/T-grens (ca. 10 km), maar genoeg om bijv. de snel volgende wereldwijde temperatuurstijging te verklaren als gevolg van een broeikaseffect.

Het totale gewicht van de komeet moet veel kleiner zijn geweest dan dat van de asteroïde die insloeg op de K/T-grens. Toch waren de gevolgen niet minder dramatisch voor het leven op aarde. Dit betekent dat de plotselinge veranderingen in flora en/of fauna die veel grenzen tussen geologische tijdperken kenmerken, wellicht veroorzaakt kunnen zijn door inslagen van kometen, die immers vaker voorkomen dan grote asteroïden.

Referenties:
  • Kent, D.V., Cramer, B.S., Lanci, L., Wang, D., Wright, J.D. & Voo, R. Van der, 2003. A case for a comet impact trigger for the Paleocene/Eocene thermal maximum and carbon isotope excursion. Earth and Planetary Science Letters 211, p. 13-26.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Komentenklei' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (29 november 2003).

402 'Bloederig' Antarctica.
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

In het Dal van Taylor (Taylor’s Valley) op Antarctica stroomt water met een roodachtige kleur uit het front van een gletsjer. Dit werd in 1911 ontdekt, maar het zou meer dan een halve eeuw duren voordat Robert Black de verklaring voor de rode kleur gaf: het water bevat ijzerverbindingen, onder meer ijzer(hydr)oxiden en ijzerzouten. Waarom die verbindingen in het verder vrijwel overal zeer zuivere ijs van Antarctica voorkomen, bleef echter een raadsel. Intussen werd de roodachtig gekleurde waterval steeds bekender, en hij kreeg de naam 'blood falls' (bloedvallen).


DE 'BLOODFALLS' AAN DE RAND VAN DE TAYLOR GLETSJER

Onderzoekers van de Ohio State University onder leiding van Berry Lions hebben nu een verklaring voor de bloederige waterval gevonden. Ze hadden daarvoor tien jaar van geochemische analyses nodig. Die lange tijd was nodig omdat er in de waterval een zekere cycliciteit voorkomt. Maar nu is er dan ook een overtuigende verklaring.

Ongeveer 5 miljoen jaar geleden moet het Dal van Taylor geen ijsdal zijn geweest, maar een soort fjord, uiteraard gevuld met zeewater. Toen de omstandigheden veranderden werd de fjord van de zee afgesloten, en bleef er in het lagere deel een grote hoeveelheid zeewater achter als een zoutwatermeer. Toen de Taylor gletsjer vooruitschoof, ging hij over dat meer heen, waardoor het zeewater in het ijs zat ingevangen. Bij verdere voorwaartse beweging van het ijs werd puin van de ondergrond, inclusief roodachtig slib dat langs de randen van het meer was bezonken, in het ijs opgenomen. Doordat de gletsjer steeds verder 'stroomde' terwijl hij aan de voorzijde afsmolt, bereikte een deel van het ingevangen materiaal uiteindelijk de voorzijde van de gletsjer. Als de slibhoudende ijsmassa afsmelt, stroomt het smeltwater naar Lake Bonney, een van de vier met ijs bedekte meren ter plaatse (drie in het Dal van Taylor, een in het nabije Dal van Wright). Elk van deze meren heeft een andere chemische samenstelling. Volgens Lions hangt dat samen met verschillen in ouderdom.

Het onderzoeksteam is tot de conclusie gekomen dat het water van de Taylor gletsjer aanvankelijk niet naar Lake Bonney stroomde, maar naar een van de drie andere meren, Lake Fryxell (ook een zoutwatermeer). Pas toen het warmer werd, kon een andere gletsjer (de Canada-gletsjer) verder in het Dal van Taylor doordringen en de aanvankelijke afvoerroute voor het smeltwater blokkeren. Toen kon Lake Hoare, een zoetwatermeer, ontstaan.

Het blijkt dat het water van de roodachtige waterval afkomstig moet zijn van een zoutmeer.

Naar alle waarschijnlijkheid is dat Lake Bonney, waarin destijds het door ijzeroxiden roodgekleurde smeltwater uitmondde; van dit meer is bekend dat het bodemwater zeer zout is. Dit water vindt nu kennelijk nog één weg naar buiten (de overige waterstromen uit het ijsfront zijn afkomstig vanuit Lake Hoare of een van de twee andere meren in het Dal van Taylor). Volgens de onderzoekers is zelfs niet uit te sluiten dat de 'bloodfalls' zelfs niets anders zijn dan een door ijs bedekte uitloper van Lake Bonney.

Referenties:
  • Lyons, W.B., 2003. Blood Falls: a frozen saline discharge, a strange curiosity, or an important clue to history of Taylor Valley. In: Geoscience horizons - Abstracts with programs GSA Annual Meeting & Exposition (Seattle, 2003) 190-9, p. 464.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Ohio State University, Columbus (Verenigde Staten)

403 Puimsteen en koraal - een bijzonder verband
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !

Soms zijn geologische artikelen niet zozeer interessant vanwege hun wetenschappelijke inhoud alswel vanwege een leuk of onverwacht feit. Dat is bijvoorbeeld het geval bij het onderzoek door twee onderzoekers van de Universiteit van Hawaii, die op een bijzondere wijze het patroon van oceaanstromen onderzochten. Ze deden dat door aangespoelde stukken puimsteen te verzamelen langs de kusten van Hawaii en Christmas Island, en de herkomst van die stukken te traceren op basis van stromingspatronen in de oceanen.

Het is hierbij van belang te weten dat Hawaii en Christmas Island allebei in het midden van de Grote of Stille Oceaan liggen, ver verwijderd van enige bron van puimsteen. Het verschil tussen beide eilanden is echter dat Hawaii op de weg ligt van de Noord-Equatoriale Stroom, die steeds eenzelfde, naar het westen gerichte, baan volgt, terwijl Christmas Island wordt aangedaan door de veranderlijke, maar ook ruwweg naar het westen stromende, Zuid-Equatoriale Stroom. Vanwege deze verschillen ten opzichte van de oceanische stromingen blijkt puimsteen zeer frequent voor te komen op het strand van Christmas Island, terwijl het zelden op Hawaii wordt gevonden.

De puimsteen op Christmas Island blijkt afkomstig uit het westelijke deel van de Grote Oceaan (Krakatau), het zuidwestelijke deel daarvan (nabij de Tonga-Trog), het oosten ervan (Mexico), het zuidelijke deel van de Mid-Atlantische Rug, en van een nog niet geïdentificeerde plaats. De puimsteen op Hawaii komt voor een deel ook van de Krakatau en vanuit Mexico (het eiland San Benedicto), maar verder van de zuidelijke Sandwich Eilanden. Op basis van deze verschillen konden de circulatiepatronen in de Grote Oceaan behoorlijk nauwkeurig worden vastgesteld. Dat deden de onderzoekers nauwkeuriger dan vroeger ook wel gebeurde, doordat inmiddels het inzicht is vergroot in de effecten die de grootte van puimsteen heeft op het drijvend vermogen, en omdat met behulp van relatief nieuwe technieken (electron microprobe) de herkomst veel nauwkeuriger dan vroeger kon worden vastgesteld. Daarbij moet in het oog worden gehouden dat puimsteen een goed hulpmiddel is omdat vulkanische activiteit voor enorme hoeveelheden zorgt: de jaarlijkse 'productie' van puimsteen dat in zee terecht komt, wordt geschat op 2 miljard m3 (2 km3).

Christmas Island is niet alleen veel rijker aan aanspoelend puimsteen dan Hawaï, maar kent ook een veel grotere diversiteit in koraalsoorten; het gaat om 31 geslachten (met 81 soorten) op Christmas Island en om 17 geslachten (50 soorten) op Hawaï. De auteurs leggen een logisch verband met de puimsteen: op Christmas Island worden de larven van koralen vanuit meer bronnen en in grotere hoeveelheden aangevoerd dan op Hawaii. Ook via drijfhout kunnen zo meer organismen op Christmas Island dan op Hawaii aanspoelen.

Referenties:
  • Jokiel, P.L. & Cox, E.F., 2003. Drift pumice at Christmas Island and Hawaii: evidence of oceanic dispersal patterns. Marine Geology 202, p. 121-133.

404 Scheepswrak bevestigt Indiaanse sage over vloedgolf
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 !

Een sage van Indianen in het noordwesten van Amerika verhaalt over een enorme vloedgolf die grote delen van de kustzone overspoelde. Over een dergelijke vloedgolf, die enkele eeuwen geleden zou hebben plaatsgevonden, was onder meer ook te lezen in een niet-wetenschappelijk boek uit 1943 van een vereniging van vissersbedrijven. Inmiddels komen er steeds meer aanwijzingen dat een catastrofale vloedgolf inderdaad moet hebben plaatsgevonden. Op basis van diverse geologische en archeologische argumenten was die vloedgolf zelfs al gedateerd: hij vond plaats in 1700. Nu zijn er nieuwe gegevens bekend geworden waardoor een en ander nauwkeuriger kan worden gereconstrueerd.


TSOENAMIE VOOR DE HAVEN VAN NAKAMINATO IN 1842

Op het Japanse eiland Honshu blijken in een kuststrook van zo’n 500 km lang in tal van dorpen geschriften bewaard te zijn gebleven waarin staat vermeld dat de kust op 28 januari 1700 werd getroffen door een aantal opeenvolgende hoge golven. Dergelijke golven zijn alleen goed te verklaren als gevolg van een aardbeving. In de Japanse geschriften wordt daarvan echter geen melding gemaakt, zodat die beving zo ver van Honshu vandaan moet hebben plaatsgevonden dat hij daar niet voelbaar meer was.

In het dorpje Kuwagasaki (nu onderdeel van de stad Miyako), een kleine 500 km ten zuiden van Tokyo, was de golf volgens de aantekeningen drie meter hoog, verwoestte hij dertien huizen, en ontstond er brand waardoor nog meer huizen verloren gingen. Zo zijn er soortgelijke aantekeningen uit vijf andere Japanse dorpen. Combinatie van de gegevens wijst erop dat op 26 januari 1700 een extreem zware aardbeving moet hebben plaatsgevonden voor de kust van de staat Washington (in het NW van de VS). Nu is er een Japans scheepswrak aangetroffen dat door de vloedgolf gezonken moet zijn. Het scheepswrak blijkt een belangwekkende bron van informatie.

Het schip vervoerde 470 balen rijst (bij elkaar bijna 30 ton), kwam van Nakamura-han en was op weg naar Edo (nu Tokyo). Het was op dinsdag 26 januari geladen, en had, nog in het duister voor zonsopgang, op 28 januari inmiddels zo’n 150 km in zuidelijke richting langs de kust afgelegd, toen het een rivier bij Nakaminato wilde opvaren. Daar zou de rijst worden overgeladen in kleinere schepen. Omdat er echter vreemde golven de riviermonding in- en uitgingen, werd het schip voor de monding van de rivier voor anker gelegd, misschien omdat de golven het varen over de met zandbanken bezaaide rivier te gevaarlijk maakten.

Het schip bleef daar de hele dag voor anker liggen, gedurende minstens 18 uur. Dat alleen al geeft aan dat de golven door een aardbeving van ongekende omvang moesten zijn veroorzaakt. Juist toen de merkwaardige golven minder begonnen te worden, stak er een storm op, en het schip sloeg op drift. Om het schip lichter te maken, werd de helft van de rijst overboord gegooid, maar het schip sloeg niettemin op de rotsen, waarbij twee bemanningsleven het leven lieten en de lading volledig verloren ging.

Op basis van de diverse beschrijvingen kan worden vastgesteld dat de aardbeving een kracht moet hebben gehad tussen 8,7 en 9,2; een kracht 9,0 lijkt het waarschijnlijkst. Daarmee was deze aardbeving zwaarder dan welke andere ook die bekend is uit historische tijden. De vloedgolf (tsoenami) die bij Japan nog zo’n verwoestende uitwerking had, moet natuurlijk bij de kust van NW Amerika nog veel catastrofaler zijn geweest, en inderdaad ver landinwaarts alles hebben vernietigd. De Indiaanse sage berust dus op waarheid.

Referenties:
  • Atwater, B.F., 2003. The 1700 Cascadia tsunami initiated a fatal shipwreck in Japan. In: Geoscience horizons - Abstracts with programs GSA Annual Meeting & Exposition (Seattle, 2003) 197-3, p. 478.

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door de stad Hitachinaka


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl