NGV-Geonieuws 18

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 195 Grootste massauitsterving mogelijk door veranderde koolstofcyclus
• 196 Bizonbotten verklaren, via paleoklimaat, Indiaanse volksverhuizingen
• 197 Eemien had stabiel klimaat
• 198 Terrorisme vertraagde vrijgave van topografische kaarten aan geofysici
• 199 Vroege cyanobacteriën weerstonden sterke UV-straling

  << Vorige uitgave: 17 | Volgende uitgave: 19 >>

195 Grootste massauitsterving mogelijk door veranderde koolstofcyclus Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Analyse van de verhouding tussen de koolstofisotopen in een kalksteenpakket dat werd gevormd op de grens tussen Perm en Trias (250 miljoen jaar geleden) geeft aan dat deze grens gekenmerkt wordt door een opvallende verandering in deze isotopenverhouding. Dat kan alleen wijzen op een dramatische verandering in de wereldwijde koolstofcyclus. Voor geologen is dit van belang omdat op deze grens de grootste massauitsterving uit de geologische geschiedenis optrad. Voor klimatologen is dit interessant omdat het inzicht geeft in vroegere verstoringen van de koolstofcyclus. En voor ecologen is dit interessant vanwege de relatie tussen veranderingen in leefomstandigheden en het verdwijnen van soorten.

Er zijn niet veel plaatsen op aarde waar de geologische grens tussen Perm en Trias goed te onderzoeken valt, onder meer omdat veel gesteenten die toen werden gevormd door erosie zijn verdwenen, maar ook omdat op veel plaatsen toen geen gesteentepakketten werden opgebouwd. De vondst (in zuidwest Japan) van het nu onderzochte pakket is dan ook op zichzelf al tamelijk uitzonderlijk, maar is extra bijzonder doordat het desbetreffende gesteentepakket niet 'op zijn plaats ligt', maar als grote, losse blokken (te vergelijken met brokstukken die bij erosie van een klif langs zee omlaag vallen en op de zeebodem onder het klif worden opgenomen in het zich daar nog vormende sedimentpakket) voorkomen in een veel jonger gesteentepakket.

De kalksteen met de grens tussen Perm en Trias werd gevormd op de niet ver onder het zeeniveau liggende toppen van twee uitgewerkte onderzeese vulkanen, in de superoceaan (Panthalassa) die de toen nog bestaande geheel aaneengesloten landmassa van alle continenten (Pangea) omringde. Deze vulkanen lagen ver van Pangea af, zodat het continent geen invloed had op het milieu ter plaatse. De verhouding tussen de koolstof-isotopen in de kalksteen moet daarom de overgang van het oceanische - en daarmee ook het atmosferische - milieu ten tijde van de Perm/Trias-grens weerspiegelen.

De koolstof in zowel de kalksteen als het daarin nog aanwezige organische materiaal vertoont direct na de grens Perm/Trias een scherpe toename in de relatieve hoeveelheid van het lichte isotoop koolstof-12. Omdat Panthalassa een wereldwijde 'superoceaan' was, valt dit alleen te verklaren door een dramatische, wereldwijde verandering van de koolstofcyclus. Daarmee komt vast te staan dat vergelijkbare veranderingen in de koolstofisotopenverhouding die eerder waren aangetroffen in afzettingen uit zeegebieden die direct langs Pangea lagen, geen lokale omstandigheden weerspiegelden, maar de weerslag vormden van een wereldwijd optredend verschijnsel. Volgens de onderzoekers kan de enorme toevoer van met C-12 verrijkte koolstof aan het oceanisch/atmosferisch systeem het milieu wereldwijd zo hebben veranderd dat de grootste massauitsterving aller tijden daarvan het gevolg was.

Referenties:

• Musashi, M., Isozaki, Y., Koike, T. & Kreulen, R., 2001. Stable carbon isotope signature in mid-Panthalassa shallow-water carbonates across the Permo-Triassic boundary: evidence for 13C-depleted ocean. Earth and Planetary Science Letters 191, p. 9-20.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Massauitsterving kan gevolg zijn van andere koolstofcyclus' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (1 december 2001).

196 Bizonbotten verklaren, via paleoklimaat, Indiaanse volksverhuizingen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Onderzoekers van de Universiteit van Wyoming en van de Geologische Dienst van de Verenigde Staten hebben een verklaring gevonden voor de twee fasen waarin Indianen in Noord-Amerika zo grootschalig over grote afstanden naar nieuwe gebieden reisden, dat van echte volksverhuizingen gesproken kan worden. De eerste van die twee fasen deed zich omstreeks 11.000 jaar geleden voor; de tweede, die langer duurde, kan ruwweg worden gedateerd als 8000-7800 jaar geleden.


BIZONBOTTEN

De onderzoekers hebben bizonbotten onderzocht van een aantal archeologische vindplaatsen. In die botten bepaalden ze de verhouding tussen koolstof-13 en koolstof-12 in het collageen. Die isotopen in de botten vormen de weerslag van de isotopenverhoudingen in het plantaardige voedsel (vnl. Gras) dat de bisons aten. Die isotopenverhouding kan via een aantal tussenstappen worden gebruikt om vast te stellen of planten bij fotosynthese in eerste instantie moleculen met drie of met vier koolstofatomen vormen. Dat is van belang, omdat de planten meer moleculen met drie koolstofatomen vormen in een koel, vochtig klimaat, terwijl ze juist meer moleculen met vier koolstofatomen vormen in een warm, droog klimaat. Zo konden de onderzoekers via de bizonbotten een idee krijgen van de klimaatfluctuaties gedurende een interval van 5000 jaar.

Het blijkt dat de eerste fase van grootschalige verhuizingen, die samenviel met het einde van de Jonge Dryas, gekenmerkt werd door een droger wordend klimaat. De indianen, die tevoren vooral op de hoge vlakten hadden geleefd, konden daar toen kennelijk niet genoeg prooi meer bemachtigen, mogelijk omdat de prooidieren zelf onvoldoende voedsel hadden. De indianen splitsten zich toen op in twee groepen. Een groep stammen vestigde zich in de voetvlaktes van de gebergten; de andere groep ging op de open prairies wonen.

Omstreeks 8000 begon een periode waarin de winters kouder en nog droger werden, terwijl de zomers juist warmer en vochtiger werden. Waarschijnlijk hangt deze klimaatverandering samen met het catastrofale leeglopen van de grote meren die zich voor de ijskap in het noorden hadden gevormd. Dat gebeurde omstreeks 8200 jaar geleden. Het gevolg was dat minder vochtige wind vanuit het noorden werd aangevoerd. De koudere, drogere omstandigheden noopten de indianen toen opnieuw om elders, verder naar het zuiden betere woonsituaties te zoeken.

Referenties:

• Lovvorn, M.J., Frison, G.C. & Tieszen, L.L., 2001. Paleoclimate and Amerindians: evidence from stable isotopes and atmospheric ciculation. Proceedings of the National Academy of Sciences 98, p. 2485-2490.

Afbeelding uit: http://www.museum.state.il.us/exhibits/midewin/bison02.html

197 Eemien had stabiel klimaat Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Er lijkt geen reden om aan te nemen dat we in het huidige tijdsgewricht - dat door alle deskundigen wordt beschouwd als een tijd tussen twee ijstijden in - met grote klimaatfluctuaties zullen worden geconfronteerd. De vorige tussenijstijd, het Eemien (dat van 127.000 tot 110.000 jaar geleden duurde), werd tenminste ook gekenmerkt door een stabiel klimaat. Dat is de opzienbarende conclusie die Engelse, Franse, Israëlische en Tsjechische onderzoekers trekken na een gedetailleerde analyse van een boorkern die uit een Frans meer is opgehaald. In dat meer (een met water gevulde kraterpijp van een reeds lang niet meer werkende vulkaan) bij Ribain heeft de sedimentatie langdurig ononderbroken plaatsgevonden. De sedimenten bevatten zeer veel diatomeeën (kiezelwieren) maar ook veel stuifmeelkorrels. Op basis daarvan, in combinatie met een analyse van de verhouding tussen de zuurstofisotopen in de kiezelpantsers van de diatomeeën, hebben de onderzoekers een gedetailleerd inzicht gekregen in de temperatuurfluctuaties gedurende het gehele Eemien, met bovendien de overgang naar de laatste ijstijd.

Wetenschappelijk gezien was de vondst van de ononderbroken boorkern zeer welkom, want de meningen over de klimaatfluctuaties binnen het Eemien liepen sterk uiteen. Dat komt omdat de meeste gegevens betrekking hadden op korte tijdstrajecten, vaak sterk regionaal bepaald waren, moeilijk aan elkaar te koppelen waren, en vooral gebaseerd waren op analyses die slechts benaderende interpretaties mogelijk maakten. Deze lappendeken van informatieplukjes is er waarschijnlijk mede oorzaak van dat het Eemien algemeen werd beschouwd als een tijdspanne waarin de temperatuur vaak en heftig heeft gefluctueerd. Zo werd onder meer aangenomen dat ergens midden in het Eemien een tijdsinterval bestond waarin de temperatuur zodanig zakte dat er van een kleine ijstijd gesproken zou kunnen worden. Die veronderstelling blijkt nu dus volstrekt onjuist.

Het klimaat was, zeker in centraal en zuidelijk Europa gedurende de eerste 10.000-12.000 jaar van het Eemien, volgens de onderzoekers zeer stabiel (en warmer dan nu). In de daarop volgende 10.000 jaar bleef het klimaat stabiel, maar lagen de temperaturen wel wat lager. Pas daarna werd het, met de inzet van de laatste ijstijd, veel kouder. Hieruit trekken de onderzoekers - misschien toch ietwat voorbarig - de conclusie dat we nu niet bang hoeven te zijn voor een plotselinge temperatuurdaling als er een nieuwe ijstijd begint. Voordat het zover is zal volgens hen eerst een langdurige periode volgen waarin het weliswaar wat kouder wordt, maar die temperatuurdaling zal niet zo groot zijn dat onze samenleving daar drastisch door zal veranderen.

Referenties:

• Rioual, P., Andrieu-Ponel, V., Rietti-Shati, M., Battarbee, R.W., Beaulieu, J.-L. de, Cheddadi, R., Reille, M., Svobodova, H. & Shemesh, A., 2001. High-resolution record of climate stability in France during the last interglacial period. Nature 413, p. 293-296.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Klimaat bleef stabiel in het Eemien, de vorige tussenijstijd' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (29 september 2001).

Een groot karteringsproject, waarvoor zo’n 80% van het landoppervlak van de aarde (n.l. het land tussen 60° N.B. en 56° Z.B.) gedetailleerd in kaart is gebracht, moet in de loop van 2002 leiden tot uitgewerkte kaarten. Het project, waarvoor de gegevens werden verzameld gedurende een vlucht van een spaceshuttle in februari 2000, is een samenwerkingsverband tussen de NASA en het Amerikaanse Ministerie van Defensie. Ook het Duitse Ruimtevaartcentrum en het Italiaanse Bureau voor Ruimtevaart leveren hieraan overigens een bijdrage.

Voor laaglandgebieden zoals Nederland is het karteringsproject wellicht niet zo interessant. In de eerste plaats niet omdat op de te produceren kaarten hoogteverschillen van minder dan acht meter niet zichtbaar zullen zijn; in de tweede plaats niet omdat veel laaglandgebieden al gedetailleerd in kaart zijn gebracht. Voor ontoegankelijker gebieden, en ook voor andere gebieden buiten de geïndustrialiseerde wereld, zullen de nieuwe kaarten waarschijnlijk echter veel gedetailleerder zijn dan de bestaande kaarten.

Een van de doelstellingen van het project is om hiermee meer gegevens te verzamelen over gebieden van wetenschappelijk belang. Zeker in berggebieden speelt daarbij geofysica een belangrijke rol. Daarom zijn juist geofysici er zeer op gebrand om de nieuwe kaarten (waarvan de eerste in de lente van 2002 beschikbaar zou komen) in handen te krijgen. Ze leken er echter langer op te zullen moeten wachten dan aanvankelijk de bedoeling was. Het National Imagery and Mapping Agency van het Amerikaanse Ministerie van Defensie besloot namelijk na de aanslag op de Twin Towers in New York (11 september) om de vrijgave van de kaarten uit te stellen. Als reden daarvoor noemde het ministerie niet nader omschreven bezorgdheid met betrekking tot de veiligheid.

Op 5 december volgde echter alweer een mededeling dat de kaarten wel vrijgegeven zullen worden, althans voor zover ze de Verenigde Staten weergeven. De reden voor die plotseling veranderde opstelling was het inzicht dat de desbetreffende gegevens in feite toch al op vrijelijk verkrijgbare kaarten beschikbaar waren. Hoe het zit met de - voor geofysici veel interessantere - gebieden buiten de Verenigde Staten, is nog onduidelijk.

Referenties:

• Knight, J., 2001. Map data kept under wraps as Pentagon focuses on security. Nature 414, p. 831-832.

199 Vroege cyanobacteriën weerstonden sterke UV-straling Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Blauwwieren (eigenlijk geen echte wieren, daarom wetenschappelijk vaak aangeduid als cyanobacteriën), bestaan al zeker zo’n 2,5 miljard jaar. Ze hebben in het verre verleden van de aarde kunnen overleven ondanks de toen zeer sterke ultraviolette straling. Die straling was destijds zo sterk omdat er nog geen zuurstofrijke atmosfeer was die voor afscherming zorgde. Veel blauwwieren ontliepen de sterke UV-straling doordat ze leefden in diep water, dat wel een goede afscherming tegen de straling bood. Er zijn inmiddels echter steeds meer duidelijke aanwijzingen gevonden (in de vorm van fossiele algenmatten en vergelijkbare structuren) dat de blauwwieren destijds ook in zeer ondiepe wateren leefden, die mogelijk zelfs af en toe droogvielen.


CYANOBACTERIE ANABAENA SHCEREMETIEVI 400x

Een groep onderzoekers van de Universiteit van Leeds heeft daarvoor een verklaring gevonden. Ze isoleerden blauwwieren uit een hete bron op IJsland, en plaatsten die in een oplossing die rijk was aan ijzer en silica. Al spoedig bleken zich een soort korstjes van met ijzer verrijkt silica rondom te cellen te vormen. Vervolgens werd de kweek blootgesteld aan ultraviolette straling met - naar de onderzoekers menen - ongeveer dezelfde intensiteit als de UV-straling die het aardoppervlak 2,5 miljard jaar geleden bereikte. Bij een dergelijke intensiteit houden recente blauwwieren onder normale omstandigheden op te functioneren. De 'omkorste' cellen bleken ondanks de blootstelling aan de sterke UV-straling toch te blijven groeien, en ook bleef fotosynthese plaatsvinden. Uit een analyse van diverse parameters, waaronder de mate waarin de fotosynthese bleef plaatsvinden en het gehalte aan een bepaald soort bladgroen (chlorofyl-a) dat de cellen bevatten, bleek een opmerkelijke resistentie van de omkorste cellen tegen de straling, zeker in vergelijking met 'gewone' cellen.

Uit een andere hete bron op IJsland verzamelden de onderzoekers vergelijkbare ijzersilicamineralen als ze rondom de door hen gekweekte blauwwieren hadden aantroffen; die mineralen waren, zo was al bekend, ter plaatse gevormd door de activiteit van microorganismen. Van deze mineralen sneden de onderzoekers dunne plakjes (150-250 micrometer); die bleken eveneens een zeer grote hoeveelheid UV-licht te absorberen (de absorptie van UV-straling was een orde van grootte hoger dan de absorptie van het voor fotosynthese noodzakelijke licht).

Uit deze experimenten blijkt dat zogeheten biomineralisatie (het vormen van minerale materialen door levende wezens) primitieve organismen een effectief afweermechanisme biedt tegen sterke UV-straling. Dit mechanisme geeft dus een goede verklaring waarom de vroege blauwwieren op aarde konden leven in ondiep water, ondanks het feit dat ze daar aan intense UV-straling waren blootgesteld.

Referenties:

• Phoenix, V.R., Konhauser, K.O., Adams, D.G. & Bottrell, S.H., 2001. Role of biomineralization as an ultraviolet shield: implications for Archean life. Geology 29, p. 823-826.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Cyanobacteriën weerden UV-straling af met ijzerkorstjes' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (6 november 2001).

Afbeelding uit: http://www.cybersciences.com/cyber/3.0/n2024.asp

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl