NGV-Geonieuws 86

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 Februari 2005, jaargang 7 nr. 3

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 531 Hoge duinen worden vastgelegd door grondwater
  • 532 Warmtestromen door oceanische en continentale korst blijken toch gelijk
  • 533 Iridium en platina uit de ruimte
  • 534 Kilometers lange groeven in zeebodem door afglijdende massa
  • 535 PterosauriŽrs legden leerachtige eieren

    << Vorige uitgave: 85 | Volgende uitgave: 87 >>

531 Hoge duinen worden vastgelegd door grondwater
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie !

Duinen ontstaan door de wind, en wanneer zandduinen aan wind blootgesteld blijven, veranderen ze in principe voortdurend van vorm en plaats. Bij kustduinen in onze streken is dat niet het geval, doordat de begroeiing op de duinen verder grootschalig transport van zand verhindert; dat is een van de redenen waarom helm in de duinen is aangeplant. In uitzonderlijke gevallen blijken echter ook grote, kale zandduinen in een droog klimaat niet van hun plaats te komen. Dat is bijv. het geval in de Badain-Jaran-woestijn, in het westelijke deel van Centraal MongoliŽ.


De Badain-Jaran-Woestijn in MongoliŽ, met duinen en een meer

De duinen in dit gebied zijn tot 500 m hoog, en de omstandigheden zijn overheersend winderig en droog: de neerslag ter plaatse bedraagt ca. 40 mm per jaar, terwijl de verdamping in de duingebieden 200 m per jaar bedraagt. Ondanks dit gebrek aan voldoende neerslag zijn er in het gebied 72 meren, met een gezamenlijke oppervlakte van 23 km2. Boven die meren bedraagt de verdamping 4000 mm per jaar. De meren zijn dus geen gevolg van de accumulatie van regenwater, maar bestaan uit lokaal aan het aardoppervlak komend grondwater. Dat grondwater is afkomstig van gesmolten sneeuw op de Quilian, een berg die 500 km ten zuidwesten van de woestijn ligt. Het water dringt via breukvlakken de grond binnen, waarna het via kalkgesteenten in de richting van de woestijn wordt vervoerd. Daar kan het water, dat dan inmiddels 20-30 jaar 'oud' is, via spleten weer aan het oppervlak komen en meren vormen. Een deel van het water wordt in de woestijn echter door de zandduinen 'opgezogen'.

Dat water stijgt hoog op in het duinzand. De bovenste 20 cm van het zand blijven droog (mogelijk door verdamping onder invloed van de wind); in de 2 m daaronder wordt 2-20% van het poriŽnvolume met water gevuld. Door het behoorlijk natte karakter van het zand krijgt de wind er nauwelijks vat op. Dat verklaart waarom deze hoge duinen nu niet of nauwelijks meer van hun plaats komen.

De voortdurende aanvoer van grondwater houdt de waterbalans in evenwicht, en is dus gelijk aan de verdamping minus de neerslag. Dat betekent dat de aanvoer van grondwater voor veel meer (drinkbaar) water zorgt dan de neerslag. Berekeningen wijzen uit dat het gaat om een hoeveelheid van 500 miljoen m3 per jaar. Dat is economisch interessant, omdat er een project is gepland om via de omleiding van waterstromen een hoeveelheid van 250 miljoen m3 per jaar beschikbaar te stellen voor het gebied tussen de woestijn en de Quilian. De kosten van dat project bedragen 500 miljoen dollar. Door grondwater af te tappen uit de kalkgesteenten die het smeltwater van de Quilian naar de Badain-Jaran-woestijn transporteren, zou mogelijk veel geld kunnen worden bespaard.

Referenties:
  • Chen, J.S., Li, L., Wang, J.Y., Barry, D.A., Sheng, X.F., Gu, W.Z., Zhao, X. & Chen, L., 2004. Groundwater maintains dune landschape. Nature 432, p. 459.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Ling Li, School of Engineering, University of Queensland, St Lucia (AustraliŽ).

532 Warmtestromen door oceanische en continentale korst blijken toch gelijk
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

De warmtestroom van de aarde is door metingen op veel plaatsen bekend. Die gegevens dragen bij in inzicht in het inwendige der aarde, omdat de warmtestroom vrijwel geheel wordt opgewekt door radioactieve isotopen die zich in de aardkern en de aardmantel bevinden (een minimaal deel van de warmtestroom is afkomstig uit de aardkorst, niet alleen door verval van radioactieve isotopen maar ook door processen zoals inkoling). De warmtestroom verschilt van plaats tot plaats, en een goed inzicht in de totale warmtestroom berust daarom vooral op modellen die zijn gebaseerd op hypotheses met betrekking tot de opbouw van de aarde. Een probleem daarbij is dat de warmtestromen door de oceanische en de continentale korst volgens de huidige kennis duidelijk in grootte verschillen.


De Abee Enstatiet-Chondriet, waarvan de samenstelling de basis vormt voor de herberekening van de warmtestroom vanuit de aardkern

De modellen die tot nu toe worden gebruikt kloppen niet altijd met de metingen, zeker niet wat betreft de warmtestroom door de oceanische korst. Aanvankelijk werd wel gedacht dat de hydrothermale activiteit, vooral bij de midoceanische ruggen, daarvoor verantwoordelijk was, maar berekeningen geven aan dat deze magmatische activiteit te weinig warmte oplevert om de gemeten hoge waarden van de warmtestroom te verklaren. Momenteel wordt verondersteld dat de onnauwkeurigheid van de gebruikte modellen vooral berust op de aanname (bij gebrek aan precieze gegevens) dat de warmtegeleiding overal gelijk is.


De nieuwe berekende waarden voor de warmtestroom door de continentale en oceanische aardkorst

Twee onderzoekers van de Washington Universiteit hebben nu drie nieuwe, onafhankelijke modellen ontwikkeld om de gemiddelde warmtestroom door de oceanische korst te bepalen. Die modellen zijn gebaseerd op metingen. Het blijkt dat hun drie modellen - hoewel verschillend - gelijke uitkomsten geven, en dat ze ongevoelig zijn voor onzekerheden in de uitgangsgegevens. Een van de modellen is gebaseerd op een analyse van de samenstelling van enstatiet-chondrieten, een bijzondere variŽteit van de ijzermeteorieten. Deze enstatiet-chondrieten bevatten ijzer in een zodanige hoeveelheid dat ze kunnen worden vergeleken met wat over de samenstelling van de aardkern bekend is. Tevens komt de verhouding tussen hun zuurstofisotopen overeen met die van de aarde. Dit type chondrieten geeft, door verval van radioactieve isotopen, ook meer warmte af dan andere typen chondrieten.

Waar berekeningen op basis van 'gewone' chondrieten altijd een warmtestroom als resultaat opleverden van ca. 20 TW (1 terawatt = 1000 miljard watt), daar leveren de enstatiet-chondrieten een waarde op van 31 (Ī 1) TW. Deze waarde wordt door de onderzoekers ook met hun twee andere modellen gevonden. Interessant hieraan is dat deze waarde gelijk is aan die welke voor de warmtestroom door de continentale korst wordt aangehouden. De warmtestromen door oceanische en continentale korst vertonen dus kennelijk niet - zoals vroeger gedacht werd maar niet kon worden verklaard - verschillend in grootte.

Referenties:
  • Hofmeister, A.M. & Cris, R.E., 2004. Earthís heat flux revised and linked to chemistry. Tectonophysics 395, p. 159-177.

Foto van de chondriet: New England Meteorological Services. Histogrammen welwillend ter beschikking gesteld door Anne Hofmeister, Department of Earth and Planetary Sciences, Washington University, St. Louis, MO (Verenigde Staten van Amerika).

533 Iridium en platina uit de ruimte
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Astronomie !

Meteorieten bevatten vaak hogere concentraties metalen (inclusief edelmetalen) dan aardse gesteenten. Dat leidt onder meer tot de mogelijkheid om de grens tussen Krijt en Tertiair in het veld op te sporen via een laagje met een verhoogde iridiumconcentratie. Dat laagje, dat bijna wereldwijd is terug te vinden, is te danken aan de inslag van een grote meteoriet (diameter waarschijnlijk zoín 10 km), die waarschijnlijk (vrijwel) geheel verdampte, waarna de zo ontstane 'rook', bestaande uit zeer fijne deeltjes (aŽrosol) zich via de hoge atmosfeer verspreide om geleidelijk weer op aarde terug te vallen.


Verschillen tussen Holoceen en de laatste ijstijd (Weichselien, verticale grijze balk, LGA): iridiumconcentratie (bovenste diagram) en platinaconcentratie (onder)

Een dergelijke grote inslag mag dan een zeldzaamheid zijn, maar de aarde staat wel bloot aan een voortdurend bombardement van grotere en kleinere stukjes ruimtegruis. Die verbranden in de atmosfeer, en de 'rook' wordt daar verspreid op hoogten van meer dan 70 km en komt later weer op aarde terecht. Hoe dat gebeurt, en om hoeveel edelmetalen het gaat, is niet precies bekend, maar een boring in het ijs van Groenland heeft enkele interessante resultaten opgeleverd.

De onderzochte boorkern maakt deel uit van de 3028,8 m diepe ijstraject dat in centraal Groenland (bij Summit) wordt geboord in het kader van het European Greenland Ice Project (GRIP). Van deze kern werden 22 stukjes, die elk tijdens 2-10 jaar werden gevormd, onderzocht voor de periode tussen 750 en 11550 jaar geleden; deze 22 'sneetjes' omvatten dus vrijwel het hele Holoceen. Daarnaast werden 13 plakjes onderzocht die elk 10-100 jaar representeren, en die stammen uit de periode van 13.000-128.000 jaar geleden, en die dus de hele laatste ijstijd (Weichselien) bestrijken.


Een van de onderzochte ijskernen (doorsnede 10 cm) tijdens het afzagen

Van deze ijsmonsters is onderzocht hoeveel iridium en platina ze bevatten. De uitkomst van dit onderzoek is verrassend. In de eerste plaats blijkt dat er gedurende het Holoceen een constante toevoer was van 'rook' van verbrand ruimtegruis. Gezien het constante karakter hiervan mag worden verwacht dat dit een 'kosmische constante' is. Voor het kleine deel van het laatste interglaciaal waarvan ijs voor onderzoek beschikbaar was (het Eemien), blijkt het ook inderdaad om zoín zelfde hoeveelheid te gaan. Voor het Weichselien gaat dat echter niet op: daarvoor worden omstreeks driemaal hogere waarden gevonden, die bovendien zeer sterk fluctueren.

De onderzoekers hebben dat verschil goed kunnen verklaren. Het iridium en platina zijn namelijk niet in hun totaliteit direct afkomstig van verbrand kosmisch materiaal, maar ook van ingewaaid aards stof. Daarom hebben de onderzoekers dat stof geÔsoleerd en daarvan de hoeveelheid iridium en platina bepaald, om de gevonden waarden vervolgens van de totaal aanwezige hoeveelheid af te trekken. Uit die analyse blijkt dat gedurende het Holoceen ongeveer 2% van het iridium en zoín 7% van het platina in het ijs afkomstig zijn van aardse bronnen. Het overgrote deel moet dus afkomstig zijn uit de ruimte; dat blijkt ook uit de constante verhouding Ir:Pt = 0,49 (Ī 0,20), die overeenkomt met de verhouding die in chondrieten voorkomt. Voor het Weichselien, met de hogere en sterk fluctuerende waarden van Pt en Ir, is deze verhouding sterk wisselend, wat erop wijst dat er een grote component van 'aards' materiaal aanwezig is. De onderzoekers verklaren dat door de meteorologische condities tijdens de laatste ijstijd, toen sterk winden veel stof van elders op aarde naar het noordpoolgebied transporteerden en daar op de sneeuw lieten terugvallen.

Op basis van al deze gegevens kunnen de onderzoekers ook berekenen om hoeveel materiaal uit de ruimte het gaat. Voor het hier onderzochte materiaal, dat in de vorm van deeltjes met een grootte van enkele nanometers neerkwam, zou het dan gaan om 78 (Ī 30) miljoen kilo per jaar. Dat moet echter, ook al weer vanwege de relatief hoge concentratie in de poolgebieden, een overschatting zijn. De onderzoekers berekenen dat een wereldwijde 'neerslag van rook van ruimtegruis' 14 (Ī 5) miljoen kg per jaar moet zijn. Deze hoeveelheid moet zowel tijdens het Holoceen als het Weichselien vrijwel constant zijn geweest; alleen de uiteindelijke verdeling over het aardoppervlak verschilde.

Referenties:
  • Gabrielli, P., Barbante, C., Plane, J.M., Varga, A., Hong, S., Cozi, G., Gaspari, V., Planchon, F.A.M., Cairns, W., Ferrari, Chr., Crutzen, P., Cescon, P. & Boutron, C.F., 2004. Meteoric smoke fallout over the Holocene epoch revealed by iridium and platinum in Greenland ice. Nature 432, p. 1011-1014.

Illustraties welwillend ter beschikking gesteld door Carlo Brabante, Institute for the Dynamics of Environmental Processes-CNR, Universitŗ di Venezia, VenetiŽ (ItaliŽ).

534 Kilometers lange groeven in zeebodem door afglijdende massa
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Met 3-D seismisch onderzoek is voor de kust van Angola een groot, 30-200 m dik pakket gevonden dat ter plaatse moet zijn afgezet na transport in de vorm van een grote afglijding. Het pakket bedekt een gebied van ongeveer 430 km2 en het totale volume van het pakket is zoín 20 km3, wat er op wijst dat er een catastrofale afglijding moet hebben plaatsgevonden. Het materiaal dat afgleed moet oorspronkelijk een gebied van ca. 130 km2 hebben beslagen.


Model van de ontwikkeling van de megagroeven

Het catastrofale karakter komt onder meer tot uiting in de aanwezigheid binnen het afgegleden materiaal van gigantische, min of meer plaatvormige gesteentefragmenten, die 1-5 km in doorsnede zijn en 100-150 m dik. Ee n andere indicatie van het catastrofale karakter zijn groeven die bij de afglijding in het onderliggende pakket zijn uitgeschuurd. Die groeven zijn in de orde van grootte van 9 km lang, en zo geprononceerd (tot 15 m diep) dat ze zelfs in het seismische profiel zijn terug te vinden. Deze 'megagroeven', die voorkomen in een gebied van meer dan 130 km2, beginnen aan hun bovenkant zeer plotseling, precies bij een breuk. Ook op basis van andere gegevens komen de onderzoekers tot de conclusie dat de afglijding bij deze breuk moet zijn begonnen. De groeven zijn waarschijnlijk bij het begin van het afglijden ontstaan.


Seismisch dwarsprofiel, met daarin de megagroeven

De groeven, die betrekkelijk platte onderkanten hebben en ruwweg - maar niet precies - parallel aan elkaar lopen, worden na ongeveer 6 km minder diep, wat er op wijst dat de kracht van het proces dat hun uitschuring bewerkstelligde hellingafwaarts afnam. Direct boven de groeven toont het pakket een chaotisch karakter, wat er op wijst dat de oorspronkelijke gelaagdheid van het materiaal tijdens het transport is verdwenen.

Alle gegevens wijzen op een afglijding van het type dat in de vakliteratuur als 'debris flow' wordt aangeduid. Deze afglijding kon plaatsvinden omdat ter plaatse de onderzeese helling ongeveer 1,6į bedroeg, met in zijn steilste stukken een helling van ongeveer 3į. Het materiaal had zeker niet al zijn cohesie verloren, want de seismische gegevens wijzen uit dat het oppervlak van het afgezette pakket zeer onregelmatig was. Op basis van al deze karakteristieken kunnen de onderzoekers vrij nauwkeurig reconstrueren hoe het proces in zijn werk is gegaan: aanvankelijk ontstond, bij een breukvlak (en mogelijk ten gevolge van breukactiviteit, een afglijding, waarin het oorspronkelijke pakket als het ware werd opgebroken in blokken die achter elkaar van de helling gleden. De grote brokken schuurden de megagroeven in de zachte bodem uit. Naarmate het pakket verder van de helling afgleed, ontstond er een fijne matrix van materiaal dat van de brokstukken en van de bodem werd losgewerkt. Zo ontstond een pakket dat veel gemakkelijker konden verder glijden, en dat ook tientallen tot honderden kilometers deed, om uiteindelijk in de diepzee tot rust te komen.

Referenties:
  • Gee, M.J.R., Gawthorpe, R.L. & Friedmann, J.S., 2004. Giant striations at the base of a submarine landslide. Marine Geology 214, p. 287-294.

Figuren welwillend ter beschikking gesteld door Martin Gee, Department of Earth Sciences, The Universwity of Manchester, Manchester (Engeland).

535 PterosauriŽrs legden leerachtige eieren
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Dino)sauriers ! Klik hier voor alle artikelen over Paleontologie, Fossielen & Uitstervingen !

In de fameuze Xixian Formatie is, bij Jingangshan in de provincie Liaoning (China), een tweede ei gevonden dat afkomstig moet zijn van een pterosauriŽr. Dit tweede ei, dat ongeveer 121 miljoen jaar oud is (Vroeg-Krijt), maakt veel meer duidelijker dan de eerdere vondst. Dat komt doordat niet alleen de botten van het embryo goed bewaard zijn gebleven, maar ook tal van zachte weefsels. Daarnaast levert deze vondst veel informatie op over de karakteristieken van het ei zelf.


Ei met embryo

Het ei is met zijn lengte van 63,7 mm iets langer dan het eerder gevonden exemplaar, en met zijn breedte van 36,4 mm iets smaller. Mede op basis van het feit dat ook de botten van de embryoís in beide eieren iets verschillen, nemen de onderzoekers daarom aan dat het gaat om verschillende vertegenwoordigers van de groep van pterosauriŽrs.


Detail van de dunne, zachte eiwand zonder gelaagdheid

Het fijnkorrelige materiaal (de matrix) binnenin het ei is geelbruin, terwijl het skelet van het embryo grijsbruin is. De eischaal zelf is bruin tot donkerbruin, en steekt duidelijk af tegen de matrix die het ei omgeeft. De eischaal is opvallend dun (0,25 mm), en vertoont geen laagjes (laminatie). Opvallend is dat in de eischaal noch de binnenlaag aanwezig is die karakteristiek is voor de harde eischalen van dinosauriŽrs, noch de buitenste laag die bij dino-eieren is opgebouwd uit uitgekristalliseerd calcitisch materiaal.

De onderzoekers sluiten uit dat het ei oorspronkelijk wel een calcietlaagje bevatte, want in dezelfde schalie waarin het ei werd aangetroffen komen ook de kalkige schelpen van mollusken voor; die vertonen geen tekenen van oplossing. Volgens de onderzoekers wijst alles erop dat het ei een zachte, leerachtige schaal had, vergelijkbaar met die van krokodillen en schildpadden.

Het ei is gevonden in horizontaal gelaagde grijze meerafzettingen, waarin ook zoetwaterfossielen zoals vissen, schildpadden, insectenlarven, ostracoden, gastropoden, hagedissen en zoetwaterplanten zijn aangetroffen. Deze fossielen en de sedimentaire kenmerken wijzen erop dat het ging om een meer met rustig water. Het ei is echter zeker niet in dit water gelegd, maar moet daar na het leggen op de een of andere wijze in terecht zijn gekomen. Waarschijnlijk is het weggerold uit een nest aan de oever van het meer, op een strand of een modderige vlakte.

Referenties:
  • Ji, Q., Ji, S.-A., Cheng, Y.-N., You, H.-L., LŁ, J.-C., Liu, Y.-Q. & Yuan, C.-X., 2004. Pterosaur egg with a leathery shell. Nature 432, p. 572.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Ji Qiang, Department of Earth Sciences, Nbanjing University, Nanjing (Volksrepubliek China).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl