NGV-Geonieuws 64

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Maart 2004, jaargang 6 nr. 5

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 425 De uitbarsting van de Somma in 472 A.D.
  • 426 Aardbeving in India veroorzaakte kraters door bodemvloeiing
  • 427 Hevige bosbranden in Indonesië (1997) terug te vinden in koralen
  • 428 Omslag van zuurstofarme naar zuurstofrijke atmosfeer vond 2,32 miljard jaar geleden plaats
  • 429 Waarom gloedwolken tsoenami’s veroorzaken

    << Vorige uitgave: 63 | Volgende uitgave: 65 >>

425 De uitbarsting van de Somma in 472 A.D.
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

De Vesuvius kent diverse kraters, waarvan de Somma er een is. Op 6 november 472 vond via deze krater een explosieve uitbarsting plaats, waarover Romeinse geschriften bestaan. Recent onderzoek van de afzettingen die bij deze uitbarsting werden gevormd levert, in samenspel met de overgeleverde berichten, het beeld op van een complexe eruptie waarin vier fasen kunnen worden onderscheiden.


DE SOMMA (18e EEUWS SCHILDERIJ VAN PIETRO FABRIS).

Van de Vesuvius zijn uit historische tijden drie grote uitbarstingen bekend. De bekendste is die van 79 A.D., waarbij Pompeï en Herculaneum werden verwoest. Op dat moment vormde de Somma al een caldera (instortingsvulkaan), die moet zijn gevormd doordat bij een eerdere explosieve uitbarsting zoveel magma werd uitgestoten dat de vulkaan als het ware in de geleegde magmakamer instortte. Waarschijnlijk werd het zuidoostelijke deel van de caldera van de Somma bij de uitbarsting in 79 A.D. grotendeels verwoest. Die uitbarsting had zoveel catastrofale gevolgen gehad dat het gebied rond de Somma in 472 nog maar dun bevolkt was (al was er wel landbouw activiteit: Dio Cassius schrijft hierover in zijn Historiae Romanae: “Het bovendeel [van de amfitheatervormige berg] had veel beplanting met wijndruiven, die zich uitstrekten tot binnenin de krater, zo ver als het vuur toestond”). Daardoor was er geen sprake van een sociale ontwrichting zoals in 79. Toch was de uitbarsting van 472 zeer heftig.

Het heftige karakter van de eruptie in 472 verdween snel, maar de vulkaan bleef nog lang actief. Daarover schrijft Procopius van Cesarea in zijn De Bello Gothico: “De berg ligt zeventig stadia ten noorden van Napels. Hij is erg ruig; het onderste gedeelte ligt in de plezierige schaduw van een bosgebied; het hogere gebied is afschuwelijk, vanwege zijn steile rotswanden en ruige voorkomen. Nabij het midden van de top opent zich een zo diepe spleet dat die de onderste wortels van de berg lijkt te bereiken. Daar kun je, omlaag kijkend, vuur zien en soms een ronddraaiende vlammenzee, die de bewoners geen kwaad doet”.

Zo zijn er tal van andere beschrijvingen, deels ook van de uitbarsting in 472 zelf. samen met hun eigen gegevens (onderzoek van ontsluitingen, boringen, chemische analyses) komen de onderzoekers tot de conclusie dat de eerste fase van de uitbarsting een kleine magma-explosie was, die een laag puimsteen opleverde, met daarover grover wordende lagen. Daarna volgde een uitbarsting waarbij minder gas vrijkwam, en dus dichtere lagen werden afgezet. Verzadiging met grondwater zorgde voor een derde fase met modderstromen. De laatste fase werd gekenmerkt door grondwater dat in de magmakamer binnendrong, waardoor een enorme uitstoot plaatsvond, met een gewelddadig karakter.

Beschrijvingen hiervan bestaan onder meer van Procopius: “Elke keer dat er as wordt uitgestoten, nemen de vlammen rotsblokken op van de bodem, hoe klein of groot ze ook mogen zijn, heffen ze op tot boven de top van de berg, en gooien ze dan op goed geluk in het rond. Een wilde stortvloed van vuur stroomt van de top naar de berghellingen en verder. Al deze gebeurtenissen komen ook bij de Etna voor. De rivier van vuur vormt wanden aan beide zijden, intussen een bedding uitschurend. Het vuur dat oorspronkelijk in de stroom werd meegevoerd, is gelijk aan een stroom van heet water, Als het vuur dooft, stopt de stroom. De door het vuur gevormde afzetting lijkt te bestaan uit modder gelijk aan as”.

Referenties:
  • Rolandi, G., Munno, R. & Postiglione, I., 2004. The A.D. 472 eruption of the Somma volcano. Journal of Volcanology and Geothermal Research 129, p. 291-319.

426 Aardbeving in India veroorzaakte kraters door bodemvloeiing
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De bodem van een gebied in India met een oppervlakte van ongeveer 15.000 km2 vertoonde na de aardbeving van januari 2001 (met een kracht van 7,7) tekenen dat in de ondergrond vervloeiing van de grond was opgetreden. Het ging daarbij om gangen van zand (zogeheten clastic dikes) die in de bovenliggende lagen doordrongen en om kratervormige depressies die in het aardoppervlak werden gevormd, waarbij rondom de kraters door de lucht uitgeworpen brokstukken grond te vinden waren. Deze verschijnselen komen zelden op zo’n grote schaal voor, maar het ging dan ook om een van de grootste aardbevingsrampen in de historie van India, ook al kwam de breuk die de aardschok veroorzaakte niet aan het aardoppervlak.

Twee Amerikaanse onderzoekers hebben twee van de gevormde 'kraters' onderzocht. De kraters (nabij Umedpur, ongeveer 48 km ten NW van het epicentrum) waren resp. 2,4 x 1,8 en 1,6 x 1,5 m groot. De onderzoekers komen tot de conclusie dat ze een gevolg moeten zijn geweest van een explosieve vervorming van de grond; die vervorming was waarschijnlijk een vertraagd effect van vervloeiing van een pakket in de ondergrond. De vervloeiing kon ontstaan doordat de aardschok drukgolven uitzond die de waterdruk in de poriën van het sediment verhoogde.

De kraters konden ontstaan door de opbouw van aanzienlijke hydraulische gradiënten in kleilagen in de ondergrond ter plaatse. Die zorgden ervoor dat gangen van vervloeiend zand naar boven doordrongen. Daarna werd het materiaal weer 'vast', totdat de zich opbouwende druk plotseling een uitweg zocht, waarbij stukken grond de lucht in werden geslingerd, en tot op 26 meter afstand van de plaats van herkomst weer terugvielen. Uit de vorm van de krater kan worden afgeleid dat de 'projectielen' onder een hoek van ca. 45 graden werden gelanceerd. Uit die hoek en de door de projectielen afgelegde afstand kan worden berekend dat de opgebouwde druk zo’n 11 kPa bedroeg; bij de 'explosie' die de krater veroorzaakte (en die ongeveer 10,2 seconde moet hebben geduurd) was de druk 56 kPa, wat overeenkomt met de druk die wordt uitgeoefend door een 5,6 m hoge waterkolom. Dit is een minimumwaarde, die echter wel goed overeenkomt met waarnemingen die spreken over waterfonteinen die kort na de aardbeving optraden en die hoogten van 3-4 m bereikten.

Referenties:
  • Rydelek, P.A. & Tuttle, M., 2004. Explosive craters and soli liquefaction. Nature 427, p. 115-116.

427 Hevige bosbranden in Indonesië (1997) terug te vinden in koralen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

De stabiele isotopen van zuurstof en koolstof in koralen voor de kust van Indonesië weerspiegelen de enorme bosbranden die in 1997 op Sumatra en Borneo plaatsvonden, en die ook op zee plaatselijk zorgden voor een zicht van minder dan 100 m. De verhoudingen tussen deze isotopen in de koralen weerspiegelt zelfs ruwweg de afstand tot de brandhaarden.


HET KORAAL PORITES LOBATA

Canadese en Amerikaanse onderzoekers namen monsters van het rifbouwende koraal Porites lobata op twee locaties: de Riau archipel ten zuiden van Singapore (waar de rook het dichtst was) en bij de Karimunjawa eilanden ten noorden van centraal Java, waar de rook wat minder was. Op elke locatie bemonsterden ze drie koralen. Daarvan onderzochten zij de jongste kalklaagjes, loodrecht op de groeirichting. Voor de jaren 1993-1998 gebeurde dat elke millimeter, voor de periode van begin 1995 tot medio 1998 met veel kleinere intervallen. Dat betekent (de drie koralen van de Riau archipel groeiden van 1995-1997 met gemiddeld 9,6, 8,3 en 11,9 mm per jaar; bij die van de Kirimunjawa eilanden was dat 16,7, 14,4 en 16,5 mm per jaar) dat de veranderingen in de koraalgroei van enkele jaren voor tot een jaar na de bosbranden ongeveer per week werden geanalyseerd.

Bij de analyses bleek er een sterke correlatie te bestaan tussen de afwijkende waarden (t.o.v. het normale gemiddelde) van de koolstof-13 en de zuurstof-18 isotopen. Dit duidt op groeiproblemen. De periode direct na de bosbranden blijkt duidelijk afwijkende waarden op te leveren; volgens de onderzoekers moeten die worden toegeschreven aan de verschuiving van een vrijwel geheel autotroof naar een iets meer heterotroof metabolisme van de koralen. Zo zouden ze compensatie hebben gevonden voor de sterk verminderde lichtintensiteit (als gevolg van de rook), en voor waarschijnlijk lagere waarden van hun fotosynthetische activiteit. Hierbij wordt overigens wel aangetekend dat de koralen desondanks voornamelijk autotroof bleven.

De afwijkende waarde van de koolstof-13/koolstof-14 verhouding kan niet geheel aan de aanpassing van individuele koralen aan de rookontwikkeling worden toegeschreven. De onderzoekers menen dat de fotosynthese van het rif in zijn totaliteit verminderde. Ze spreken van 'fotosynthese stress'. Niettemin leidde deze stress niet tot lagere groeisnelheden van de koralen in 1997.

De weerslag die de bosbranden blijken te hebben op de isotopenverhoudingen in de koralen biedt de mogelijkheid om soortgelijke gebeurtenissen in het verleden te reconstrueren, althans voor tropische gebieden. Daarmee wordt in principe de mogelijkheid geboden om, op een wijze die onafhankelijk is van het 'bodemarchief' op het land, vast te stellen of de frequentie van bosbranden in de afgelopen eeuwen (of zelfs langer) is veranderd, en of een eventuele toename in de frequentie een samenhang vertoont met menselijke bewoning (en populatiedichtheid) of dat het gaat om een natuurlijke verandering.

Referenties:
  • Risk, M.J., Sherwood, O.A., Heikoop, J.M. & Llewellyn, G., 2003. Smoke signals from corals: isotopic signature of the 1997 Indonesian 'haze' event. Marine Geology 202, p. 71-78

428 Omslag van zuurstofarme naar zuurstofrijke atmosfeer vond 2,32 miljard jaar geleden plaats
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

In het begin van de aardgeschiedenis had de aarde een atmosfeer met een zeer geringe hoeveelheid zuurstof. De omslag naar een veel zuurstofrijkere atmosfeer vond echter al vroeg plaats: tussen 2,45 en 2,22 miljard jaar geleden. Meer exact was dat tot nu toe niet aan te geven; ook de snelheid waarmee de omslag plaatsvond was niet goed bekend. Nu zijn er echter aanwijzingen dat de omslag relatief snel moet hebben plaatsgevonden, en wel zo’n 2,32 miljard jaar geleden.


MICROFOTO VAN EEN ONDERZOCHTE PYRIET-SFERULIET

Het zuurstofarme karakter van de aardatmosfeer van meer dan 2,45 miljard jaar geleden kan worden afgeleid uit het voorkomen van mineralen die onder meer zuurstofrijke omstandigheden zouden zijn geoxideerd. Ook fossiele bodems uit die tijd tonen geen tekenen van oxidatie. Daarentegen komen juist tal van afzettingen voor met een geoxideerd karakter vanaf 2,22 miljard jaar geleden. De omslag moet dus tussen die twee momenten in liggen.

Waar dat omslagpunt precies ligt, kon moeilijk worden vastgesteld. Een nieuwe techniek (mass-independent fractionation, MIF) biedt daartoe nu echter de mogelijkheid. De techniek is gebaseerd op de verhouding tussen de zwavelisotopen S-33 en S-34. Die verhouding kan veranderen door diverse oorzaken; zo hangt de verhouding in zeewater (en daarmee in mariene sedimenten) onder meer af van de aanwezigheid van niet-geoxideerde zwavelverbindingen of juist van sulfaten; het voorkomen daarvan hangt weer af van de diepte tot waar kosmische straling doordringt, en dat hangt weer samen met het voorkomen van ozon (O3) en dus van zuurstof (O2) in de atmosfeer.

Op basis van deze overwegingen zijn Precambrische sedimenten uit Zuid-Afrika onderzocht. Het gaat om de Formatie van Rooihoogte en de Formatie van Timeball Hill die via een discordantie op de Penge Iron Formatie liggen. De gesteenten onder de discordantie blijken onder reducerende omstandigheden te zijn ontstaan, de pakketten erboven juist onder oxiderende omstandigheden. Helaas bevat het bovenste deel van de Penge Iron Formatie (dat net onder de discordantie ligt) geen pyriet dat zich leent voor MIF, maar dat is wel het geval met de twee jongere sedimentpakketten (die ingebed liggen tussen twee glaciale pakketten). De vroeg-diagenetische pyrietvoorkomens in de Rooihoogte en Timeball Hill Formaties (waarvoor MIF aangeeft dat de atmosfeer oxyderend was) zijn onlangs gedateerd als 2.322 (plus of min 15) miljoen jaar oud, wat betekent dat de omslag naar een zuurstofrijke atmosfeer niet later kan hebben plaatsgevonden. Vergelijking van het glaciale pakket met korreleerbare pakketten uit Canada leidt de auteurs uiteindelijk tot de conclusie dat de omslag waarschijnlijk heeft plaatsgevonden na de vorming van die glaciale pakketten. Dat betekent dus dat de omslag van een reducerende naar een oxiderende atmosfeer heeft plaatsgevonden tijdens de afzetting van de Rooihoogte en Timeball Hill Formaties, dus ongeveer 2,322 miljard jaar geleden.

Referenties:
  • Bekker, A., Holland, H.D., Wang, P.-L., Rumble III, D., Stein, J.J., Hannah, J.L., Coetzee, L.L. & Beukes, N.J., 2004. Dating the rise of atmospheric oxygen. Nature 427, p. 117-120

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Andrey Bekker, Harvard University (nu Carnegy Institute of Washington, Verenigde Staten).

429 Waarom gloedwolken tsoenami’s veroorzaken
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Gloedwolken zijn hete, gasrijke massa’s fijne deeltjes die door een vulkaan bij een explosieve eruptie kunnen worden uitgestoten en die, onder invloed van de zwaartekracht, langs de vulkaanhelling omlaag suizen. Dat kan rampzalige gevolgen hebben: in 1902 werd op Martinique de hoofdstad St. Pierre na een uitbarsting van de Montagne Pelée door zo’n gloedwolk in enkele seconden weggevaagd, met al zijn bewoners. Maar gloedwolken kunnen ook indirect rampzalige gevolgen hebben, namelijk wanneer ze de zee bereiken. Er ontstaat dan namelijk in veel gevallen een vloedgolf (tsoenami), die vele meters hoog kan worden waar hij ondiepe kustzones bereikt, en die dan tot kilometers landinwaarts alles kan verwoesten.


DE GLOEDWOLK VAN MONTAGNE PELÉE (1902)

Dat het binnenstromen van een hete gloedwolk in zee gepaard gaat met heftige verschijnselen, is niet zo verwonderlijk, maar waarom er vloedgolven bij kunnen ontstaan is nooit helemaal duidelijk geweest, al zijn daarover wel diverse hypotheses naar voren gebracht. De vijf meest aannemelijke daarvan zijn nu onderzocht. Dat betreft een stoomexplosie, plotselinge verplaatsing van een groot volume water door het onderste (aandeeltjesrijke) deel van de gloedwolk, druk die door het gasrijke bovenste deel van de gloedwolk op het water wordt uitgeoefend, de schuifspanning die door het gasrijke deel van de gloedwolk op het wateroppervlak wordt uitgeoefend, en de impuls die de gloedwolk in zijn totaliteit op het water overbrengt.

De twee onderzoekers (van resp. een Amerikaans ingenieursbedrijf en de Amerikaanse Geologische Dienst) hebben voor hun onderzoek eerst onderscheid gemaakt tussen het gasrijke bovenste deel (de 'pluim') en het deeltjesrijke onderste deel (de 'deeltjesstroom') van de gloedwolk. Van elk hebben ze het gedrag geanalyseerd, de beweging, en de vorm van energieoverdracht op het zeewater. Die analyses hebben ze vergeleken met wat er bekend was over de karakteristieken van tsoenami’s, zoals hun golfhoogte en hun golflengte. Die vergelijking toonde aan dat het de deeltjesstroom moet zijn die in hoofdzaak verantwoordelijk is voor het ontstaan van een vloedgolf. Deze stroom levert ook de meest energierijke en coherente watergolf op. Bovendien komt de voortplantingssnelheid van de opgewekte vloedgolf in praktijk goed met de berekende snelheid overeen. De andere vier processen die als mogelijke verklaring voor het ontstaan van een tsoenami ware geopperd, voldoen in veel geringere mate. Zo dragen stoomexplosies voor minder dan 1% bij aan de opgewekte vloedgolf.

Referenties:
  • Watts, P. & Waythomas, C.F., 2003. Theoretical analysis of tsunami generation by pyroclastic flows. Journal of Geophysical Research - Solid Earth 108 (B12), doi 10.1029/2002JB002265, 21 pp.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl