NGV-Geonieuws 84

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Januari 2005, jaargang 7 nr. 1

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 521 Arthropoden gefossiliseerd door versteende aasetende bacteriën
  • 522 Mariene reptielen uit Trias waren levendbarend
  • 523 Zaadplanten ontwikkelden zich al in Midden-Devoon
  • 524 Vroegste stenen werktuigen gemaakt van plotseling beschikbare rolstenen
  • 525 Vulkanisme leidde, via vrijzetting van methaan, Eocene broeikas in

    << Vorige uitgave: 83 | Volgende uitgave: 85 >>

521 Arthropoden gefossiliseerd door versteende aasetende bacteriën
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Dieren zonder harde bestanddelen worden slechts zelden gefossiliseerd: ze worden verslonden door andere dieren of ze rotten weg onder de invloed van microorganismen. Toch komen er dergelijke fossielen voor. Hoe ze kunnen fossiliseren is nu duidelijk, door onderzoek van kleine fossiele arthropoden uit Antarctica, die - net als hun huidige nazaten - geen harde kalkschaal hadden maar slechts een (waarschijnlijk vrij zacht) pantser van chitine. Chitine is de stof waaruit ook bijv. onze nagels zijn opgebouwd; het valt uiteen lang voordat een normaal fossilisatieproces begint.


De Carapace Nunatak op Antartica (South Victoria Land) waar de Kirkpatrick Basalt is ontsloten


Arthropoden (grootste meet 1 cm) uit meerafzettingen tussen de Kirkpatrick Basalt


De op Antarctica verzamelde fossiele 180 miljoen jaar oude arthropoden (van de soort Lioestheria disgregaris) werden met een scanning electron microscoop (SEM) onderzocht. Daarbij bleek dat de uitwendige vorm van deze fossielen bewaard was gebleven door een bedekking van miljoenen bolvormige bacteriën, die zelf versteend (gesilicificeerd) waren. Dat deze merkwaardige vorm van fossilisatie werd ontdekt, is overigens niet alleen maar toeval: Babcock en zijn medewerkers hielden zich allang bezig met onderzoek naar de fossilisatieomstandigheden van dieren zonder harde schaal of skelet. Daarbij was hun al eerder opgevallen dat dergelijke fossielen vrijwel uitsluitend worden aangetroffen in gesteenten die in een uiterst ongewoon milieu zijn afgezet.


Sem opname van bacteriën en schimmels die een soort coating vormen van een (alleen zo in vorm bewaarde) arthropode

Dat was ook hier het geval. Het gesteente waarin de arthropoden werden aangetroffen, moet zijn gevormd in een warmwaterplas. Het water moet ca. 20-30 °C warm zijn geweest; op zichzelf niet zo uitzonderlijk, maar deze plas (of dit meertje) maakte deel uit van een aantal soortgelijke watermassa’s in een vulkanisch gebied; sommige meertjes moeten temperaturen van 80-100 °C hebben gehad. Daarin konden alleen extreme levensvormen overleven, en die werden ook inderdaad aangetroffen: Archaeobacteria (fossiel zeldzaam, en de oudste die ooit op Antarctica zijn gevonden). Het hele gebied was bepaald levenonvriendelijk, en de arthropoden in hun koelere water hadden geen natuurlijke vijanden; ze stierven van ouderdom. Daarop begonnen bacteriën (Eubacteria, die ook nu nog voorkomen) met hun feestmaal. Waarschijnlijk werd toen de plas ingesloten en uiteindelijk afgedekt door een lavapakket. De bacteriën, die de arthropoden volledig bedekten, verkiezelden daarbij.

Volgens Babcock kan het feit dat fossielen van dieren met uitsluitend relatief zachte delen bijna altijd worden gevonden in extreme afzettingen, erop wijzen dat ze - net als de nu gevonden arthropoden - geen natuurlijke vijanden hadden, een natuurlijke dood stierven, en vervolgens dienden als maaltijd voor bacteriën. Of die ook in andere gevallen verantwoordelijk zijn voor de behouden vorm van die 'zachte' fossielen, moet overigens nog worden onderzocht.

Referenties:
  • Babcock, L.E., Rode, A.L., Leslie, S.A., Ford, L.A., Polak, K. & Becker, L., 2004. Microbially mediated precipitation of carbonates and exceptional preservation of fossils in the Kirkpatrick Basalt (Jurassic) of Antarctica. Abstracts 2004 Denver Annual Meeting Geological Society of America (session 204: Biomineralization in terrestrial hot springs: the preservation of thermophiles in past and present-day systems) 204-13, 1 blz.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Loren Babcock, Department of Geological Sciences, Ohio State University, Columbus, OH (Verenigde Staten van Amerika).

522 Mariene reptielen uit Trias waren levendbarend
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Mariene reptielen uit Trias waren levendbarend. De meest diverse groep van mariene reptielen in de Trias werd gevormd door de sauropterygiërs. Er zijn sinds de vondst van het eerste exemplaar (in 1821) duizenden exemplaren gevonden, maar desondanks was nog steeds onduidelijk of deze dieren aan land kwamen om eieren te leggen (zoals schildpadden) of dat ze in zee bleven en levendbarend waren, zoals bijv. de mosasauriërs. Twee vondsten in China van uitzonderlijk goed bewaarde fossielen van de soort Keichosaurus hui leveren nu een duidelijk bewijs dat deze dieren levendbarend waren.


Keichosaurus hui (vanaf de rug gezien)

De twee exemplaren zijn beide uitgeprepareerd vanaf hun rugzijde, en zijn beide compleet, op enkele staartbeentjes na bij een van de exemplaren. Ze geven zo een extreem goed beeld van hun opbouw. Het bijzondere is echter dat beide exemplaren embryo’s van jongen bevatten, de een vier (twee links en twee rechts), de ander meer (maar slechter bewaard: drie links en een niet precies te bepalen aantal rechts: deze embryo’s liggen deels over elkaar heen en hun botjes hebben hun oorspronkelijke verband grotendeels verloren).


Embryo's (bij pijltjes) in het lichaam van Keichosaurus

Een opvallend aspect is dat bij beide exemplaren de meeste embryo’s met hun kopjes naar achteren gericht liggen. Dat is tegengesteld aan de ligging die van ichthyosauriërembryo’s bekend is, en ook tegengesteld aan de positie bij moderne walvisachtigen. De onderzoekers suggereren dat de abnormale ligging van de embryo’s in de twee beschreven fossielen geleid kan hebben tot de dood van beide dieren (en daardoor ook van de embryo’s) doordat de bevalling mis ging (net zo als de bevalling bij mensen grote problemen kan opleveren bij een stuitligging van de baby).

Ook om een andere reden zijn de gevonden exemplaren van belang. Het is immers duidelijk dat het om wijfjes gaat. Al veel langer werd verondersteld dat er anatomisch duidelijke verschillend waren tussen wijfjes en mannetjes, omdat er twee typen bestonden (veelal aangeduid als X en Y) die werden geïnterpreteerd als verschillende geslachten. Een van de gemakkelijk kwantificeerbare verschillen bestaat uit de verhouding tussen de lengtes van hert opperarmbeen en het dijbeen In type X is het opperarmbeen bijna net zo lang als het dijbeen (en heeft het een eenvoudige structuur, terwijl bij type Y het opperarmbeen veel langer is dan het dijbeen (en een veel gecompliceerdere bouw heeft). Tot nu toe was onbekend welk van de typen mannetjes voorstelde, en welk type wijfjes. De nu gevonden exemplaren behoren typisch tot type X. Daarmee is ook het probleem van de geslachten bij dit dus levendbarende mariene reptiel uit de Trias opgelost.

Referenties:
  • Cheng, Y.-n., Wu, X.-c. & Ji, Q., 2004. Triassic marine reptilrs gave birth to live young. Nature 432, p. 383-386.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Xiao-chun Wu, Canadian Museum of Nature, Ottawa (Canada) en Yen-nien Cheng (National Museum of Natural Science, Taichung (Taiwan).

523 Zaadplanten ontwikkelden zich al in Midden-Devoon
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 !

De verovering van het land door planten werd veel gemakkelijker toen zich planten ontwikkelden die zich voortplantten met zaden; daardoor konden immers ook droge gebieden worden gekoloniseerd. Vooral door deze evolutionaire doorbraak hebben de zaadplanten zich kunnen ontwikkelen tot wat ze nu zijn: de meest succesvolle groep planten, met meer dan 250.000 recente soorten.


Compleet exemplaar (IRSnB1045,866)
van Runcaria heinzelinii Stockmans


Reconstructie van een exemplaar van Runcaria heinzelinii Stockmans

De oudst bekende fossiele zaden stammen uit het Laat-Devoon (Famennien, 365 miljoen jaar geleden). Zaadplanten en zaden kunnen echter niet plotseling zijn ontstaan; daaraan moet een zekere ontwikkeling vooraf zijn gegaan. Die blijkt nu ook inderdaad te hebben plaatsgevonden. In Belgische gesteenten uit het Midden-Givetien (385 miljoen jaar geleden) zijn fossielen gevonden die dat aangeven. Dat eerder verzamelde materiaal, dat in 1968 van de befaamde paleobotanicus Stockmans de naam Runcaria heinzelinii kreeg, is nu opnieuw geanalyseerd. Daarbij zijn radiaal symmetrische megasporangia ontdekt. Volgens de onderzoekers kan het sporangium van Runcaria, op basis van de gedetailleerd beschreven kenmerken, worden beschouwd als een soort voorloper van zaad.

Een van de argumenten om te spreken van een soort voorloper van zaad is de grootte, die overeenkomt met die van de vroege zaden. De vorm van de puntige top van het megasporangium, het gelobde karakter van de bekleding en van de dop zijn drie andere karakteristieken die alleen bij zaadplanten voorkomen. Daarentegen vertoont het megasporangium echter ook kenmerken die niet bij zaadplanten thuishoren, zoals de uitgerekte vorm, het gebrek aan een opening en een vergroot topdeel. De onderzoekers spreken daarom liever van een voorloper van een echt zaad dan van een zaad zelf. De hele opbouw van het megasporangium wijst er verder op dat bevruchting plaatsvond via door de wind aangevoerde microsporen.

Als de gevonden exemplaren representatief zijn voor de ontwikkeling van de flora uit die tijd, betekent dit dat echte zaadplanten zich moeten hebben ontwikkeld tussen 385 en 365 miljoen jaar geleden. Dat is eerder dan tot nu toe op basis van moleculair onderzoek werd aangenomen. In het Givetien, toen Runcaria zich ontwikkelde, werden de voorlopers van de naaktzadigen vertegenwoordigd door de Aneurophytales en de vroegste Archaeopteridales. De vondst van Runcaria als voorloper van de zaadplanten wijst erop dat de spermatophyten eerder thuishoren bij de Aneurophytales dan bij de Archaeopteridales.

Referenties:
  • Gerienne, P., Meyer-Berthaud, B., Fairon-Demaret, M., Streel, M. & Steemans, P., 2004. Runcaria, a Middle Devonian seed plant precursor. Science 306, p. 856-858.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Philippe Gerrienne, Département de Géologie, Université de Liège, Sart Tilman, Luik (België). illustratiesuggestie: zie 2 bijgevoegde elektronische figuren (Runcaria).

524 Vroegste stenen werktuigen gemaakt van plotseling beschikbare rolstenen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Archeologie !

Het gebruik van werktuigen is dan weliswaar niet beperkt tot de mens, het is wel een activiteit die een belangrijke stap betekende in de ontwikkeling van onze voorouders. De reden is dat de geleidelijke uitbreiding van de vaardigheid in het maken en gebruiken van werktuigen de mens op den duur tot een uitzonderlijk machtige groep maakte. De oudst bekende werktuigen - in feite uiterst ruw bewerkte stenen - stammen uit Ethiopië en dateren van 2,5-2,6 miljoen jaar geleden. Voor een reconstructie van de menselijke geschiedenis is het uiteraard van groot belang om te weten onder wat voor omstandigheden die eerste werktuigen werden gemaakt, en waarom dat juist daar en op dat ogenblik gebeurde. Een van de dingen die daarvoor moeten gebeuren is een reconstructie van het milieu van destijds op de desbetreffende plaats.


Locatie van de vindplaats OGS-7, net boven een niveau waarop het aardmagnetisch veld omkeerde (2,58 miljoen jaar geleden)

Het is dan ook een buitengewoon gelukkige omstandigheid dat langs de noordelijke loop van de Awash, een rivier in Ethiopië, een sectie is ontsloten in de Hadar-Formatie, die bijna driemiljoen jaar omvat: gesteenten van 3,4–0,6 miljoen jaar geleden. Dit traject omvat dus ook het moment waarop de oudst bekende stenen werktuigen werden vervaardigd. Een groep onderzoekers van diverse Amerikaanse universiteiten heeft die sectie bestudeerd om de ontwikkeling van het milieu in die tijd na te gaan. De bovenste 60 m van de Hadar-Formatie hebben ze in het meeste detail onderzocht, en omdat dit deel een afwijkende lithologie heeft en het gedeelte met artefacten omvat, hebben ze dit van de Hadar-Formatie afgescheiden als een aparte eenheid: de Busidima-Formatie.


Een afslag van 2,6 miljoen jaar oud, gevonden op locatie OGS-76

Voor 2,9 miljoen jaar geleden werd de Hadar Formatie opgebouwd in meertjes, moerassen en rivieren met een gering verval, in een weinig versneden gebied. Daarna werd het gebied herhaaldelijk diep door rivieren ingesneden, eerst in een fase die van 2,92 tot ca. 2,7 miljoen jaar geleden duurde, daarna in steeds weer andere fases die omstreeks 600.000 jaar geleden eindigden. Na iedere insnijding volgde weer sedimentatie, gewoonlijk in de vorm van pakketten van 10-20 m dik, met grove rolstenen onderin, dan naar boven toe fijner wordend om te worden afgesloten met een fossiele bodem (paleosol).

De oudste stenen werktuigen (2,6-2,0 miljoen jaar oud) worden altijd gevonden in het bovenste fijne deel, of in de paleosol bovenin deze pakketten, altijd langs de hoofdrivier, niet langs de zijrivieren. Deze oudste werktuigen werden gemaakt van de rolstenen uit de geulen, maar de bewerking vond altijd verderop plaats, op zandbanken en in de riviervlakte. Omstreeks 1,7 miljoen jaar gebeurde ging dat nog steeds zo, zij het dat de bewerking ook plaats vond langs de zijrivieren, waarin zelf geen geschikte rolstenen voorkwamen.

Het klimaat waarin dit gebeurde kan uit de bodems worden gereconstrueerd. Het was semi-aride, met sterke verschillen tussen de seizoenen. De begroeiing bestond tot 2,9 miljoen jaar geleden vooral uit bos, zij het dat de riviervlakte voor ongeveer een derde deel uit grasland bestond. De grasbegroeiing nam tussen 2,7 en 1,6 miljoen jaar geleden tot ongeveer de helft toe. Daarna verdween er nog meer bos ten koste van grasland.

De eerste stenen werktuigen blijken dus te zijn gemaakt toen er - vrij plotseling - geschikt materiaal beschikbaar kwam in de vorm van rolstenen in de ingesneden rivierdalen, juist in een periode toen het klimaat wat koeler werd en het bosachtige karakter door steeds meer grasvlaktes werd onderbroken.

Referenties:
  • Quade, J., Semaw, S., Stout, D., Renne, P., Rogers, M. & Simpson, S., 2004. Paleoenvironments of the earliest stone toolmakers, Gona, Ethiopia. Geological Society of America Bulletin 116, p. 1529-1544. Stout et al. (in druk). Raw material selectivity of the earliest stone toolmakers at Gona, Afar, Ethiopia. Journal of Archeology.

Foto van de afslag en oorspronkelijke tekst welwillend ter beschikking gesteld door Jay Quade, Department of Geosciences, University of Arizona, Tucson, AZ (Verenigde Staten van Amerika) en Sileshi Semaw, Gona Paleoanthropological Project, Indiana University, Bloomington, IN (Verenigde Staten van Amerika).
De foto (met interpretatie’ van de vindplaats) is, op aanwijzing van Jim Quade, overgenomen uit Stout et al.

525 Vulkanisme leidde, via vrijzetting van methaan, Eocene broeikas in
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geofysica ! Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Ongeveer 55 miljoen jaar geleden trad er binnen geologisch zeer korte tijd (in ieder geval minder dan 20.000 jaar) een uitzonderlijke, wereldwijde temperatuurstijging op van5-10 °C (het begin-Eocene thermisch maximum), die zo’n 200.000 jaar duurde. Aan de hand van de verhouding tussen de koolstofisotopen C-13 en C-12 in kalkschalen van schelpen uit die tijd blijkt zonneklaar dat toen ook de koolstofbalans sterk werd verstoord door het vrijkomen van gigantische hoeveelheden niet-biogene koolstof. Het gaat hierbij om zeker 1500 miljard ton, die moet zijn vrijgekomen in de vorm van kooldioxide (CO2). Dat die grote hoeveelheid van dit broeikasgas verantwoordelijk is voor de snelle temperatuurstijging, wordt eigenlijk door niemand betwist. Over de vraag waar de vrijgekomen koolstof (die waarschijnlijk pas in de aardatmosfeer werd geoxideerd tot koolzuurgas) vandaan kwam, is echter een strijdpunt. Er is wel geopperd dat het zou gaan om methaangas (een sterker broeikasgas dan CO2) maar over de herkomst van dat gas (de meeste hypotheses gaan uit van vrijkomen uit gashydraten) en over het proces waarmee die vrijzetting gepaard zou zijn gegaan, bestaat ook al weinig overeenstemming.


Seismisch patroon met twee explosiekraters (blauw) in het Vøring-Bekken

Seismisch onderzoek van twee bekkens in de Atlantische Oceaan (het Vøring- en het Møre-Bekken) heeft nu geleid tot een in ieder geval logische hypothese, waarvan de juistheid overigens nog niet vaststaat. De hypothese kwam tot stand op basis van grote aantallen (meer dan 750) seismische structuren, die eerder onbekend waren of voor (later begraven) vulkaanpijpen werden aangezien. Dankzij de steeds betere seismische technieken tonen de beelden nu echter zoveel detail dat een vulkanische oorsprong onwaarschijnlijk is. Daarentegen lijken de structuren sterk op wat thans bekend staat als 'pockmarks', depressies in de zeebodem die ontstaan zijn door inzakking langs een min of meer trechtervormige structuur waaruit gas ontsnapt (bijv. uit olievelden).


Sill (laag-conforme intrusie) in Groenland van dezelfde ouderdom als die in de onderzochte bekkens onder de Atlantische Oceaan


Reconstructie van de 'spuiters' met methaangas


Toen het noordoostelijke deel van de Atlantische Oceaan zo’n 55 miljoen jaar geleden werd vergroot door het verder uiteendrijven van Europa en Amerika, werden de twee oceanische bekkens (die in het Krijt waren ontstaan) geïntrueerd door magma dat vooral evenwijdig aan de gelaagdheid binnendrong. Deze lichamen van 'horizontaal' stollingsgesteente (sills) beslaan op zijn minst een gebied van 80.000 km2. Op veel plaatsen liggen er diverse sills boven elkaar, gescheiden door de oorspronkelijke sedimentaire pakketten. De sills hebben verschillende diktes, en zijn seismisch niet altijd goed terug te vonden (omdat de bovenste sill beeldvorming van de structuur daaronder vaak verstoort), maar ze zijn samen toch zeker zo’n 100-2300 m dik. Hun totale volume bedraagt zeker 10.000-25.000 km3. Het zou echter ook om tienmaal zo’n groot volume kunnen gaan.

De sill-complexen vormden zich in korte tijd (enkele tientallen jaren), aan het begin van het Eoceen. Het magma was daarvoor uit het bovenste deel van de aardmantel opgestegen, waarbij de snelheid kan worden geschat op een halve tot 1 mm per jaar. Dit magma intrudeerde in de fijnkorrelige sedimenten uit Krijt en Paleoceen, die rijk waren aan organisch materiaal. Waar de gesteenten door het intruderende magma warmer werden dan 100-200 °C, werd het organische materiaal voor een deel omgezet in methaan. De hoeveelheid methaan, die ruwweg ontstond in een aureool, rondom de sills waarvan de dikte minimaal gelijk was aan die van de sill zelf, en dat een lage C-13/C-12-verhouding moet hebben gehad, moet in de orde van grootte van 0,3-3 x een miljoen x een miljoen ton (0,3-3 x 1015 kg) hebben bedragen. Berekeningen geven aan dat deze hoeveelheid genoeg was voor de optredende (geologisch kortstondige) temperatuurpiek aan het begin van het Eoceen.

Referenties:
  • Dickens, G.R., 2004. Hydrocarbon-driven warming. Nature 429, p. 513-515.
  • Svensen, H., Planke, S., Malthe-Sørenssen, A., Jamtveit, B., Myklebust, R., Rasmussen-Eidem, T. & Rey, S.S., 2004. Release of methane from a volcanic basin as a mechanism for initial Eocene global warming,. Nature 429, p. 542-545.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Henrik Svensen, Physics of Geological Processes, University of Oslo, Oslo (Noorwegen).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl