NGV-Geonieuws 95

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


15 Juni 2005, jaargang 7 nr. 12

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

    Klik hier om deze uitgave af te drukken !
  • 576 Korstmosachtige symbiose bestond al 600 miljoen jaar geleden
  • 577 Los Angeles wordt per jaar een halve centimeter ineen gedrukt
  • 578 Waarom de Alpengletsjers groeiden toen het warmer werd na de Kleine IJstijd
  • 579 Waterstof ontsnapte slechts in geringe mate aan vroege aardatmosfeer
  • 580 Hete stoomwolk trof Montserrat vanuit zee na uitbarsting van Soufrière

    << Vorige uitgave: 94 | Volgende uitgave: 96 >>

576 Korstmosachtige symbiose bestond al 600 miljoen jaar geleden
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 !

Symbioses zijn samenlevingsvormen van planten en/of dieren die beide van elkaar profiteren. Een typisch voorbeeld vormen de korstmossen, die voornamelijk bestaan uit schimmels die bacteriën gebruiken om een soort landbouw te beoefenen. Op hun beurt vormen de schimmels overigens stikstof die gemakkelijk wordt opgenomen door gewassen die mensen verbouwen.


De ontsluiting waarin de vondst (in de donkere laag) werd gedaan

In het Precambrium blijkt een soortgelijke symbiose te hebben bestaan, en wel tussen schimmels en algen of cyanobacteriën. Dit zeldzame voorbeeld van een fossiele symbiose (zowel schimmels als korstmossen zijn nauwelijks fossiel bekend) werd aangetroffen in fosforieten die in een ondiepe zee werden gevormd. De afzettingen behoren tot de Doushantuo Formatie in Zuid-China, die 635-551 miljoen jaar geleden werd opgebouwd. De onderzoekers vonden drie exemplaren van korstmosachtige fossielen. Ze deden dat nabij de plaats Weng’an, in een laag van 0,5-5 m dik. Het fosforietpakket is zwart en bitumineus, en ligt direct op een door karst aangetast oppervlak in het midden van de Doushantuo Formatie. De fossielen zijn volledig in fosfaat omgezet, maar vertonen in een slijpplaatje fijne details. Ze blijken vooral uit twee componenten te bestaan: cellen en dunnen draden.


Slijpplaatje met cellen en filamenten. Beeld 350 micron breed

De cellen zijn 6-15 micron groot en liggen in clusters bij elkaar. De onderzoekers menen dat het waarschijnlijk om cyanobacteriën gaat (te vergelijken met de recente geslachten Gloeocapsa, Entophysalis en Chroococcus) of om groene algen die vergelijkbaar zijn met recente kolonievormende typen. De draadachtige structuren (filamenten) zijn 0,5-0,9 micron in doorsnede, en tot 50 micron lang. Mogelijk waren ze oorspronkelijk langer, want het lijkt of de 30 micron dikke slijpplaatjes sommige filamenten slechts voor een deel bevatten. Sommige filamenten vertakken zich; aan het eind bevinden zich in diverse gevallen structuren die op sporen of een andere vorm van reproductieve structuren lijken. De filamenten buigen zich tussen en om de diverse cellen van de cyanobacteriën heen, maar in de slijpplaatjes is de 3-D structuur niet precies na te gaan.


Detail, met zich vertakkende filamenten, beeld 140 micron breed

Het gaat volgens de onderzoekers niet om een vorm van parasitisme, maar om symbiose tussen de twee typen organismen. Ze komen tot die conclusie op basis van de vormen van de structuren en hun onderlinge relaties, die ze vergelijken met recente voorbeelden van parasitisme en symbiose. Zo zijn de typische 'afweervormen' die optreden wanneer een organisme door parasieten wordt geplaagd, geheel afwezig. In dit verband wijzen de onderzoekers er ook op dat recente marine schimmels eveneens een breed scala van interacties vertonen met cyanobacteriën en andere organismen; het gaat daarbij vaak om symbioses die veel overeenkomsten vertonen met die zoals die in korstmossen optreden.

De vondst van deze symbiose in afzettingen uit het Precambrium is vooral van belang omdat daaruit blijkt dat sporen toen al symbioses vormden met planten die hun energie uit zonlicht haalden, dus al voor dat de vaatplanten tot ontwikkeling waren gekomen.

Referenties:
  • Yuan, X., Xiao, S. & Taylor, T.N., 2005. Lichen-like symbiosis 600 million years ago. Science 308, p. 1017-1020.

Foto’s welwillend ter beschikking gesteld door Shuhai Xiao, Department of Geosciences, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA (Verenigde Staten van Amerika.

577 Los Angeles wordt per jaar een halve centimeter ineen gedrukt
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

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

Het noordelijke deel van 'groot Los Angeles' wordt langzaam maar zeker samengeperst. Het gaat om een deel dat tussen twee breuklijnen ligt die kunnen worden beschouwd als onderdelen van de grote San Andreas breuk, die in het verleden regelmatig actief is geweest, en daarbij ook grote schade heeft veroorzaakt. De samenpersing van dit gebied wordt nauwkeurig geregistreerd via een netwerk van ruim 250 ontvangers dat bekend staat als het SCIGN (Southern California Integrated Global Positioning System Network), maar ook via metingen met InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), die worden verricht via satellieten die door de European Space Agency (ESA) worden bestuurd.


Het San Gabriel Dal in het San Gabriel Gebergte volgt de San Gabriel Breuklijn

Beide meetmethodes leveren uiterst nauwkeurige plaatsbepalingen op. Dat een samenpersing van ca. een halve centimeter per jaar van het gebied tussen de twee breuklijnen kan worden vastgesteld, geeft dat al aan. Maar deze plaatsbepalingen verdiepen ook het inzicht in de krachten die het landoppervlak in de omgeving van Los Angeles mede vormen. Tot die krachten behoren de bewegingen van de Noord-Amerikaanse en de Pacifische aardschol. Daarnaast wordt het landoppervlak echter ook bepaald door menselijke activiteiten, zoals het onttrekken van olie en water aan de ondergrond, of het pompen van waterreserves in watervoerende lagen. Door de nauwkeurige metingen kan de menselijke factor van de natuurlijke worden onderscheiden; het blijkt dat menselijk handelen niet verantwoordelijk is voor de samenpersing van het gebied ten noorden van Los Angeles; daarvoor moeten dus tektonische activiteit verantwoordelijk worden gehouden.


Kaart van Californië (rechtsboven Nevada), met de positie van de San Gabriel Breuk in donkerrood

De uitgevoerde studie toont aan dat de spanning in de ondergrond snel oploopt in een gebied van 12 x 25 km ten zuiden van het San Gabriel Gebergte, vooral in het San Fernando dal en het San Gabriel dal. Die dalen volgen de breuklijnen van de San Fernando breuk en de San Gabriel breuk, die beide deel uitmaken van het breuksysteem van de San Andreas breuk. De San Gabriel breuk is overigens al zo’n 4 miljoen jaar niet meer actief geweest, maar daar lijkt nu verandering in te gaan komen. In het San Gabriel gebergte zal waarschijnlijk een eerste nieuwe breukbeweging optreden, mogelijk met een kracht van 6,6-7,5 op de schaal van Richter. juni 6, 2005e verschuiving zal waarschijnlijk relatief ondiep optreden, in tegenstelling tot de verschuivingen die in 1971 en 1994 optraden.

Referenties:
  • Argus, D.F., Heflin, M.B., Peltzer, G., Crampe, F. & Webb, F.H., 2005. Interseismic strain accumulation and anthropogenic motion in metropolitan Los Angeles. Journal of Geophysical Research 110, doi:10.129/2003JB002934.

Kaart: United States Geological Survey.
Foto van het San Gabriel dal: Shingo Morita.

578 Waarom de Alpengletsjers groeiden toen het warmer werd na de Kleine IJstijd
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Glaciologie !

Momenteel zien we bijna overal ter wereld dat gebergtegletsjers kleiner worden. Dat wordt toegeschreven aan de temperatuur van de atmosfeer, die op aarde is gestegen sinds het begin van de industriële revolutie. Er was overigens al langer sprake van krimpende gletsjers, en wel sinds het einde van de zogeheten Kleine IJstijd, die van ongeveer de vijftiende tot de negentiende eeuw duurde (de zeventiende eeuwse schilderijen van Hollandse 'ijspret' zijn daarvan een bekend gevolg). Het merkwaardige is echter dat, toen aan het einde van de Kleine IJstijd de temperatuur begon te stijgen, de gletsjers in de Alpen aangroeiden. Dat verschijnsel wordt wel de 'paradox van het einde van de Kleine IJstijd' genoemd, en een goede verklaring ervoor bestond niet.



Er is overigens veel meer onduidelijk omtrent de Kleine IJstijd, hoewel uit die tijd - althans in Europa - nauwkeurige waarnemingen bekend zijn. Zo is, ondanks de talrijke historische bronnen, nog steeds niet goed bekend wanneer deze koude periode begon en wanneer hij eindigde: dat lijkt van plaats tot plaats sterk te kunnen verschillen. Bovendien lijkt de afkoeling op het noordelijk halfrond minimaal te zijn geweest: naar schatting was de temperatuurdaling ten opzichte van de voorafgaande vier eeuwen niet meer dan zo’n 0,2 °C. Dat is onvoldoende om het regelmatig dichtvriezen - gedurende talrijke wintermaanden - van meren en rivieren in Nederland te verklaren, en evenmin kan daarmee de sterke groei van de Alpengletsjers worden verklaard.


De St. Sorlin-Gletsjer nam flink in omvang af door de temperatuurstijging tussen 1904 (boven) en 2001 (onder)

Voor de Alpen komt daar nog eens bij dat de temperatuur in de Alpen pas in het begin van de twintigste eeuw weer begon te stijgen, duidelijk tientallen jaren nadat dat bijna overal elders het geval was. Niettemin begonnen de Alpengletsjers zich al in het midden van de negentiende eeuw terug te trekken. Kennelijk was er in de Alpen langdurig sprake van afwijkende klimaatomstandigheden.

Het merkwaardigste is echter de uitbreiding van de Alpengletsjers op het einde van de Kleine IJstijd, tussen 1760 en 1830. Dat probleem is nu door enkele medewerkers van het Glaciologisch en Geofysisch Laboratorium voor het Milieu in Saint Martin d’Hères (Frankrijk) aangepakt. Ze bepaalden daartoe de fluctuaties in de massabalans van gletsjers in de diverse Alpenlanden, waarbij gegevens in detail werden uitgewerkt voor de Argentière, de Sarennes en de Saint Sorlin gletsjers. Het blijkt dat, als rekening wordt gehouden met locatiespecifieke omstandigheden, de fluctuaties in de massabalans van de gletsjers gedurende de onderzochte halve eeuw zeer goed overeenstemmen, wat wijst op een gemeenschappelijke klimatologische achtergrond voor deze fluctuaties.

Met het oog daarop zijn de neerslaggegevens en de temperatuurschommelingen precies nagegaan, rekening houdend met veranderingen in het ijsoppervlak van de gletsjers; deze gegevens zijn modelmatig verwerkt. Daaruit blijkt dat in de onderzochte periode de zomertemperatuur inderdaad steeg, terwijl de gletsjers aangroeiden. Dat blijkt te wijten te zijn aan een toename van de neerslag met ten minste 25% tijdens het winterseizoen; deze extra sneeuwval was groter dan de extra afsmelting die de temperatuurstijging veroorzaakte. Dat resulteerde in de (tijdelijke) netto-aangroei van de Alpengletsjers.

Referenties:
  • Vincent, Chr., Meur, E. le & Six, D., 2005. Solving the paradox of the end of the Little Ice Age in the Alps. Geophysical Research Letters 32, doi:10.1029/2005GL022552, 4 pp.

Foto 1904: Paul Helbronner.
Foto 2001: M. Gidon. illustratiesuggestie: zie bijgevoegde twee elektronische figuren (alpen-St.Sorlin).

579 Waterstof ontsnapte slechts in geringe mate aan vroege aardatmosfeer
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over (Paleo)Klimaat !

De aarde laat een spoor van gassen achter op haar reis door het wereldruim. Die gassen worden aan de atmosfeer onttrokken, doordat op grote hoogte de aantrekkingskracht van de aarde onvoldoende is. Vooral de lichte gassen verdwijnen daardoor relatief gemakkelijk. Uit allerlei gegevens is bekend dat de aarde aanvankelijk een waterstofrijke atmosfeer had; omdat waterstof een zeer licht gas vormt, werd daarom aangenomen dat dit gas al vroeg in de aardgeschiedenis grotendeels uit de aardatmosfeer zou zijn verdwenen. Dat blijkt nu niet het geval, en deze bevinding kan grote consequenties hebben voor ons inzicht in de ontwikkeling van het vroegste leven op aarde.

Een waterstofrijke atmosfeer is gunstig voor de vorming van moleculen die noodzakelijk zijn voor het leven zoals we dat kennen. Beroemde proeven van Miller en Urey in 1952 geven aan dat in een gasmengsel van methaan, ammonia, waterstof en water bij een elektrische ontlading (zoals die bij bliksem optreedt) ondermeer waterstofcyanide en formaldehyde ontstaan, bouwstenen voor aminozuren. Die proeven werden lang als voorbeeld gebruikt voor de omstandigheden waaronder het leven op aarde zich ontwikkelde. Sinds de zeventiger jaren van de vorige eeuw gelooft men daar echter niet meer zo in, voornamelijk omdat de aarde in haar begintijd vooral een koolzuurgas- en stikstofrijke atmosfeer zou hebben gehad. Waterstof zou, samen met tal van andere gassen, preferentieel uit de aardatmosfeer in het wereldruim zijn verdwenen. Met die hypothese werd het ontstaan van leven een stuk moeilijker te verklaren. Momenteel gaat men meestal uit van het ontstaan van leven door het vormen van verbindingen tussen organische moleculen in hete bronnen, of van het bereiken van de aarde (waarschijnlijk via meteorieten) door primitieve levensvormen van elders.


De mate waarin waterstof uit de atmosfeer kan ontsnappen, als functie van menging in de homopause

Nieuw onderzoek, uitgevoerd door Feng Tian, Owen Toon en Alexander Pavlov (Laboratorium voor Atmosferische en Ruimtefysica van de Universiteit van Colorado) en H. de Sterck (Afdeling Toegepaste Wiskunde van de Universiteit van Waterloo, Canada), wijst uit dat het ontsnappen van waterstof uit de atmosfeer zo’n honderdmaal langzamer moet zijn gegaan dan eerder werd gedacht. Dat kwam doordat menging tussen lichte en zware moleculen optrad in de homopauze, de laag in de atmosfeer (nu op ca. 100 km hoogte) waarin lichte en zware moleculen in het algemeen van elkaar worden gescheiden. Dat veel geringere hoeveelheden waterstof uit de atmosfeer ontsnapten naar het wereldruim, maken de onderzoekers duidelijk in een hydrodynamisch model. De ontsnapping wordt namelijk aan grenzen gebonden indien er een zeer grote hoeveelheid ultraviolet licht (van de zon) aanwezig is.

Door het relatief geringe verlies aan waterstof uit de homopauze naar het wereldruim kon het waterstofgehalte in de atmosfeer - dankzij de voortgaande uitstoot van vulkanische gassen - ongeveer constant blijven. Er bleef dus wel degelijk langdurig een waterstofrijke (en CO2-rijke) atmosfeer bestaan, waarin relatief gemakkelijk (net als in de 'oeratmosfeer' die Miller en Urey voor ogen hadden) organische moleculen - en mogelijk zelfs primitieve vormen van leven - konden ontstaan, vooral in de oceaan.

Referenties:
  • Chyba, Chr.F., 2005. Rethinking Earth’s early atmosphere. Science 308, p. 962-963.
  • Tian, F., Toon, O.B., Pavlov, A.A. & Sterck, H. de, 2005. A hydrogen-rich early Earth atmosphere. Science 308, p. 1014-1017.

Figuur welwillend ter beschikking gesteld door Feng Tian, Atmospheric and Planetary Science Department, University of Colorado, Boulder, CO (Verenigde Staten van Amerika).

580 Hete stoomwolk trof Montserrat vanuit zee na uitbarsting van Soufrière
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Klik hier voor alle artikelen over Vulkanologie !

Na zo’n 400 jaar te hebben 'geslapen' werd de Soufrière (op het eiland Montserrat in de Caraïbische Zee) in 1995 weer actief. Ook vorig jaar traden nog uitbarstingen op. De grootste eruptie vond plaats op 12 en 13 juli 2003, toen ook een deel van de vulkaan instortte. Mogelijk was die instorting, waarbij binnen een paar uur twee derde van de vulkaan was betrokken, de grootste die in historische tijden heeft plaatsgevonden. Zo’n 200 miljoen m3 lava zakte weg.


De gas- en aswolk boven de Soufrière kort na de uitbarsting

Bij die instorting, die op 12 juli omstreeks 13.30 uur begon, vormden zich gloedwolken (mengsels van hete vulkanische gassen en asdeeltjes), die voor een belangrijk deel het vrijwel droge dal van het riviertje de Tar volgden. Omstreeks middernacht werden die gloedwolken groter, en sommige bereikten de zee. Tussen twee uur en tien voor vier in de nacht van 12 op 13 juni was er een ononderbroken opeenvolging van deze gloedwolken; om vijf over half vier veroorzaakte zo’n gloedwolk een tsunami die om vier uur Guadeloupe, 48 km verderop, bereikte. Deze enorme gloedwolk veroorzaakte echter ook een heel ander verschijnsel.


De uitvloeiing van een pyroklastische massa in zee

De grote hoeveelheid hete vulkanische gassen en asdeeltjes die via deze gloedwolk de zee bereikten, zorgden daar voor een explosieve stoomontwikkeling (van zeewater dat massaal het kookpunt overschreed). De 'wolk' van stoom en as die hierbij ontstond, en die een temperatuur had van zo’n 600 °C, breidde zich met een snelheid van ongeveer 200 km per uur naar alle kanten uit, dus ook weer naar Montserrat. De 'stoomgolf' liep tegen het eiland op tot een hoogte van bijna 400 m, tot zo’n 3 km landinwaarts, waarbij enkele vierkante kilometers volledig werden verwoest. De vegetatie ter plaatse werd verbrand en een aantal koeien vond erdoor de dood.

Dat er geen slachtoffers onder de bevolking vielen, was te danken aan evacuatie die eerder had plaatsgevonden. Dat was gebeurd vanwege het risico dat er lavastromen of gloedwolken zouden optreden, niet met het oog op de risico’s van dit bijzondere verschijnsel, want dat was ter plaatse nog nooit opgetreden. De onderzoekers wijzen erop dat, met het oog op dit verschijnsel, evacuatie van alle inwoners van gebieden met nabij de zee gelegen vulkanen wenselijk is wanneer de desbetreffende vulkaan actief wordt.

Dat een zo nauwkeurige analyse van de gebeurtenissen op Montserrat kon plaatsvinden, is te danken aan de talrijke monitoren die waren geplaatst toen de Soufrière weer actief werd. Overigens werd een deel van de monitoren vernietigd door de optredende stoomwolk. Het moment waarop dat gebeurde, kon worden gebruikt om de snelheid vast te stellen waarmee deze hete stoomwolk zich landinwaarts uitbreidde.

Referenties:
  • Edmonds, M. & Herd, R.A., 2005. Inland-directed base surge generated by the explosive interaction of pyroclastic flows and seawater at Soufrière Hills volcano, Montserrat. Geology 33, p. 245-248.

Foto van de pyroklastische uitvloeiing in zee: Stephen O’Meara.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl