NGV-Geonieuws 90

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


1 April 2005, jaargang 7 nr. 7

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 551 Extreme 'zoutmeren' in Middellandse Zee vormen leefbaar milieu
  • 552 Grootste massauitsterving vond niet abrupt maar geleidelijk plaats
  • 553 Vulkaanuitbarstingen beïnvloeden boomgroei ook op grote afstand
  • 554 Mens zorgt voor meer erosie dan alle natuurlijke processen samen
  • 555 Prop in Popocatépetl levert groot gevaar op

    << Vorige uitgave: 89 | Volgende uitgave: 91 >>

551 Extreme 'zoutmeren' in Middellandse Zee vormen leefbaar milieu
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Oceanografie !

Op de bodem van de Middellandse Zee bevinden zich enkele 'zoutmeren'. Het gaat om water met een extreem hoog zoutgehalte, dat zich heeft verzameld in een aantal depressies van de bodem. Het ontstaan van deze zoutmeren wordt toegeschreven aan tektonische activiteit: plaatselijk werd steenzout uit de ondergrond - dat zich had gevormd toen in het Mioceen het zoute water van de (bij Gibraltar van de Atlantische Oceaan door een drempel afgesloten) verdampte - opgeheven, waarbij het in contact kwam met het water van de Middellandse Zee en daarin voor een deel oploste. Het gevolg is dat zich in een aantal depressies water bevindt dat bijna verzadigd is aan zout. In een van deze depressies, het Discovery Bekken, komt bijv. het hoogste gehalte aan (opgelost) magnesiumchloride (MgCl2) voor dat uit enige zee bekend is; de concentratie is zelfs 2-3 maal hoger dan in de Dode Zee.


Stuk sediment uit het hypersaline Discovery 'Meer'


Onderzoeksapparatuur (Scipack) wordt aan boord gehesen


Dergelijke hoge zoutconcentraties worden algemeen beschouwd als te agressief om leven te kunnen herbergen. Bovendien zijn deze zoutmeren vrijwel zuurstofloos. Dat komt doordat het water in deze zoutmeren zo zwaar is dat het zich niet mengt met het gewone water uit de Middellandse Zee. De grenslaag tussen beide watersoorten is maar 1-3 m dik, en verandert nauwelijks of niet. Ook dit gebrek aan zuurstof maakt de zoutmeren voor de meeste levensvormen vijandig. De hoge druk (zo’n 35 MPa) maakt het milieu er niet plezieriger op. Alleen uit de grenslaag waren tot nu toe enkele bacteriën bekend, alle soorten die zuurstof nodig hebben.

Het extreem zoute (hypersaliene) water van vier van deze zoutmeren is nu nader op levensvormen onderzocht. Het gaat om het Atalante, het Bannock, het Urania en het Discovery Bekken. Het water in het laatstgenoemde bekken wijkt sterk af van dat van de andere bekkens (waarvan het water overigens ook verschilt) door het hoge magnesium- en het lage natriumgehalte. Het bleek dat het hypersaliene water in alle vier de bekkens primitieve levensvormen bevat. Met kleuringtechnieken kon worden aangetoond dat de hoeveelheden microorganismen variëren van zo’n 19.000 cellen per ml in het Discovery Bekken tot zo’n 150.000 cellen per ml in het Urania Bekken. Het gaat daarbij om bacteriën en Archaea, in onderling verschillende verhoudingen. In het Discovery Bekken overheersen de bacteriën, in het Atalante en het Bannock Bekken komen iets meer bacteriën dan Archaea voor, en in het Urania Bekken overheersen de Archaea. In alle vier bekkens vertonen de bacteriën een grotere soortenrijkdom dan de Archaea.

Chemische analyse toonde aan dat er diverse typen van stofwisseling worden toegepast, onder meer via reductie van sulfaten, en met vorming van methaan. Met rRNA-analyse werd aangetoond dat de meeste microorganismen behoren tot de Proteobacteria, de Sphingobacteria, de Halobacteria en een nieuwe groep die de onderzoekers MSBL1 (Mediterranean Sea Brine Lakes group 1) noemen.

Leven blijkt dus mogelijk in hypersaliene milieus van nu. Geologisch is dat een interessant gegeven, omdat er al eerder is gespeculeerd over het ontstaan van de vroegste levensvormen op aarde in zulk extreem zout water. Ook voor onderzoek naar buitenaards leven kan dat consequenties hebben: de onderzoekers wijzen erop dat er buitenaardse lichamen zijn waarvan bekend is dat ze pekel bevatten die aan verdamping is blootgesteld. In dergelijke pekelmeren zou dus in principe ook leven kunnen voorkomen.

Referenties:
  • Wielen, P.W.J.J. van der, Bolhuis, H., Borin, S., Daffonchio, D., Corselli, C., Giuliano, L., d’Auria, G., Lange, G.J. de, Huebner, A., Varnavas, S.P., Thomson, J., Tamburini, Chr., Marty, D., McGenity, T.J., Timmis, K.N. & BioDeep Scientific Party, 2005. The enigma of prokaryotic life in deep hypersaline anoxic basins. Science 307, p. 121-123.

Foto welwillend ter beschikking gesteld door Paul van der Wielen, Laboratorium voor Microbiële Ecologie, Universiteit van Groningen.

552 Grootste massauitsterving vond niet abrupt maar geleidelijk plaats
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Op de grens van Perm en Trias, 251 miljoen jaar geleden, vond de grootste massauitsterving plaats die we kennen uit de aardgeschiedenis. Over de oorzaak bestaan tal van hypotheses, maar een algemeen geaccepteerde verklaring is er niet. Uiteraard zijn er diverse hypotheses die uitgaan van een plotselinge wereldwijde catastrofe, zoals die ook ontstond na de inslag van een grote meteoriet op de grens tussen Krijt en Tertiair. Een dergelijke catastrofe lijkt echter niet langer te verdedigen, nu een internationaal team van onderzoekers systematisch is nagegaan hoe de uitsterving verliep, althans voor op het land levende grote gewervelde dieren (die het meest kwetsbaar voor catastrofes lijken).


De sedimenten op de P/T-grens zijn prachtig gelamineerd doordat gravende organismen daar al waren uitgestorven


Schedel van een kleine Cynodont (nog in de rots) die de overgang Perm/Trias overleefde als soort


Ze onderzochten daartoe het uitsterven van deze dieren op vijf locaties in het Karoo Bekken in Zuid-Afrika. Dit Bekken, met een enorme uitgestrektheid, bevat sedimenten die uit het Perm tot in het Trias doorlopen. Er bestaat in dit bekken een zeer goede magnetostratigrafie (gebaseerd op ompolingen van het aardmagnetisch veld), waardoor ook sedimenten uit ver van elkaar verwijderde gebieden zijn te correleren. Deze sedimenten bestaan vooral uit zandsteen en schalies die door meanderende rivieren werden afgezet. In deze rivierafzettingen komen relatief veel resten van grote vertebraten voor. In de loop van hun 7-jarig onderzoek vonden de onderzoekers onder meer 126 schedels in de stratigrafische nabijheid van de P/T-grens. Dit materiaal gebruikten ze, samen met eerder gepubliceerde gegevens, om na te gaan wanneer bepaalde soorten of groepen uitstierven.

Ze vonden daarbij dat de fauna lang aan het eind van het Perm lang (zeker zo’n 10 miljoen jaar) behoorlijk stabiel bleef. In de bovenste 50 m van de pakketten met een Perm-ouderdom verandert dat echter: er traden toen duidelijk meer uitstervingen op. Hoe veel tijd er met de afzetting van die 50 m was gemoeid, hebben de onderzoekers niet precies kunnen vaststellen, maar ze zijn er van overtuigd dat het om een tijdsinterval van 10.000-1.000.000 jaar gaat. Na dit interval, waarin het voortbestaan van de grote gewervelde dieren kennelijk behoorlijk onder druk stond, volgt er een extra sterke uitsterving op de P/T-grens zelf.

Op basis van dit patroon menen de onderzoekers dat er geen sprake kan zijn van een plotselinge ramp, maar dat de leefomstandigheden door een langdurig opererende factor bemoeilijkt werden, waarbij een intensivering van dat proces op de P/T-grens uiteindelijk voor een massale uitsterving zorgde. Ook is het mogelijk dat op de P/T-grens een drempelwaarde werd overschreden, waardoor het voortbestaan van zeer veel diergroepen onmogelijk werd. De inslag van een meteoriet lijkt daarom uitgesloten. een Een lange periode van grote vulkanische activiteit zou daarentegen wel goed mogelijk zijn, waarbij verminderde zonne-instraling (doordat as het zonlicht weerkaatste en aerosolen het zonlicht absorbeerden) en zure regen het milieu deden verslechteren. Hierbij is opmerkelijk dat de grote basaltuitvloeiingen in Siberië omstreeks de P/T-grens plaatsvonden.

Dat vulkanisme zou, via zure regen, niet alleen het milieu op het land hebben aangetast, maar uiteraard ook de zee. Inderdaad wijzen analyses van het uitsterven van mariene organismen bij Meishan (China) ook op langzaam verslechterende omstandigheden, met een fataal hoogtepunt op de P/T-grens.

Referenties:
  • Kerr, R.A., 2005. Fossil count suggests biggest die-off wasn’t due to a smashup. Science 307, p. 335.
  • Ward, P.D., Botha, J., Buick, R., Kock, M.O. de, Erwin, D.H., Garrison, G.H., Kirschvink, J.L. & Smith, R., 2005. Abrupt and gradual extinction among Late Permian land vertebrates in the Karoo Basin, South Africa. Science 307, p. 709-714.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Peter Ward, Department of Biology, University of Seattle, Seattle (Verenigde Staten van Amerika).

553 Vulkaanuitbarstingen beïnvloeden boomgroei ook op grote afstand
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie ! Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Uit tal van onderzoeken is gebleken dat vulkaanuitbarstingen invloed hebben op het klimaat. Door extreem zware uitbarstingen kan het klimaat zelfs wereldwijd worden beïnvloed. Hoever de invloed van uitbarstingen reikt bij minder zware erupties, is veel minder goed bekend, en er is zelfs nauwelijks iets bekend over de invloed op de plantengroei op grote afstand van de uitbarstende vulkaan. Weliswaar is herhaaldelijk vastgesteld dat de jaarringen van bomen na een vulkanische uitbarsting minder dik zijn (wat wijst op minder gunstige groeiomstandigheden), maar dat kan uiteraard toeval zijn: het klimaat fluctueert immers van jaar tot jaar.


Stuk eikenhout met genoeg boomringen voor betrouwbare analyse

Een interdisciplinair team (archeologen, paleoecologen, ingenieurs) heeft nu de gevolgen voor de groei van eiken vastgesteld die ver verwijderd waren van twee bekende vulkanen die in historische tijd zijn uitgebarsten. Het gaat daarbij om de uitbarsting van de Tambora (Indonesië) in 1815 en van de Laki (IJsland) in 1783-1784. Daartoe werd hout onderzocht van het Shane Kasteel in Noord-Ierland. De twee vulkaanuitbarstingen hadden destijds grote gevolgen. Door de explosieve eruptie van de Tambora, die tot op 2600 km werd waargenomen, kwamen 90.000 mensen om, en de wolk met asdeeltjes strekte zich 1300 km ver uit. Bij deze enorme eruptie werd 150-200 km3 aan materiaal de lucht in geslingerd. De temperatuur op het noordelijk halfrond daalde in 1815-1816 met gemiddeld 0,8 °C (met sterke verschillen van plaats tot plaats): 1816 werd in Europa het 'jaar zonder zomer'.


Uitbarsting van de Laki

De uitbarsting van de Laki was minder heftig, maar duurde veel langer (8 maanden). Tienduizenden mensen kwamen om door de indirecte gevolgen, zoals een verhoogde hoeveelheid aerosolen in de atmosfeer. Volgens berekeningen werd 122 miljoen ton SO2 uitgestoten, waarvan 95 miljoen ton zo hoog dat het de bovenste troposfeer en de onderste lagen van de stratosfeer bereikte. Daar verbond het gas zich met vocht tot zwavelzuur, waarvan ongeveer 220 miljoen ton moet zijn gevormd. Zo’n 175 miljoen ton zorgde voor een warme, blauwe, droge nevel boven Europa; de rest bleef meer dan een jaar achter in de hoge atmosfeer.

Deze omstandigheden hadden uiteraard grote invloed op de boomgroei. Dat is goed te zien aan de boomringen. De onderzoekers keken echter niet alleen naar de dikte van deze ringen (die immers ook door lokale omstandigheden (temperatuur) kunnen worden beïnvloed, maar ze onderzochten ook de verhouding tussen de koolstofisotopen C-12 en C-13. Die verhouding is niet afhankelijk van de temperatuur, maar wel van de mate waarin bij de stofwisseling van de plant gasuitwisseling met de atmosfeer plaatsvindt ten behoeve van de fotosynthese.

Bij dit onderzoek bleek dat analyse van de koolstofisotopen een veel betere weergave oplevert van de 'stress' waaronder de bomen hadden gestaan dan de groeiringen. Zo blijkt de smalste groeiring omstreeks de uitbarsting van de Tambora te zijn gevormd in 1817, twee jaar na de eruptie. De verhouding tussen de koolstofisotopen geeft aan dat de groeiomstandigheden toen echter al weer duidelijk beter werden. Na de uitbarsting van de Laki bleken de eiken in Noord-Ierland hun oorspronkelijke verhouding van de koolstofisotopen weer hun oude waarde terug te krijgen.

Bij beide uitbarstingen blijken de bomen 6 (Tambora) tot 10 (Laki) maanden 'stress' te hebben ondervonden, ondanks de grote afstand tot de desbetreffende vulkanen. Die 'stress' trad na de eruptie van de Tambora echter niet onmiddellijk na de uitbarsting op bij de Noord-Ierse eiken, maar pas na zo’n 8 maanden. Dat tijdsinterval komt overeen met wat berekend is voor de tijd die de aerosolen nodig hadden om Noord-Ierland te bereiken. Na de uitbarsting van de Laki trad de stress vrijwel onmiddellijk op. Hieruit blijkt dat vulkanische uitbarstingen tot op grote afstand de vegetatie beïnvloeden, vooral door de uitstoot van aerosolen.

Referenties:
  • Ogle, N., Turney, Chr.S.M., Kalin, R.M., O’Donell, L. & Butler, C.J., 2005. Palaeovolcanic forcing of short-term dendroisotopic depletion: the effect of decreased solar intensity on Irish oak. Geophysical Research Letters 32, doi:10.1029/2004GL021623, 4 pp.

Foto van de boomringen welwillend ter beschikking gesteld door Andy Moir namens Tree-Ring Services, Orpington (Groot-Brittannië).
Foto van de Laki: NOAA Photo Library.

554 Mens zorgt voor meer erosie dan alle natuurlijke processen samen
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Geomorfologie ! Klik hier voor alle artikelen over het Milieu !

De mens blijkt in de laatste duizend jaar voor een steeds toenemende erosie te zorgen. Het gaat daarbij vooral om erosie die wordt veroorzaakt bij constructiewerkzaamheden en bij agrarische activiteiten. Die eroderende invloed van de mens wordt sterk onderschat, maar zal - wanneer daaraan geen halt wordt toegeroepen - op afzienbare termijn rampzalige gevolgen hebben.


Ploegen leidde ook hier tot sterke bodemerosie


De aanleg van terassen voor bouwgrond kan erosie sterk beperken


Een en ander is geen doemscenario, maar een gegeven dat voortvloeit uit berekeningen die door een geoloog van de Universiteit van Michigan zijn uitgevoerd op basis van geologische gegevens. De geoloog Bruce Wilkinson bepaalde daartoe de erosiesnelheden over de afgelopen 500 miljoen jaar, en vergeleek de uitkomst met wat er nu over eroderende activiteiten bekend is.

Erosie gaat in het algemeen, volgens menselijke maatstaven, zo langzaam dat er nauwelijks een betrouwbare meting mogelijk is. Bovendien verschilt de erosiesnelheid van plaats tot plaats, en van tijd tot tijd. Om toch een betrouwbare kwantitatieve schatting te kunnen maken, ging Wilkinson daarom na hoeveel sediment (zandsteen, klei, etc.) er in de afgelopen half miljard jaar is gevormd. Sediment is immers het resultaat van erosie. Daartoe moest een inventarisatie van de hoeveelheden sediment worden gemaakt.

Sedimenten blijken (ruwweg) voor 85% op continenten te worden afgezet, en voor 15% in de oceanen. Het totale volume van alle sedimenten uit de laatste 542 miljoen jaar (het Fanerozoïcum) bedraagt zo’n 630 miljoen km3. Daarvan bestaat 69% uit klastisch materiaal (zand, klei, grind), 28 % uit carbonaten (vooral kalksteen, dolomiet) en zo’n 3% uit chemische afzettingen (steenzout, vuursteen). Deze hoeveelheid is voldoende om alle continenten met 3 km sediment te bedekken, en alle oceaanbodems met 300 m. Om een dergelijke sedimentmassa in 542 miljoen jaar bij elkaar te brengen, moet gedurende die tijd het land zijn geërodeerd met een gemiddelde snelheid van 24 m per miljoen jaar. Dat ging niet steeds met dezelfde snelheid: in het Paleozoïcum was de snelheid ongeveer 30 m per miljoen jaar (aanvankelijk nog geen vegetatie!), in het Mesozoïcum 15 m per miljoen jaar, en in het Kenozoïcum 65 m per miljoen jaar (waarschijnlijk onder invloed van de ijstijden).

Momenteel gaat de erosie veel sneller. De natuurlijke processen zijn in de afgelopen 542 miljoen jaar niet noemenswaard veranderd, maar de mens is er als eroderende factor bijgekomen. Van die antropogene erosie bestaan tal van metingen, mede met het oogmerk om die erosie te verminderen. Deze erosiesnelheid kan onder meer worden gemeten op basis van het transport van deeltjes door rivieren. De cijfers geven aan dat de door de mens veroorzaakte erosiesnelheid nu (omgerekend) zo’n 360 m per miljoen jaar bedraagt, d.w.z. zo’n vijfmaal sneller dan eerder in het Kenozoïcum, en zelfs zo’n tienmaal sneller dan gedurende de afgelopen 542 miljoen jaar in zijn totaliteit.

Deze antropogene erosie is reden voor grote zorg. Dat de mens in 50 jaar voldoende land erodeert om er de Grand Canyon mee op te vullen is wellicht niet zo relevant, maar ernstiger is dat de toplaag (met de vruchtbare bodem) nu zo snel verdwijnt dat bodemvorming niet snel genoeg gaat om het effect te neutraliseren. Dat betekent dat op termijn het areaal aan vruchtbare grond drastisch zal verminderen.

Referenties:
  • Wilkinson, B.H., 2005. Humans as geologic agents: a deep-time perspective. Geology 33, p. 161-164.

Foto van geërodeerde bodem: NOAA Photo Library.

555 Prop in Popocatépetl levert groot gevaar op
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Op 24 december 1994 werd de Popocatépetl weer actief na zo’n 67 jaar te hebben geslapen. Hij stootte grote aswolken uit, en op 29 maart 1996 steeg er magma op dat in de kraterpijp afkoelde en daar een prop vormde. Sindsdien zijn er meer dan 25 van dergelijke proppen gevormd, die steeds bij een volgende uitbarsting werden vernield of naar buiten geduwd. De nieuwe proppen kwamen steeds hoger in de kraterpijp te zitten. Nu is het magma zo hoog gestegen dat de rand bijna wordt bereikt; bij een volgende explosie zou dat een ramp tot gevolg kunnen hebben.


Kijkje in de kegel van de Popcatépetl

De Popocatépetl, met een hoogte van 5452 m een indrukwekkende vulkaan, geldt toch al als de gevaarlijkste vulkaan van Mexico. Die twijfelachtige eer heeft hij onder meer te danken aan zijn positie, 71 km ten zuidoosten van Mexico-Stad; binnen een straal van zo’n goede 70 km wonen ruim tienmiljoen mensen die potentieel gevaar lopen. Tot nu toe is het niet verder gekomen dan van de helling afkomende asmassa’s na een (voorlopig) heftigste uitbarsting op 22 januari 2001. Die hete asmassa’s bereikten toen de boomgrens en zorgden voor bosbranden op een afstand van 4,5 km van de krateropening.


Schema van de afsluiting van de Popcatépetl door een prop gesteente

In de afgelopen 23.000 jaar zijn er 7 zogeheten Pliniaanse erupties geweest (dat zijn explosieve erupties nadat gedurende lange tijd een steeds hogere druk is opgebouwd, bijv. doordat de krater met een gestolde lavaprop is afgesloten). De laatste drie traden 5000, 2100 en 1100 jaar geleden op. Daarbij werden zeer grote hoeveelheden as en puimsteen uitgestoten.

Een dergelijke situatie levert voor de lokale bevolking groot gevaar op. De Mexicaanse autoriteiten hebben daarom na de uitbarsting in 1994 de onmiddellijke evacuatie ter hand genomen van ruim 50.000 mensen uit de meest bedreigde gebieden. Er werd toen ook een systeem aangelegd waarmee de ondergrondse activiteit van de vulkaan kon worden geregistreerd, en ook werden er een kaart ontwikkeld waarop aangegeven staat welke gebieden (in welke mate) door de diverse typen vulkanische processen worden bedreigd. Deze kaart heeft onder meer gediend om de meest geschikte routes voor evacuatie bij nieuwe dreigende uitbraken vast te stellen.

Het blijkt dat dergelijke geologische risicokaarten van groot nut kunnen zijn. Zo bereikten de hete asmassa’s die van de vulkaanhelling afkwamen na de uitbarsting van 22 januari 2001 niet alleen bos dat ze in brand staakten, maar ook een gletsjer op de noordoostelijke vulkaanhelling. Door de hitte van de as smolt een deel van het ijs, en het smeltwater vermengde zich met het vulkanische materiaal tot een lahar, die door een dal omlaag raasde tot aan de grens van het dorp Xalitzintla. Dit gebied was inderdaad - en om deze reden - op de risicokaart aangegeven als een gebied met het hoogste risiconiveau.

Momenteel zit de krater tot aan de nok toe vol met magma. Bovenin zit een 250 m dikke prop van ondermeer puin dat bij vorige explosies is ontstaan. Het lijkt waarschijnlijk dat op korte termijn meer materiaal van de hellingen omlaag zal komen. Dat betekent dat ook gebieden met een 'middelmatig' risico steeds meer gevaar zullen gaan lopen te worden bereikt door een lahar. Voor de bewoners van de bedreigde gebieden duurt de situatie natuurlijk veel te lang: ze willen langzamerhand weer naar hun eigen gebied terug. Voor de overheid een lastige situatie, want het gevaar van 'Popo' wordt eerder groter dan kleiner.

Referenties:
  • Macías, J.L. & Siebe, C., 2005. Popocatépetl’s crater filled to the brim: significance for hazard evaluation. Journal of Volcanology and Geothermal Research 141, p. 327-330.

Foto van de vulkaan: José Macías, Instituto de Geofysica, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F. (Mexico).


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl