NGV-Geonieuws 61

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Januari 2004, jaargang 6 nr. 2

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 410 IJsbergen lieten stenen achter op 385 m hoogte
  • 411 Meteorieten selectief bij transport van aminozuren naar aarde
  • 412 De gevolgen van meteorietinslagen in zee
  • 413 Dichtheid van continentale 'wortels' vooral bepaald door temperatuur
  • 414 Nieuwe theorie over vorming Andes

    << Vorige uitgave: 60 | Volgende uitgave: 62 >>

410 IJsbergen lieten stenen achter op 385 m hoogte
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie ! Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

Tijdens de laatste ijstijd bestonden er in Noord-Amerika enorme meren van smeltwater. Daaruit kwamen soms in korte tijd grote hoeveelheden water vrij, bijv. wanneer een natuurlijke barrière door erosie werd ingesneden of wanneer een ijsdam doorbrak. Er konden dan enorme waterstromen ontstaan die zich door dalen omlaag stortten. Dat gebeurde onder meer talrijke malen met Lake Missoula, op een plaats die nu in de staat Montana ligt. De vloedstromen uit Lake Missoula volgden een weg tot in de huidige staat Washington, waarbij het water grote ijsbergen uit Lake Missoula meevoerde.


EEN VAN DE 'DROPSTONES', MET GEHEEL ANDERE SAMENSTELLING DAN DE VASTE GESTEENTEN TER PLAATSE

Die ijsbergen liepen voor een deel aan de grond in Washington, bij Rattlesnake Mountain (de 'Ratelslangberg'). Die bergtop stak destijds uit boven een 250 m diep smeltwatermeer, en vormde het hoogste punt in de omgeving. De vastgelopen ijsbergen smolten op den duur, waarbij ze stenen achterlieten die ze op hun tocht vanuit Lake Missoula hadden meegevoerd. Dat materiaal, variërend van fijne slibdeeltjes tot rotsblokken van zo’n 8 m groot, kan worden herkend doordat het her en der verstrooid ligt op Rattlesnake Mountain, en een heel andere samenstelling heeft dan het vaste gesteente ter plaatse.

Die rotsblokken komen voor tot op een hoogte van ca. 385 m. Dat is zo’n 15 m onder het maximale niveau dat de stromen ter plaatse soms moeten hebben bereikt, zoals blijkt uit andere gegevens. Op lagere niveaus komen steeds meer van dergelijke rotsblokken en stenen voor. Dat wijst erop dat er verscheidene keren sprake moet zijn geweest van een grote vloed, maar dat die niet allemaal even hoog kwamen.

Een opvallend verschijnsel is dat de stenen en rotsblokken niet allemaal hoekig zijn, wat wel te verwachten zou zijn als ze gedurende de laatste ijstijd ergens door het landijs zouden zijn geërodeerd, meegevoerd, en tenslotte via de in een vloed meegesleurde ijsbergen op Rattlesnake Mountain terecht zouden zijn gekomen. De meest voor de hand liggende verklaring is dat die gesteenten al een langere geschiedenis achter zich hebben. Volgens de onderzoekers kunnen ze tijdens een eerdere ijstijd met het landijs in de richting van Lake Missoula zijn vervoerd (dat meer heeft van 1-2 miljoen jaar geleden tot ca. 13.000 jaar geleden bestaan, en derhalve een aantal ijstijden meegemaakt). Tijdens de laatste ijstijd zouden de afgerond stenen, samen met het 'verse' hoekige materiaal, ingebed in ijsbergen, met een vloedstroom uit Lake Missoula zijn getransporteerd tot de ijsbergen op Rattlesnake Mountain aan de grond liepen, smolten en hun stenen en rotsblokken dooreengemengd achterlieten. Zo komen daar nu op grote hoogte rotsblokken voor op plaatsen die niet door het landijs bedekt waren, maar die niettemin hun ligging daar te danken hebben aan het bestaan van ijsbergen die tijdens een ijstijd op een meer van gigantische afmetingen ronddreven.

Referenties:
  • Bjornstad, B.N., Jennet, E.M., Gaston, J. & Kleinknecht, G., 2003. Erratic behavior on Rattlesnake Mountain, Hanford Reach National Monument, South-Cenhtral Washington. In: Geoscience horizons - Abstracts with programs GSA Annual Meeting & Exposition (Seattle, 2003) 86-16.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Bruce Bjornstad, Department of Energy, Pacific Northwest National Laboratory, Richland, WA (USA).

411 Meteorieten selectief bij transport van aminozuren naar aarde
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De aminozuren die op sommige meteorieten (koolstofhoudende chondrieten) worden aangetroffen (waarvan 1 type, glycine, volgens spectraalanalyses ook in interstellaire gaswolken voorkomt) zijn gelijk aan aminozuren die aan de basis staan van het leven op aarde, maar vormen daarvan slechts een deel. Bovendien zijn de acht aminozuren die op deze chondrieten worden aangetroffen, behalve juist glycine, overwegend linksdraaiend (net zoals de aminozuren in de eiwitten van aards leven). Steve Macko (Universiteit van Virginia) heeft enkele mogelijke verklaringen voor dit merkwaardige verschijnsel.

Het leven op aarde is gebaseerd op ongeveer twintig aminozuren. Beroemd geworden experimenten door Stanley Miller en Harold Urey, meer dan vijftig jaar geleden, bewezen dat deze aminozuren kunnen ontstaan door bliksemontladingen in een ruimte met waterdamp, methaangas en ammonia. Daarom werd lang gedacht dat de aminozuren op aarde zouden zijn ontstaan in de vroege aardatmosfeer. Die hypothese is echter alweer verlaten: de meeste deskundigen menen nu dat aminozuren via meteorieten op aarde terecht zijn gekomen. Een zwaar bombardement van grote en minder grote asteroïden, ca. 3,8 miljard jaar geleden, zou dit hebben bewerkstelligd.

Een van de redenen dat nu de herkomst van aminozuren in de ruimte wordt gezocht, is de vondst van de Murchison meteoriet, een chondriet die in 1969 in een aantal fragmenten ongeveer 100 km ten noorden van Melbourne op aarde terechtkwam. Deze meteoriet bevatte diverse 'organische' moleculen, maar ook precies de aminozuren die bij de experimenten van Miller en Urey waren ontstaan. Er was echter één opmerkelijk verschil, dat werd opgemerkt door Mike Engel: in het experiment waren gelijke hoeveelheden links- en rechtsdraaiende aminozuren gevormd, maar op de Murchison meteoriet ging het overwegend om linksdraaiende moleculen. Omdat de fragmenten van de meteoriet direct waren verzameld (men had ze zien vallen) is de kans dat dit overwegend linksdraaiende karakter een aardse 'verontreiniging' is, extreem klein. Kennelijk komen dus zowel op aarde als in de ruimte overwegend linksdraaiende exemplaren voor. Er is nog geen overtuigende verklaring gevonden voor dit linksdraaiende karakter als kennelijke voorwaarde voor het leven.

Voor de afwezigheid van zo’n 12 'aardse' aminozuren op meteorieten heeft Macko wel een verklaring. Toen 3,8 miljard jaar geleden talloze ruimtebrokken op aarde vielen (genoeg om de hele aarde met een metersdikke laag te bedekken), was de aardatmosfeer reducerend. Volgens Macko biedt dat een aannemelijke verklaring: in de huidige, oxiderende, atmosfeer overleeft een deel van de aminozuren het laatste deel van de reis naar de aarde niet. Deze aannemelijke verklaring zou getoetst kunnen worden door meteorieten via ruimteschepen of -stations buiten de atmosfeer te vangen, en te onderzoeken op hun aminozuren. Dat onderzoek zou de speurtocht naar de oorsprong van het leven op aarde weer een stukje verder kunnen brengen.

Referenties:
  • Macko, S., 2003. The significance of protein amino acids in carbonaceous meteorites. In: Geoscience horizons - Abstracts with programs GSA Annual Meeting & Exposition (Seattle, 2003) 111-16.

412 De gevolgen van meteorietinslagen in zee
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De inslag van grote hemellichamen (meteorieten en kometen) hebben tal van gevolgen, niet alleen voor het leven op aarde maar ook voor de sedimentatie. Dat komt vooral tot uiting in de specifieke mariene sedimenten die ontstaan door de inslag van een bolide in zee. Dat in zee bijzondere sedimenten ontstaan na een inslag is een gevolg van het feit dat de bodem daar vrijwel altijd bedekt is met een dik pakket van (uiteraard waterverzadigde) onverharde sedimenten, terwijl op het land bij een inslag gewoonlijk harde rots (vaak stollings- of metamorf gesteente) wordt geraakt. Die verschillen in getroffen materiaal zorgen voor verschillende vormen van de veroorzaakte inslagkraters, en die verschillende kratervormen bepalen mede op welke wijze ze weer (deels) worden afgebroken. Bij die afbraak spelen op land en in zee bovendien verschillende processen een rol. Er zijn dus verschillende soorten beschikbaar materiaal, verschillende erosie-, transport en sedimentatiemechanismen, en verschillende topografieën.


DETAIL VAN DE TURBIDIET DIE ONTSTOND BIJ DE INSLAG VAN EEN BOLIDE OP DE KRIJT/TERTIAIR-GRENS

Analyse van inslagkraters die in het geologische verleden in zee werden gevormd, geeft aan dat de sedimentaire gevolgen het grootst waren wanneer het ging om een ondiepe zee. De inslagkraters die in dergelijke zeeën werden gevormd, waren soms zeer groot, met diameters tot enkele tientallen kilometers. Ze vertonen lage kraterwanden of zelfs geen, waarschijnlijk door de eroderende werking van zeewater dat de krater instroomde toen het water daar door de bij de inslag vrijkomende warmte verdampte. Een ander verschijnsel dat vaak met de inslagen was gerelateerd, betreft het optreden van tsoenami’s (vloedgolven).

Wat precies de karakteristieken van de vloedgolven ten gevolge van grote inslagen waren, en wat voor consequenties ze hadden, kan niet direct uit de geologische context worden afgelezen. Er zijn echter wel berekeningen uit te voeren. Voor de inslag bij Montagnais (voor de kust van Canada) is berekend dat de golf nabij de plaats van inslag 200 m hoog geweest moet zijn; op 500 km afstand was de golf nog 50 m hoog en was z’n snelheid ca. 5,5 m per seconde; op 1000 km afstand was de snelheid afgenomen tot 0,5 m/s.

Een bijzonder verschijnsel dat bij inslagen in zee ook vaak optrad waren afglijdingen van enorme massa’s modder vanaf de randen van de krater. De omlaag glijdende massa’s namen steeds meer water op, en veranderden zo in een zogeheten troebelingsstroom (een watermassa die vanwege zijn hoge gehalte aan opgenomen deeltjes een hoog soortelijk gewicht heeft en daarom van een helling afstroomt). Wanneer een dergelijke troebelingsstroom zijn snelheid verloor (bijv. doordat hij op de min of meer horizontale zeebodem terechtkwam) dan kwam ook het meegevoerde materiaal geleidelijk tot rust. De afzetting van zo’n troebelingsstroom wordt 'turbidiet' genoemd.

De turbidieten die ontstonden ten gevolge van de inslag van een hemellichaam, verschillen van andere turbidieten doordat ze stukjes buitenaards materiaal bevatten, en vaak ook een relatief hoge concentratie iridium. Dergelijke turbidieten kunnen een enorme omvang hebben. Zo is bij Miracielo (Cuba) een turbidiet ontsloten die een gevolg was van de inslag op de Krijt/Tertiair-grens. Deze turbidiet, die ook extraterrestrisch materiaal bevat, is enkele honderden meters dik, en honderden kilometers lang; hij vult een geul op die door de troebelingsstroom werd uitgeschuurd en die zo’n 10 km breed is.

Referenties:
  • Dypvik, H. & Jansa, L.F., 2003. Sedimentary signatures and processes during marine bolide impacts: a review. Sedimentary Geology 161, p. 309-337.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Henning Dypvik, Department of Geology, University of Oslo, Oslo (Noorwegen).

413 Dichtheid van continentale 'wortels' vooral bepaald door temperatuur
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De continentale aardkorst is gemiddeld aanzienlijk lichter dan de aardmantel, waardoor de continenten als het ware 'drijven' op de aardmantel. De oude kernen (cratons) van de continenten, die bestaan uit Precambrische gesteenten, zijn zwaarder dan de gemiddelde aardkorst, maar ook nog altijd lichter dan de aardmantel. Onder deze cratons komt een soort 'wortel' voor, waarvan zowel het ontstaan als de ontwikkeling slecht begrepen is. Die wortels bestaan uit relatief koude stukken van de lithosfeer die chemisch aan bepaalde elementen zijn verarmd.

Uit petrologische waarnemingen en temperatuurgegevens blijkt dat de wortels die bestaan uit gesteenten van het Archeïcum (meer dan 2,5 miljard jaar oud) kouder zijn en chemisch meer verarmd dan wortels uit het Proterozoïcum (2,5 miljard tot 540 miljoen jaar geleden). Daarom wordt gewoonlijk aangenomen dat de chemische verarming toeneemt met de tijd, Deze hypothese is nu getest door een team Duitse, Franse en Amerikaanse onderzoekers. Die maakten gebruik van gegevens met betrekking tot de wereldwijde verdeling van (en dus de verschillen in) zwaartekracht, temperatuur, petrologie en seismiek van de wortels. Om dat te kunnen doen, bepaalden ze eerst de ruimtelijke verschillen in zwaartekracht voor de aardkorst. Die 'trokken ze af' van het totale zwaartekrachtsbeeld, zodat ze als het ware de gegevens voor een 'uitgepelde' aardmantel overhielden.

Hierbij vonden ze afwijkingen in het zwaartekrachtsveld van -100 tot +100 mGal. Het opmerkelijke daarbij was echter dat de positieve afwijkingen bij de cratons op het noordelijk halfrond voorkomen, en de negatieve bij die op het zuidelijk halfrond. Er blijkt geen relatie te bestaan met de ouderdom van de wortels.

Om de effecten van temperatuur en chemische verarming op de dichtheid van de wortels van elkaar te kunnen onderscheiden, hebben de onderzoekers een lithosferische temperatuurcorrectie toegepast. Daaruit blijkt dat zwaartekrachtsverschillen die door temperatuurverschillen in de bovenste aardmantel worden veroorzaakt uiteenlopen van -200 tot +300 mGal. De sterkste negatieve uitschieters hangen samen met midoceanische ruggen, terwijl de sterkste positieve uitschieters samenhangen met de positie van de cratons. Door ook weer voor deze temperatuureffecten te corrigeren, kregen de onderzoekers een wereldkaart met dichtheidsverschillen als gevolg van variaties in de samenstelling van de lithosfeer. Deze kaart geeft aan dat de gemiddelde afname van de dichtheid als gevolg van chemische verarming in de wortels van de cratons 1,1-1,5% bedraagt. De eindconclusie van de onderzoekers is dat de variaties in dichtheid van de wortels veel sterker samenhangen met de temperatuur dan met verschillen in chemische samenstelling.

Referenties:
  • Kaban, M.K., Schwintzer, P., Artemieva, I.M. & Mooney, W.D., 2003. Earth and Planetary Science Letters 209, p. 53-69

414 Nieuwe theorie over vorming Andes
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De Andes is geologisch gezien een merkwaardig gebergte. Dit enorme gebergte (het op een na grootste op aarde) is in zijn centrale deel (in het noorden van Chili, in Bolivia en in het zuiden van Peru) 600-700 km breed, heeft een gemiddelde hoogte van ongeveer 4 km, en de aardkorst is er (met zo’n 50-75 km) dubbel zo dik als gemiddeld op de continenten.


HET ALTIPLANO-PUNAG PLATEAU

Over het ontstaan van dit gebergte bestaat weinig eensgezindheid. Veel geologen zijn van mening dat het gebergte is ontstaan door de botsing tussen twee aardschollen: de Nazca-schol duikt bij de Andes onder de Zuid-Amerikaanse schol weg. Hierbij zou in het Neogeen de aardkorst zijn ingekort, wat tot de 'rimpeling' van de Andes leidde. Anderen menen echter dat Neogene inkorting van de korst onvoldoende is om het gebergte te verklaren; er wordt ook wel gedacht aan andere processen, zoals magma dat in de diepte opstijgt en daarbij de Andes omhoog duwt. De vrij vlakke topografie van de Andes lijkt er echter, in combinatie met variaties in de samenstelling, op te wijzen dat er ook een soort zeer visceuze (stroperige) stroming van korstmateriaal een rol speelt.

Amerikaanse onderzoekers hebben via een 3-D model geprobeerd deze visceuze stroming te begrijpen. Daarbij hebben ze onder meer berekeningen uitgevoerd aan het betrokken volume aardkorst. Ze gingen daarbij uit van een aardkorst die aanvankelijk 25 km dik was; dat is dezelfde dikte als het craton nu heeft, op 300 m boven zeeniveau. De berekeningen geven aan dat de Andes vanaf dat niveau ongeveer 4,1 miljoen kubieke kilometer aardkorst bevat. Door de gebergtevorming, waarbij de korst zijn huidige exceptionele dikte bereikte, moet daar zo’n 29-31 miljoen kubieke kilometer zijn bijgekomen.

Met deze gegevens als uitgangspunten komen de onderzoekers tot een inkorting van de korst sinds het Neogeen van minder dan 50 km, en van minder dan 300 km sinds het Mioceen. Dit zijn de maximale waarden voor het centrale deel van de Andes; zowel naar het noorden als naar het zuiden worden die waarden kleiner.

De onderzoekers komen tot de conclusie dat de huidige Andes zowel door inkorting van de korst tijdens het Neogeen kan zijn ontstaan als door inkorting die als aanzienlijk was voortgeschreden voordat het Neogeen begon. Die twee scenario’s vergen echter sterk uiteenlopende processen. In het eerste geval werden de noordelijke en zuidelijke Andes gelijktijdig opgeheven. In het tweede geval was de noordelijke Andes 25 miljoen jaar geleden al meer dan 2 km opgeheven, terwijl dat voor de zuidelijke Andes nog minder dan een kilometer was (maar de opheffing van dit deel ging weer veel sneller in de afgelopen 20 miljoen jaar). In beide gevallen moet een groot volume aardkorst zeer visceus gestroomd hebben, net zoals dat voor het Tibetaanse Plateau in de Himalaya’s het geval is geweest. De effectieve viscositeit kan hierbij worden berekend: ca. 10-20 Pa.s. Om een dergelijke visceuze stroming mogelijk te maken, moet het onderste gedeelte van de korst aan hoge temperaturen blootgesteld zijn geweest. Dat lijkt aannemelijk, want het Altiplano-Punaq Plateau is een van de grootste ignimbrietprovincies in de wereld, met een hoge geothermische warmteflux (84 mW per vierkante meter).

Referenties:
  • Yang, Y., Liu, M. & Stein, S., 2003. A 3-D geodynamic model of lateral crustal flow during Andean mountain building. Geophysicalo Research Letters 30 (21), 2093, doi 10.1029/2003GL018308, 4 pp.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl