NGV-Geonieuws 65

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Maart 2004, jaargang 6 nr. 6

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 430 Weddell Zee neemt sinds begin industrieel tijdperk CO2 uit atmosfeer op
  • 431 Afgestorven walvissen beÔnvloeden indirect geochemie van zeewater
  • 432 Ongekend snelle evolutie van ijskruiden
  • 433 Zwarte Zee liep niet catastrofaal vol
  • 434 Steeds meer uitstoot van methaan door permafrostgebieden

    << Vorige uitgave: 64 | Volgende uitgave: 66 >>

430 Weddell Zee neemt sinds begin industrieel tijdperk CO2 uit atmosfeer op
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

De koolstofbalans van de aarde is nog op veel punten onduidelijk. Dat komt mogelijk mede omdat er waarschijnlijk nog geen nieuw (dynamisch) evenwicht is bereikt tussen onder meer CO2 in de atmosfeer en in de oceaan sinds de mens op grote schaal fossiele brandstoffen is gaan verstoken in het industriŽle tijdperk. Om de koolstofbalans een beetje in evenwicht te krijgen moeten er op aarde tal van plaatsen zijn die nu meer CO2 opnemen dan vroeger het geval was, of die nu CO2 opnemen terwijl ze vroeger juist CO2 afgaven.


ZONSONDERGANG IN DE WEDDELL-ZEE

De extra CO2 die sinds het begin van de industriŽle revolutie (1750-1800) aan de atmosfeer is afgegeven, raakt daarin door de grote luchtturbulentie goed verspreid. De geleidelijke toename van de atmosferische CO2-concentratie is daardoor goed te meten. Dat is veel minder goed mogelijk met de CO2-concentratie in de bovenste waterlagen van de oceanen: die nemen weliswaar CO2 uit de atmosfeer op, maar de menging is veel minder dan in de atmosfeer. Daarom komen van plaats tot plaats grote verschillen in de CO2-concentratie in zeewater voor, wat het ook moeilijk maakt om vast te stellen in hoeverre bepaalde zeegebieden nu als 'opslagruimte' (een zogeheten 'sink') voor CO2 dienen, of juist als bron voor atmosferisch koolzuurgas.

De Nederlander Mario Hoppema, nu werkzaam in Duitsland, heeft onderzoek verricht in de Weddell Zee bij Antarctica. In de laatste jaren was al duidelijk geworden dat die zee zich als 'sink' gedraagt. Dat geldt voor grote delen van de oceanen op het zuidelijk halfrond, maar dat moet eerder anders zijn geweest. Hoppema heeft, gedurende enkele tochten die in de negentiger jaren werden gemaakt met de Duitse ijsbreker Polarstern, monsters genomen, zowel van oppervlaktewater als van opwellend 'warm diep water'. Daarbij werd de concentratie aan CO2 bepaald - met een correctie voor afwijkingen die een gevolg zijn van biologische activiteit en van verschillen in zoutgehalte - om na te gaan hoe die concentratie in de loop der tijd is veranderd.

Het opwellende warme diepe water is niet eerder in het industriŽle tijdperk aan de oppervlakte gekomen en bevat dus geen - of een verwaarloosbare hoeveelheid - CO2 die door menselijke activiteit in de atmosfeer (en daarna in de oceaan) is terechtgekomen. Uit de gegevens blijkt dat de Weddell Zee sinds het begin van het industriŽle tijdperk CO2 is gaan opnemen, terwijl daarvoor juist CO2 werd afgegeven. Dit resultaat komt niet onverwacht, maar modelstudies waaruit dit eerder naar voren kwamen berusten noodzakelijkerwijs deels op aannamen. Nu zijn er dus praktijkgegevens die de uitkomsten van de modelberekeningen bevestigen.

Referenties:
  • Hoppema, M., 2004. Weddell Sea turned from source to sink for atmospheric CO2 between pre-industrial time and recent. Global and Planetary Change 40, p. 219-131.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Mario Hoppema, Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Bremerhaven (Duitsland).

431 Afgestorven walvissen beÔnvloeden indirect geochemie van zeewater
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Op de zeebodem veroorzaken afgestorven walvissen plaatselijk uitzonderlijke omstandigheden die zorgen voor een speciale biotoop die tientallen jaren in stand kan blijven. Onverwacht lange 'levensduur' van dergelijke biotopen, die ook de fossilisatiekansen van de walvissen medebepaalt, is vastgesteld door drie Amerikaanse onderzoekers die daarvoor een aantal ongewone gegevens verzamelden, en vervolgens met ongebruikelijke technieken bewerkten.


FOSSIELE WALVIS IN DE VROEG-PLIOCENE (?) PISCO FM (PERU)

Microorganismen die onder anaŽrobe omstandigheden vetten en andere organische bestanddelen uit de walvisbotten omzetten zijn verantwoordelijk voor de 'dode-walvis-biotoop'. De door deze microben gevormde producten dienen weer als voedsel voor levensgemeenschappen die op chemosynthese zijn aangewezen; daartoe behoren bacteriŽn, maar ook diverse typen schelpdieren. Veel van deze organismen zijn verwant aan de op chemosynthese gebaseerde levensgemeenschappen die worden aangetroffen bij onderzeese hete bronnen. Onderzoek daarnaar kwam op gang nadat in 1987 een chemoautotrofe levensgemeenschap werd ontdekt op 1240 m diepte (voor de kust bij San Diego), die zich voedde met de olierijke resten van een 21 m lange walvis. Hierbij werd een belangrijke rol gespeeld door sulfiden die gevormd waren door anaŽrobe omzetting van vetten uit de walvisbotten.

Het was tot nu toe niet bekend hoe lang de afgestorven walvissen zoín bijzondere levensgemeenschap in stand kunnen houden. Kennis daaromtrent is echter van belang omdat deze biotoop een soort opstapje kan vormen voor zwavelminnende soorten van microorganismen, die op hun beurt weer van groot belang zijn voor de organische geochemie in zee. De onderzoekers hebben dit probleem aangepakt door te kijken naar de verhouding tussen de isotopen lood-110 en radium-126. Die verhouding verkeert in levende organismen niet in evenwicht, maar schuift daar na hun afsterven steeds verder naar toe. Eerste proefnemingen waarbij die verhouding werd bepaald aan de hand van walvisbotten van bekende ouderdom (deels uit musea), leverden goede resultaten op voor botten van 10-85 jaar na overlijden van de walvis. Om de eventuele invloed van het milieu op de resultaten na te gaan hebben de onderzoekers gestorven jonge walvissen op verschillende plaatsen op de zeebodem laten zinken, waarna botten na 10 en 6,6 jaar via duikboten weer werden opgehaald om ouderdomsanalyses te verrichten. Daarbij kon ook worden vastgesteld dat de botten na afsterven van de walvis een gesloten systeem vormen, waarin de verhoudeningen tussen de lood- en radiumisotopen niet meer van buitenaf wordt beÔnvloed. Voor de diverse onderzochte walvissoorten bleek dezelfde techniek toepasbaar.

Referenties:
  • Schuller, D., Kadko, D. & Smith, C.R., 2004. Use of 210Pb/226Ra disequilibria in the dating of deep-sea whale falls. Earth and Planetary Science Letters 218, p. 277-189.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Dode walvissen op de zeebodem vormen langdurige biotoop' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (21 februari 2004).
Foto welwillend ter beschikking gesteld door Leonard Brand, Loma Linda University, Loma Linda (Verenigde Staten).

432 Ongekend snelle evolutie van ijskruiden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !

Nog steeds zijn er mensen die niet geloven in de evolutie, hoewel in de paleontologie talrijke voorbeelden te vinden zijn van geleidelijk in tijd veranderde vormen en elkaar opvolgende soorten. Dat gaat echter, menselijk gezien, in een uiterst traag tempo. Evolutie vindt echter niet via een vast stramien plaats, en sommige groepen evolueren veel sneller dan andere. Onderzoekers uit Zuid-Afrika hebben nu een plantengroep ontdekt die geologisch gezien buitengewoon snel evolueert. Het gaat om een groep binnen de Aizoaceae (ijskruiden, een groep vetplanten), die groeien in een droog gebied (Succulent Karoo) langs de westkust van Zuid-Afrika. Dit gebied maakt botanisch gezien deel uit van de Grote Kaap Flora, en behoort tot de 25 botanisch rijkste gebieden op aarde, met ongeveer 5000 soorten. IJskruiden vormen de belangrijkste groep, met zoín 1750 soorten die behoren tot 127 geslachten.


DE KAROO-ROOS (LAPIDARIA MARGARETEA), EEN TYPISCHE VETPLANT

Een van de groepen die in het gebied binnen de ijskruiden kunnen worden onderscheiden (de Ruschioidae) telt 1563 soorten, die bijna allemaal inheems zijn. Deze groep heeft zich 3,8-8,7 miljoen jaar geleden afgescheiden van de andere ijskruiden, en is sindsdien uitzonderlijk snel geŽvolueerd. Ruwweg komt het erop neer dat zich eens per 770.000 tot 1,75 miljoen jaar een nieuwe soort uit iedere bestaande soort ontwikkelde. De genoemde waarden gaan ervan uit dat er geen soorten door uitsterving verdwenen zijn. Wordt een hoge uitsterfsnelheid aangehouden, dan moeten de bestaande soorten nog veel sneller zijn geŽvolueerd, en wel eens per 580.000-1,32 miljoen jaar. In beide gevallen is dit vele malen sneller dan tot nu toen van enige andere groep planten bekend was, zelf waar het gaat om de snelle evolutie die zich in geÔsoleerde gebieden (zoals op eilanden) kon voltrekken.

De ijskruiden vertonen een opmerkelijk grote variatie in voorkomen en eigenschappen. Er zijn eenjarige en meerjarige planten bij, houtachtige soorten, struiken en zelfs kleine bomen. Ze hebben bijna allemaal sappige bladeren (zoals we die van veel verplanten kennen), maar bijna nooit een sappige stam. Sommige soorten verliezen hun bladeren zoals loofbomen doen. De meeste soorten komen voor in streken waar Ďs winters relatief veel regen valt; dit lijkt erop te wijzen dat ze zich konden ontwikkelen toen, ongeveer 5 miljoen jaar geleden, het klimaat ter plaatse veranderde, en de winters natter werden.

Fossiel is er van deze groep weinig bekend; de mogelijkheid tot fossilisatie is onder deze omstandigheden immers zeer beperkt. Niettemin wijzen de weinige paleobotanische gegevens erop dat er 10-5 miljoen jaar geleden inderdaad een belangrijke verandering in de flora optrad, waarbij het klimaat in grote lijnen droger werd. Waarschijnlijk waren er echter ook nattere perioden, zoals dat ook sinds het Krijt het geval was. Opvallend is dat de Ruschioidae van de kennelijk veranderde klimatologische omstandigheden in de afgelopen 3,8-8,7 miljoen jaar hebben geprofiteerd door een enorm snelle groei van het aantal soorten, terwijl dat voor de andere groepen van de ijskruiden niet het geval was.

Het succes van de Ruschioideae wordt door de onderzoekers toegeschreven aan hun gespecialiseerde capsules waaruit alleen bij vochtig weer zaden worden vrijgegeven. De meer geleidelijke vrijgave van zaden in tijd verhoogt de kans op nakomelingen. Zo zorgen evolutionaire veranderingen voor voortdurende aanpassing aan nieuwe omstandigheden.

Referenties:
  • Klak, C., Reeves, G. & Hedderson, T., 2004. Unmatched tempo of evolution in Southern African semi-desert ice plants. Nature 427, p. 63-65.

433 Zwarte Zee liep niet catastrofaal vol
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geofysica !

In 1997 werd een intrigerende hypothese gelanceerd. De Zwarte Zee zou kort na de laatste ijstijd via een ontzagwekkende waterstroom door de Bosporus zijn volgelopen met water uit de Middellandse Zee, nadat een rivier zich voldoende diep had ingesneden in een harde rotslaag die beide gebieden scheidde. Die insnijding zou de Bosporus, de huidige verbinding tussen de Zee van Marmora en de Zwarte Zee, hebben doen ontstaan. Onderzoek van bodemsedimenten - in combinatie met geofysische gegevens - wijst echter uit dat er geen sprake kan zijn geweest van een dergelijk catastrofaal scenario.


DE BOSPORUS

In samenwerking met een Amerikaanse en een Britse aardwetenschapper hebben Turkse onderzoekers vijf boringen gezet in het noordelijke deel van de Bosporus. Daaruit blijkt dat de bodem daar sinds het begin van het IJstijdvak (Pleistoceen), ca. tweemiljoen jaar geleden, is opgebouwd uit twee pakketten. Het eerste bestaat uit zanden die gedurende het middelste en laatste deel van het Pleistoceen werden afgezet. In dit pakket komen fossielen voor van dieren die in een lagune of een meer hebben geleefd. Ze komen overeen met soorten die uit de Zwarte Zee bekend zijn van dezelfde periode.

Via een abrupte overgang gaat dit onderste pakket over in fijne en grove, schelphoudende en soms kleiige zanden die afwisselen met schelphoudende groene zanden. De structuren en de schelpen wijzen erop dat dit weinig uniforme pakket onder uiteenlopende omstandigheden werd afgezet, eerst in vrij brak water, later in een steeds 'echtere' zee, veelal dicht bij de kust. De schelpdieren komen steeds duidelijker overeen met die uit de Middellandse Zee. Absolute dateringen (met C-14) geven aan dat dit pakket werd opgebouwd gedurende het middelste en laatste deel van het Holoceen.

Hieruit maken de onderzoekers op dat er tot in het begin van het Holoceen een barriŤre bestond in het zuidelijke deel van de huidige Bosporus, aan weerszijden waarvan afwisselend lagunaire en estuariene omstandigheden heersten. Toen de zeespiegel 7000-5300 jaar geleden duidelijk steeg, liep het water uiteindelijk (6000-5000 jaar geleden) over de barriŤre heen en werden de Middellandse Zee en de (zoutere) Zwarte Zee via de Zee van Marmora en de Bosporus met elkaar verbonden. Dat gebeurde dus ongeveer 2000 jaar later - en veel geleidelijker, hoewel geologisch tamelijk abrupt - dan eerder werd gepostuleerd in de hypothese die een plotseling vollopen van de Zwarte Zee veronderstelde. Volgens die hypothese zou de zeespiegel zo snel zijn gestegen - en de slechts zeer langzaam oplopende kustlijn zou zich dientengevolge zo snel (met vele kilometers per dag) landinwaarts hebben verplaatst - dat daarin wel de Bijbelse Zondvloed werd gezien. Als er al een zondvloed is geweest, dan zal die dus ergens anders moeten hebben plaatsgevonden (het gebied tussen MesopotamiŽ en de Kaspische Zee wordt in dat verband tegenwoordig vaak genoemd).

Referenties:
  • Kerey, I.E., MeriÁ, E., Tunoólu, C., Kelling, G., Brenner, R.L. & Doóan, A.U., 2004. Black Seae - Marmara Sea Quaternary connections : new data from the Bosphorus, Istanbul, Turkey. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 204, p. 277-195.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Geen catastrofale zondvloed in Zwarte Zee via de Bosporus' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (28 februari 2004).

434 Steeds meer uitstoot van methaan door permafrostgebieden
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

De diepte tot waar de permafrost (altijd bevroren bodem) iedere zomer ontdooit in de moerassige gebieden van Noord-Zweden wordt sinds 1970 ieder jaar groter. Op sommige plaatsen is de permafrost zelfs geheel verdwenen. Het gevolg hiervan is niet alleen een verandering van de vegetatie, maar ook een toename van de uitstoot van methaan (een gas dan 25 x sterker dan CO2 bijdraagt aan het broeikaseffect).

De veranderingen zijn vastgesteld door een internationaal team van onderzoekers, die gegevens van enkele tientallen jaren met elkaar hebben vergeleken. Dat is op weinig plaatsen in het hoge noorden, zodat het gaat om een uniek gegevensbestand. In hun onderzoeksgebied, in de omgeving van Abisko, zijn al zeer lang gegevens verzameld over het klimaat, de permafrost en andere milieuparameters.


HET ONDERZOCHTE MOERASGEBIED BIJ ABISKO



Bij het nieuwe onderzoek hebben de wetenschappers gebruik gemaakt van infrarood luchtopnames, waarmee de verspreiding van de vegetatie in 2000 kon worden vergeleken met die van 1070. De verschillen bleken dramatisch, wat door de onderzoekers geweten wordt aan de wereldwijde temperatuurstijging en de daarmee gepaard gaande inkrimping van het gebied met permafrost.

In het gebied bij Abisko is ook de uitwisseling van CO2 (koolzuurgas) en CH4 (methaangas) tussen land en atmosfeer al langdurig onderzocht. Koolzuurgas kan zowel door het moerassiger gebied aan de atmosfeer worden afgegeven, als er juist uit worden opgenomen. Maar dat geldt niet voor methaan: dat wordt vrijwel uitsluitend aan de atmosfeer afgestaan. Dat methaan is afkomstig van de afbraak van plantaardig materiaal onder vochtige bodemomstandigheden. Hoe minder (of korter) de bodem bevroren is, hoe vochtiger, en dus hoe meer methaan er vrijkomt. In een van de moerasgebieden, Stordalen, konden de onderzoekers inschatten hoe de toename van de methaanafgifte was verlopen; die blijkt tussen 1970 en 2000 met minimaal 20%, maar misschien wel met 60% te zijn toegenomen.

In het gebied bij Abisko is de gemiddelde jaartemperatuur over langere tijd gerekend -0,7 įC, maar hij is in de afgelopen jaren enkele malen boven het vriespunt geweest. Wanneer dat vaak blijft gebeuren, zal de permafrost geleidelijk steeds verder verdwijnen, en zal de afgifte van methaangas snel blijven toenemen. Dat kan grote gevolgen hebben: diverse massauitstervingen in het geologische verleden (onder meer op de grens Perm/Trias) worden wel toegeschreven aan het plotseling vrijkomen van grote hoeveelheid methaangas. Daarbij denkt men gewoonlijk aan methaan uit gashydraten in de zeebodem, maar permafrostgebieden bevatten ook veel gashydraten die bij temperatuurstijging zouden kunnen vrijkomen.

Referenties:
  • Christensen, T.R., Johansson, T., Ňkerman, H.J., Mastepanov, M., Malmer, N., Friborg, Th., Crill, P. & Svensson, B.H., 2004. Thawing sub-arctic permafrost: effects on vegetation and methane emissions. Geophysical Research Letters 31, DOI 10.1029/2003GL018680, 4 pp.

Foto's welwillend ter beschikking gesteld door Torben Christensen, Department of Physical Geography and Ecosystems Analysis, Lund University (Zweden).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl