NGV-Geonieuws 69

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Mei 2004, jaargang 6 nr. 10

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 450 Smelten van Groenlands ijs kan tot dramatische zeespiegelstijging leiden
  • 451 Bodems als bron van atmosferisch SO2
  • 452 Bioproductiviteit steeg in Baltische Zee gedurende Siluur door opwellend water
  • 453 Inpoldering van IJsselmeer vergroot toevoer van fosfor en stikstof naar Waddenzee
  • 454 De Amerikaanse stofstormen uit de dertiger jaren

    << Vorige uitgave: 68 | Volgende uitgave: 70 >>

450 Smelten van Groenlands ijs kan tot dramatische zeespiegelstijging leiden
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 !

Indien de temperatuur op Groenland met meer dan 2,7 ーC zou stijgen, zou dat waarschijnlijk het vrijwel totale verdwijnen van de landijskap betekenen. Volgens sommige onderzoekers zal zo地 temperatuurstijging al voor het einde van deze eeuw zijn bereikt; pessimistische onderzoekers spreken zelfs voor Groenland over een temperatuurstijging van 8 ーC voor het einde van deze eeuw. De gevolgen zouden catastrofaal zijn, want het afsmelten van de vrijwel volledige ijskap (alleen op de hoogste toppen zou enig ijs blijven liggen) zou leiden tot een stijging van de zeespiegel met 6 m. Dat hangt uiteraard samen met de omvang van de ijskap, die plaatselijk meer dan 3 km dik is en die in totaal zo地 25 miljoen km3 ijs bevat.


KUST VAN GROENLAND MET TERUGTREKKENDE GLETSJER

Momenteel verdwijnt ruim de helft van de sneeuw die op Groenland valt in de vorm van smeltwater weer in zee. Daarnaast brokkelt ijs dat de zee bereikt steeds sneller af, waardoor ook nog eens meer dan de helft van alle sneeuwval in de vorm van wegdrijvende ijsbergen verloren gaat. Dit laatste proces is gedurende de laatste vijf jaar steeds sneller verlopen. Op luchtfoto痴 is duidelijk te zien hoe de smeltzone langs de kust zich uitbreidt. Netto verdwijnt daardoor zo地 50 km3 ijs per jaar op Groenland. De dreiging van een zeespiegelstijging door het afsmelten van het ijs op Groenland is dan ook veel groter (en realistischer) dan een zeespiegelstijging door afsmelten van (de nog veel grotere) ijsmassa op Antarctica. Dat komt vooral omdat de temperatuur op Antarctica lager is dan op Groenland, zodat smeltwater op Antarctica weer grotendeels bevriest voordat het de zee bereikt. Op Groenland verdwijnt smeltwater echter, doordat de hogere temperaturen minder leiden tot opvriezing van dat water, in de Atlantische Oceaan.

Het probleem van Groenland is dat de huidige afsmelting een niet omkeerbaar proces lijkt. Dat komt doordat de ijskap op Groenland, in tegenstelling tot die op Antarctica, onder de huidige omstandigheden niet zou ontstaan; het is als het ware een relict van de ijskap die zo地 20.000 jaar geleden bestond, op het hoogtepunt van de laatste ijstijd. Die ijskap heeft lang kunnen blijven bestaan doordat het als het ware zijn eigen klimaat schiep. Nu de evenwichtssituatie eenmaal is doorbroken, treedt geen herstel meer op: er zullen bij verdere temperatuurstijging steeds meer plaatsen zonder ijs komen, waar ook geen nieuwe ijskap meer zal ontstaan, ook niet als de temperatuur weer licht zou gaan dalen (daarvoor zouden namelijk nog veel lagere temperaturen nodig zijn). Bovendien leidt de afsmelting aan het ijsoppervlak tot smeltwater dat via spleten en gangen in het ijs een waterlaag vormt op het contactvlak tussen ijs en bodem. Die waterlaag fungeert als een soort glijmiddel, waardoor de ijsmassa痴 gemakkelijker dan vroeger afglijden naar de kust, waar het afbreekt en ijsbergen in de Atlantische Oceaan verdwijnen.

Er bestaat overigens nog hoop dat het afsmeltingsproces toch zal worden gekeerd. Sommige onderzoekers menen dat de verhoogde toevoer van zoet smeltwater in het noorden van de Atlantische Oceaan de kracht van de Warme Golfstroom doet afnemen. Als die stroom met relatief warm water niet langer zo ver noordelijk zou komen, zou de temperatuur in de omgeving van Groenland weer kunnen gaan dalen, en zou de ijskap zich weer kunnen stabiliseren.

Referenties:
  • Gregory, J.M., Huybrechts, Ph. & Raper, S.C.B., 2004. Threatened loss of Greenland ice-sheet. Nature 428, p. 616.
  • Schiermeier, Q., 2004. A rising tide. Nature 428, p. 114-115.

Foto: Luciano Napolitano.

451 Bodems als bron van atmosferisch SO2
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Veel zwaveldioxide (SO2) uit de atmosfeer wordt in de vorm van sulfiden (meestal pyriet, FeS2) in bodems opgeslagen, waardoor deze een zuur karakter krijgen. Vooral lage (0-10 m boven zeeniveau) kustzones bevatten vaak dergelijke zure bodems; naar schatting gaat het wereldwijd om zo地 25 miljoen vierkante kilometer. De toenemende bevolkingsdruk leidt ertoe dat steeds meer van deze zurige kustgebieden worden gedraineerd, waardoor de zwavelsulfiden oxideren en overgaan in tal van verbindingen die het grondwater een zo hoge zuurgraad kunnen geven dat daardoor de ecosystemen in mondingen van rivieren en zelfs in hele estuaria daardoor te gronde kunnen worden gericht.


MEETAPPARATUUR OP EEN AKKER VOOR SUIKERRIET

Niet alle vrijkomende zwavel wordt echter omgezet in verbindingen die in het grondwater worden opgenomen. Berekeningen hebben aangetoond dat er een aanzienlijk deel (zo地 30%) van alle vrijkomende zwavel op een andere manier uit dergelijke gedraineerde bodems moet verdwijnen. De hypothese dat die zwavel weer in de vorm van SO2 aan de atmosfeer wordt afgegeven, is steeds sterk omstreden geweest, want SO2 is uiterst goed oplosbaar in water, en de desbetreffende bodems zijn gewoonlijk behoorlijk nat. De zwavel zou dus geen kans krijgen om naar de atmosfeer te ontsnappen.

In hoeverre er toch zwavel in de atmosfeer wordt teruggebracht door zure bodems die worden gedraineerd, is door Australische onderzoekers in het oosten van Australi uitgezocht. Daarbij bleek dat onder meer de meteorologische condities (veel neerslag of juist veel verdamping) een grote rol spelen bij het gedrag van de zwavel. De resulterende processen zijn daarom niet altijd dezelfde, maar over een langere periode bezien gebeurt niettemin steeds hetzelfde.

Een algemeen optredende reactie is de omzetting van pyriet, onder opname van water (H2O) uit de bodem en zuurstof (O2) uit de lucht, in ijzerhydroxide [Fe(OH)2] en zwaveldioxide. Het zo ontstane zwaveldioxide kan echter niet naar de lucht ontsnappen, maar reageert met water uit de bodem en vormt daarbij zwavelig zuur (H2SO3). Dit zwavelig zuur reageert met zwaveldioxide en zuurstof, waarbij een tussenproduct wordt gevormd (H2S2O7) dat zelf weer met water reageert, waarbij zwavelzuur (H2SO4) ontstaat.

Deze opeenvolging van reacties zou nauwelijks bijdragen aan de emissie van SO2 naar de atmosfeer als er niet ook andere processen plaatsvonden. Het gaat daarbij om het uitzakken van reactieproducten vanuit de bovenste bodemzone (A-horizont) naar de inspoelingszone (B-horizont), en transport vanuit de B-horizont omhoog naar de A-horizont via capillaire werking. De chemie daarachter gaat hier wat ver, maar het resultaat is dat er SO2-houdend water uit de bodem verdampt en zo SO2 in de atmosfeer brengt. Daarnaast zorgen bacterile processen waarschijnlijk ook voor het ontstaan van SO2 dat aan de lucht wordt afgegeven.

Uit de metingen blijkt dat de onderzochte bodems (op akkers van suikerriet) 5-578 ng SO2 per vierkante meter per seconde vrijgaven; de gemiddelde waarde was 62 ng. Als alle in aanmerking komende 25 miljoen km2 eenzelfde emissie zouden geven, dan zou wereldwijd zo per jaar 3 miljard kg zwavel in de atmosfeer terechtkomen. Dat is meer dan er vrijkomt door verbranding van biomassa, en vergelijkbaar met de hoeveelheid die alle schepen samen door verstoken van zwavelhoudende olie uitstoten; het komt overeen met ca. 3% van alle door mensen veroorzaakte emissie van SO2.

Referenties:
  • Macdonald, B.C.T., Denmead, O.T., White, I. & Melville, M.D., 2004. Natural sulfur dioxide emissions from sulfuric soils. Atmospheric Environment 38, p. 1473-1480.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Bennett C.T. Macdonald, Centre for Resource and Environmental Studies, Australian National University, Canberra (Australi).

452 Bioproductiviteit steeg in Baltische Zee gedurende Siluur door opwellend water
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Sedimentologie !

In wat nu het oostelijk deel is van de Oostzee bevond zich ook in het Siluur een zee. In die zee werden sedimenten afgezet die in het algemeen zelden samen voorkomen. Het gaat om zwarte schalies die op het diepe deel van het continentaal plat (nabij de continentale helling) werden afgezet, kalkstenen (met vuursteen) die meer naar de kust ontstonden, en barietvoorkomens. Deze afzettingen gaan lateraal in elkaar over.


EEN DEEL VAN DE ONDERZOCHTE BOORKERN

Zowel voor het voorkomen van vuursteen in de kalken als voor de zwarte schalies zijn in de loop der tijd uiteenlopende verklaringen gegeven, maar deze voldeden geen van alle goed. Dat kwam mede omdat de verschillen in waterdiepte voor de diverse pakketten werden verklaard door zeespiegelfluctuaties, die niet langer blijken overeen te komen met nieuwe gegevens. Ook tektonische verklaringen voor verschillende dieptes in het zeebekken bleken niet te voldoen.

Een opvallend verschijnsel dat onderzoekers uit Estland nu hebben gevonden is dat er op diverse niveaus een plotselinge verandering optreedt in de verhouding tussen de koolstofisotopen C-12 en C-13. De verhouding daarvan wordt vooral bepaald door minder of meer organische activiteit. De zwarte schalies zijn rijk aan organische koolstof, wat wijst op een toename van de bioproductiviteit. Die bioproductiviteit was echter niet continu zo hoog, maar varieerde aanzienlijk. Pieken in de productiviteit zoals die kunnen worden afgeleid uit het gehalte aan organische koolstof in de zwarte schalies, blijken in tijd samen te vallen met niveaus in de (ondiepere) kalkstenen waarin - volgens de koolstofisotopen - ook een hoge bioproductiviteit optrad. Uit de configuratie en de aard van het organische materiaal kan worden afgeleid dat er eerst in de oppervlaktewateren een vergrote bioproductiviteit optrad; dat leidde - door het bezinken van afgestorven organismen - ook op de diepere zeebodem tot omstandigheden die daar meer leven mogelijk maakten.

Ook de vuursteen in de micritische kalksteenpakketten ('versteende kalkmodder') wijst op een hoge bioproductiviteit. Die bioproductiviteit kan geen gevolg zijn van de verhoogde aanvoer van voedingsstoffen door rivieren, want dan zou de vuursteen niet in kalken maar in zandsteen zijn gevormd. De enige andere verklaring voor de aanvoer van voedingsstoffen die een plotseling sterkere bioproductiviteit mogelijk maken, is het uit de diepte opwellen van voedselrijk water, zoals dat ook nu regelmatig plaatsvindt (waarbij onder meer planktonbloei kan optreden). Opwelling van voedselrijk dieptewater is des te waarschijnlijker omdat het betrokken gebied destijds op lage breedte (op het zuidelijk halfrond) lag, of zelfs vlakbij de evenaar. Equatoriale passaatwinden bevorderen het opwellen van dieptewater.

Referenties:
  • Kiipli, E., Kiipli, T. & Kallaster, T., 2004. Bioproductivity rise in the East Baltic epicontinental sea in the Aeronian (Early Silurian). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 205, p. 255-172.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Enli Klipli, Institute of Geology, Tallinn Technical Universty, Tallinn (Estland).

453 Inpoldering van IJsselmeer vergroot toevoer van fosfor en stikstof naar Waddenzee
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 toevoer naar de Waddenzee, via het IJsselmeer, van fosfor en stikstof - de belangrijkste elementen die bijdragen aan bioproductiviteit - die tussen 1935 en 1998 eerst sterk is gestegen maar daarna ook weer aanzienlijk is gedaald, zou weer gaan toenemen als het IJsselmeer verder zou worden ingepolderd. Dat hangt samen met de kortere verblijftijd die het Rijnwater dan in het IJsselmeer heeft. De toevoer van fosfor is in de periode 1935-1988 vertwaalfvoudigd, maar in de tien jaar daarna weer sterk afgenomen (tot een niveau van vijfmaal dat in 1935). De toevoer van stikstof begon pas in de zestiger jaren sterk te stijgen en bereikte in 1983 een hoogtepunt met een toevoer die tienmaal zo groot was als in 1965; van 1983 tot 1998 daalde het niveau weer tot omstreeks 2,5 maal zoveel als in 1965. Dat blijkt uit een reconstructie die door Wim van Raaphorst (NIOZ; vorig jaar bij een ongeluk omgekomen) en Victor de Jonge (Universiteit van Groningen) is uitgevoerd.


SATELIETOPNAME VAN EEN DEEL VAN DE WADDENZEE

Een grote toevoer van fosfor en stikstof leidt tot eutrofiring (tot uitdrukking komend in onder meer algenbloei). Dat is de reden dat in internationaal verband maatregelen zijn getroffen om de lozing van deze elementen op het oppervlaktewater tegen te gaan. De resultaten van die maatregelen komen in dit onderzoek duidelijk naar voren. Bij de reconstructie van de lozingen op de Waddenzee hebben de onderzoekers gebruik gemaakt van gegevens met betrekking tot de totale fosfor- en stikstofhoeveelheid in de Rijn aan de Duits/Nederlandse grens. De Rijn is immers, via IJssel en IJsselmeer, verantwoordelijk voor de grootste directe toevoer van Nederlands oppervlaktewater naar de Waddenzee. De gebruikte gegevens waren deels afkomstig van directe metingen (teruggaand tot het begin van de zestiger jaren), archiefgegevens over de natuurlijke niveaus in de Europese rivieren voor de periode voorafgaand aan de Tweede Wereldoorlog, en computer berekeningen op basis van historische scenario痴 voor de periode tussen 1940 en 1960. Bij de berekeningen is rekening gehouden met veranderde zoetwaterlozingen op het IJsselmeer (uitgeslagen polderwater, kanaalwater en afvoeren van waterzuiveringsinstallaties). Er is ook rekening gehouden met de verminderde reservoircapaciteit van het IJsselmeer als gevolg van de aanleg van de diverse polders (eigenlijk: landaanwinningsgebieden) die eraan zijn onttrokken.

Mede door de landaanwinning is de gemiddelde verblijftijd van Rijnwater in het IJsselmeer afgenomen. Daardoor krijgt fosfor minder kans dan vroeger om in het bodemsediment te worden opgeslagen. Stikstof krijgt minder kans om via bacterile omzetting (denitrificatie) als stikstofgas naar de atmosfeer te ontwijken. De gemiddelde verblijftijd van het Rijnwater in het IJsselmeer bedraagt nu zo地 honderd dagen, voordat het op de Waddenzee wordt geloosd. Zou dat verder afnemen tot bijv. 75 of 50 dagen (bijv. door aanleg van de Markerwaard), dan zou de lozing op de Waddenzee van de totale hoeveelheid door de Rijn aangevoerde stikstof en fosfor toenemen van de huidige 16% tot 18%, resp. 21%. De uitgevoerde analyse toont eveneens aan dat de verwachte toekomstige grotere aanvoer van Rijnwater door klimaatverandering, zonder evenredige uitbreiding van de inhoud van het IJsselmeer, zal resulteren in een verdere (relatief zelfs grotere) stijging van de doorvoer van stikstof en fosfor naar de Waddenzee. Daardoor zullen de maatregelen tegen eutrofiring deels worden teniet gedaan.

Referenties:
  • Raaphorst, W. van & Jonge, V.N. de, 2004. Reconstruction of the total N and P inputs from the IJsselmeer into the western Wadden Sea between 1935-1998. Journal of Sea Research 51, p. 109-131.

454 De Amerikaanse stofstormen uit de dertiger jaren
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

In de dertiger jaren van de vorige eeuw werden grote delen van de Verenigde Staten langdurig en vaak geteisterd door hevige stofstormen (dust bowls). Dat had te maken met een periode van langdurige droogte en hoge temperaturen. De stofstormen waren vaak zo hevig dat hele dorpen aan het oog werden onttrokken. De schade was vaak enorm; zo zouden de houten telefoonpalen die nog steeds overal op het Amerikaanse platteland langs de wegen staan, zo sterk door het zand worden geabradeerd, dat ze zouden omvallen. Daarom werden ze tegen de abrasie beschermd door een metalen omhulling aan hun onderzijde aan te brengen.


STOFSTORM IN KANSAS (1935) FOTO NOAA PHOTO LIBRARY

Waarom er in de dertiger jaren zulke uitzonderlijke omstandigheden heersten, was niet echt duidelijk. Daarbij speelt een rol dat de periode relatief kort duurde, waardoor het moeilijk is om statistisch relevante meteorologische gegevens te analyseren; bovendien werden er in de eerste helft van de vorige eeuw nauwelijks gegevens verzameld in de hogere luchtlagen.


RECENTE STOFSTORM IN DE AMERIKAANSE STAAT ARIZONA

Nu zijn de gebeurtenissen in een duidelijke context geplaatst door toepassing van een luchtcirculatiemodel. Dat model bewees zijn betrouwbaarheid door ook over een langere periode de vroegere omstandigheden betrekkelijk nauwkeurig te berekenen. Uit het model kwam naar voren dat de meest fundamentele oorzaak voor de klimatologische omstandigheden die tot de stofstormen leidde bestond uit een ongewone verdeling van de temperatuur van het oppervlaktewater in de twee oceanen aan weerszijden van de Verenigde Staten. Dat water was abnormaal warm in de Atlantische Oceaan en abnormaal koud in de Stille Oceaan. Daardoor ontstond een luchtcirculatiepatroon waardoor weinig neerslag op de 'Great Plains' viel en waardoor de luchttemperatuur hoog bleef: ideale omstandigheden voor het ontstaan van stofstormen.

Van een volstrekt uitzonderlijke situatie was overigens geen sprake: andere gegevens (onder meer uit de groeiringen van bomen) geven aan dat in de afgelopen vier eeuwen een vergelijkbare situatie zich eens tot tweemaal per eeuw voordeed. Dat zou kunnen betekenen dat ook in de nabije toekomst weer zo地 situatie zou kunnen optreden. De onderzoekers houden daaromtrent echter een slag om de arm: klimaatmodellen zijn nog steeds niet nauwkeurig genoeg om te voorspellen hoe het klimaat er op een bepaalde plaats over enkele jaren zal uitzien.

Referenties:
  • Schubert, S.D., Suarez, M.J., Pegion, Ph.J., Koster, R.D. & Bacmeister, J.T., 2004. On the cause of the 1930s dust bowl. Science 303, p. 1955-1859.


Copyright ゥ NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl