NGV-Geonieuws 26

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 235 Bloeiende plant gevonden van 216 miljoen jaar oud
• 236 Door broeikaseffect neemt daglengte (iets) toe
• 237 Omstreden plan om mangaanknollen uit diepzee te winnen
• 238 Duingebied bij Castricum herbergt innovatieve ploegsporen uit IJzertijd
• 239 Convectie in aardmantel noodzakelijk voor ontstaan en voortbestaan van het leven

  << Vorige uitgave: 25 | Volgende uitgave: 27 >>

235 Bloeiende plant gevonden van 216 miljoen jaar oud Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Bloeiende planten zijn nu onontbeerlijk voor tal van ecosystemen. Dat is natuurlijk in het geologische verleden anders geweest, al is het alleen maar omdat de landplanten pas veel later ontstonden dan het leven in zee. Na de inslag van een hemellichaam op de grens Krijt/Tertiair verscheen er in korte tijd een enorme hoeveelheid bloeiende planten. Charles Darwin noemde de plotselinge verscheidenheid al een raadsel. Dat is alleen te verklaren door aan te nemen dat er ook voor die inslag al bloeiende planten bestonden, maar dat ze pas in het Tertiair de mogelijkheid kregen om zich te ontwikkelen.


ARCHAEFRUCTUS SINENSIS

Een team van Chinese en Amerikaanse onderzoekers heeft nu in China een bloeiende plant gevonden van minimaal 124,6 miljoen jaar oud. Het feit dat het een bloeiende plant moet zijn geweest blijkt niet uit de vondst van de bloemen zelf, maar uit de aanwezigheid van zaaddozen, waarvan enkele zelfs nog (gefossiliseerd) zaad bevatten. Uit de verdere eigenschappen van de plant, die de naam Archaefructus sinensis (oude vrucht uit China) heeft gekregen, blijkt dat het gaat om een plant die enigszins verwant moet zijn aan de waterlelie. Zo mooi was hij echter zeker niet: een van de betrokken Amerikaanse onderzoekers, David Dilcher van het Museum of National History in Florida, spreekt zelfs van 'een niet erg opzichtige plant'.


RECONSTRUCTIE ARCHAEFRUCTUS SINENSIS

De vondst werd gedaan in de Formatie van Yixian in de provincie Liaoning (noordoost China), waaruit ook tal van andere opzienbarende fossielen zijn gekomen, zoals dinosaurussen met min of meer duidelijke veren. Dat duidt op bijzondere omstandigheden, waardoor tal van details van de in het gesteente opgenomen fossielen zijn bewaard. Zo toont de gevonden plant niet alleen zaaddozen, maar tal van andere kenmerken waaruit is op te maken dat hij een kruidachtige stengel had die topzwaar moet zijn geweest. Zo’n situatie is moeilijk voor te stellen op het land; het ligt daarom op grond van deze structuur voor de hand dat het om een waterplant ging. Een bijna doorslaggevend argument daarvoor is dat vlak bij de plant ook afdrukken van vissen zijn aangetroffen. Het is echter zeker dat het niet gaat om een zee; het moet daarom een meer zijn geweest waarin de plant leefde.

Volgens plantkundigen kan deze vondst veel opheldering verschaffen over de vroege angiospermen. Het waren in het begin waarschijnlijk allemaal kruidachtige planten. Dat gaf hun een voorsprong op andere planten, omdat kruidachtige gewassen relatief snel groeien en zich eerder voortplanten dan andere zaadplanten doen.

Referenties:

• Stokstad, E., 2002. Fossil plant hints how first flowers bloomed. Science 296, p. 821.
  
• Sun, G., Ji, Q., Dilcher, D.L., Zheng, S., Nixon, K.C. & Wang, X., 2002. Archaefructaceae, a new basal angiosperm family. Science 296, p. 899-904.

Afbeeldingen zijn beschikbaar gesteld door D.L. Dilcher en gemaakt door David Dilcher, Sun Ge en Ji Qiang. De recontructie is van Korina Simmons en David Dilcher.

236 Door broeikaseffect neemt daglengte (iets) toe Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Onderzoekers van het Koninklijk Observatorium en van de Katholieke Universiteit in Leuven hebben met behulp van computermodellen berekeningen uitgevoerd om het effect te bepalen dat de stijgende koolzuurgasconcentratie in de atmosfeer heeft op de lengte van de dag. Ze gingen daarbij uit van een jaarlijkse stijging van de hoeveelheid koolzuurgas met 1%, waardoor die in 70 jaar zal zijn verdubbeld.

Door de stijging van de concentratie van koolzuurgas in de atmosfeer, neemt de temperatuur geleidelijk toe (broeikaseffect). Dat heeft weer gevolgen voor de stromingen in de atmosfeer en in de oceaan. Die stromingen zorgen er, samen met de getijden, voor dat de aarde niet als een massieve bol om zijn as draait; ze hebben invloed op het zogeheten hoekmoment, dat bepaalt hoe snel de aarde om haar as draait. Veranderende lucht- en oceaanstromingen zorgen daarom, net als de getijden ervoor dat de aarde niet altijd met precies dezelfde snelheid draait.

De snelheid waarmee de aarde om haar as draait, bepaalt de lengte van de dag. Met moderne apparatuur is die te meten met een nauwkeurigheid van ongeveer 10 microseconden (een honderdduizendste deel van een seconde). De schommelingen in de daglengte zijn aanzienlijk geringer, en dus niet direct te meten.

Niettemin kan op basis van computermodellen berekend worden wat de invloed van de door opwarming veranderende circulatiepatronen is op de lengte van de dag. De onderzoekers komen tot de conclusie dat de daglengte hierdoor jaarlijks gemiddeld zal toenemen met een tijd in de orde van grootte van 1,1 microseconde (mogelijk, volgens een van de 14 gebruikte modellen, zelfs 4,4 microseconde). Dat lijkt niet veel, en het is ook niet direct meetbaar, maar de onderzoekers verwachten dat het op iets langere termijn wel degelijk meetbaar zal zijn. Aan het eind van deze eeuw zal een dag volgens hen gemiddeld 0,00011 seconde langer duren dan nu, en dat is wel goed meetbaar.

Referenties:

• Viron, O. de, Dehant, V., Goosse, H. & Crucifix, M., 2002. Effect of global warming on the length-of-day. Geophysical Research Letters 29, 10.1029/2001GL013672, 4 pp.

237 Omstreden plan om mangaanknollen uit diepzee te winnen Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Tot de grootste voorkomens van mangaan (en diverse andere elementen, waaronder vooral kobalt, nikkel, koper en ijzer) ter wereld behoren de mangaanknollen die op diverse plaatsen op de diepzeebodem liggen. Ze groeien daar langzaam aan; of ze ook dieper in het diepzeesediment voorkomen, is vooralsnog onduidelijk. De bekende voorkomens bevatten echter zulke gigantische hoeveelheden mangaan dat er al tientallen jaren wordt gestudeerd op mogelijkheden om deze reserves economisch te exploiteren. Overigens ondervinden dergelijke pogingen ook veel weerstand van milieugroeperingen, die menen dat exploitatie - op welke wijze die ook zou plaatsvinden - een ernstige aanslag zou betekenen op de ecosystemen in de diepzee. Tot nu toe is het echter vooral bij bureaustudies gebleven: de technische problemen zijn zeer groot, en de kosten zijn zo mogelijk een nog grotere hinderpaal.

India, dat een groot tekort heeft aan enkele van de metalen die in grote hoeveelheden in mangaanknollen voorkomen, heeft de rechten op exploitatie aangevraagd van een gebied van ca. 150.000 vierkante kilometer in de Indische Oceaan, zo’n 2000 km vanuit de kust. De daartoe bevoegde instantie, de International Seabed Authority, heeft inmiddels het exclusieve recht toegekend. India hoopt hiermee toegang te krijgen tot de rijkdommen uit dit gebied, die geschat worden op ruim 200 miljard euro.

Onderzoekers van het Nationaal Instituut voor Oceanografie in Goa zijn sterk tegen het project gekant. Op basis van hun onderzoek zijn ze tot de conclusie gekomen dat er bij het winnen van de knollen altijd veel sediment van de zeebodem mee 'gevangen' zal worden. Het terugstorten daarvan in zee zien ze als een grote bedreiging voor het ecologisch evenwicht.

Deze bezwaren moeten serieus worden genomen, want het onderzoek heeft plaatsgevonden in de vorm van een soort proef. Daarbij werd op een diepte van 5500 m sediment met een totaalgewicht van 580 ton 'gewonnen'. Dat materiaal werd op 5 m boven de zeebodem weer losgelaten. Dat gebeurde in 1997, en sindsdien hebben de onderzoekers de 'wolk' sediment gevolgd en de effecten daarvan op het ecosysteem in kaart gebracht. In een deze lente uitgebracht rapport stellen ze dat 'merkbare veranderingen zijn waargenomen in de fysische en biochemische eigenschappen' van het gebied. Zo is de sedimentwolk inmiddels ruim twee kilometer ver weggezweefd (en nog niet tot rust gekomen), en zijn de aantallen bacteriën en hogere diersoorten in het gebied teruggelopen. Volgens de onderzoekers zouden de effecten nog veel ernstiger zijn indien bij de exploitatie het meeopgehaalde slib, zoals te verwachten is, vanaf het zeeoppervlak wordt teruggestort.

De Indiase regering lijkt echter te willen doorzetten. Er is inmiddels zo’n 50 miljoen euro besteed aan onderzoek van het te exploiteren gebied, er is een schip gekocht, en er wordt speciale apparatuur voor het omhooghalen van de mangaanknollen ontwikkeld.

Referenties:

• Jayaraman, K.S., 2002. Deep-sea nuggets prove irresistible to Indian miners. Nature 417, p. 212.

238 Duingebied bij Castricum herbergt innovatieve ploegsporen uit IJzertijd Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Het zogeheten toekerende ploegen (de methode van ploegen waarbij een lange streep grond in één keer geheel ondersteboven wordt gekeerd) stamt niet, zoals tot nu toe algemeen aangenomen uit de tijd van Karel de Grote, maar werd reeds in de Midden-IJzertijd toegepast. Dat blijkt uit uitzonderlijk fraai bewaard gebleven ploegsporen die de boeren die omstreeks 400 voor Christus het huidige duingebied nabij Castricum bewoonden, hebben achtergelaten.


NIVEAU MET ZODEKERENDE PLOEGSPOREN PUT CASTRICUM

De ploegsporen zijn korte tijd zichtbaar geweest in de wanden van een soort bouwput die in maart was ontstaan doordat het Provinciaal Waterbedrijf Noord-Holland een waterverdeelstation uit bedrijf had genomen en dat vervolgens ook verwijderde. Deze 'bouwput' had wanden waarin diverse akker- en cultuurlagen te zien waren, onderling gescheiden door lagen van stuifzand; dit pakket werd in de put afgedekt door de zogeheten Jonge Duinen, die zich na omstreeks 1250 ontwikkelden. De bouwput van aanzienlijke grootte is door zowel aardwetenschappers als archeologen nauwkeurig onderzocht om een beter inzicht te krijgen in de ontwikkeling van dit gebied, waar omstreeks 2000 v.Chr. nog een open zeegat lag; duizend jaar later was de opening sterk vernauwd, en zo’n honderd jaar na het begin van onze jaartelling was het estuarium ter plaatse in ieder geval reeds geheel afgedamd. Omstreeks 900 n.Chr. had zich zelfs een grote strandwal ter plaatse ontwikkeld, waardoor de directe toegang tot Amsterdam vanuit de Noordzee definitief onmogelijk werd - totdat het Noordzeekanaal werd gegraven.

De afwisseling van zwarte akkerlagen en heldere (lichtgelige) stuifzanden in de bouwput maakte het mogelijk om de bodemverstoringen ten gevolge van het ploegen tot in detail te zien. Het duidelijkste ploegniveau betreft namelijk een fase waarin duinzand over een akkerland begon te stuiven. De bij het ploegen gevormde zoden, waarvan het onderste deel oorspronkelijk bestond uit een zwarte akkerbodem en het topdeel uit licht duinzand, liggen nu omgekeerd, waardoor parallel aan elkaar gelegen lichte banen in de zwarte akkerbodem te zien zijn.

Het ploegen vond kennelijk plaats op een moment dat de akker ondergestoven begon te worden door duinzand dat als een tong werd afgezet voor een duin dat zich - onder invloed van de overheersende westenwind - langzaam naar het oosten verplaatste. De afwisseling van cultuurlagen en stuifzanden wijst erop dat dit proces van duinvorming dat leefgemeenschappen dreigde te bedelven, zich herhaaldelijk heeft afgespeeld. Dat gebeurde trouwens ook elders in het duingebied aan de oostzijde van de Noordzee. De sporen die daarvan in de loop der tijd zijn aangetroffen, wijzen erop dat het hele duingebied vanaf de IJzertijd bewoond moet zijn geweest, al is dat waarschijnlijk niet overal gelijktijdig en continu het geval geweest. Maar landbouw werd op betrekkelijk grote schaal bedreven, zij het uiteraard met eenvoudige hulpmiddelen. Daarvan getuigen ook de talrijke sporen van spitwerk, die zowel in de 'bouwput' bij Castricum als op vele plaatsen elders in het duingebied langs de Noordzee zijn aangetroffen.

Referenties:

• Loon., A.J. van, gebaseerd op eigen veldwaarneming met Sedimentologische Kring KNGMG.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Duingebied herbergt sporen agrarische innovatie in IJzertijd' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (30 maart 2002).

Afbeelding beschikbaar gesteld door A.J. van Loon

239 Convectie in aardmantel noodzakelijk voor ontstaan en voortbestaan van het leven Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

De vroege grootschalige tektoniek van de aarde blijkt van grote invloed te zijn geweest op de evolutie van de biosfeer. De aardwetenschappers John Lindsay (Australian National University) en Martin Brasier (Oxford University) concluderen op basis van nieuwe gegevens dat het uiteindelijk schollentektoniek was die de ontwikkeling van onze biosfeer mogelijk maakte.

Ze komen tot die conclusie op basis van onderzoek van kalksteenpakketten uit West-Australië die tussen 2,6 en 1,9 miljard jaar geleden werden gevormd. Ze analyseerden onder meer de verhouding tussen de koolstof-isotopen C-12 en C-13. Omstreeks 2,6 miljard jaar geleden was deze verhouding, net als in de periode vanaf 1,8 miljard jaar geleden, constant. Dat duidt op een stabiele koolstofbalans, maar ook op het feit dat fotosynthese toen een belangrijke parameter was binnen de biosfeer. Tussen 2,5 en 1,9 miljard jaar geleden daarentegen fluctueerde de 12C/13C-verhouding nogal, met uitschieters naar zowel hoge als lage waarden; zo was er omstreeks 2,2 miljard jaar geleden een grote uitschieter.

Opvallend is dat de onderzochte kalkstenen omstreeks 2,6 miljard jaar geleden werden gevormd op een groot, stabiel massief (craton) met passieve randzones, en dat de toen heersende evenwichtssituatie met betrekking tot de koolstofbalans verdween toen ook het stabiele karakter van het massief verdween. De 12C/13C-verhouding begon namelijk te fluctueren op hetzelfde moment dat twee cratons naar elkaar toe begonnen te bewegen. De botsing van de continenten leidde tot een belangrijke fase van gebergtevorming, die samenhing met het diep wegschuiven van continentale pakketten (met veel C-12) onder andere aardschollen, zoals dat ook nu door continentverschuiving plaatsvindt. De oceanen werden daardoor relatief verrijkt aan C-13. De onderzoekers stellen dat er aanwijzingen zijn dat soortgelijke, gelijktijdig optredende processen ook eerder in de aardgeschiedenis zijn voorgekomen.

Op basis hiervan komen ze tot de hypothese dat de belangrijke fluctuaties in de 12C/13C-verhouding die in de aardgeschiedenis zijn voorgekomen, samenhangen met perioden waarin grote verschuivingen plaatsvonden van de aardschollen die de oude kernen van de continenten 'op hun rug' meedragen. Dergelijke perioden van sterke bewegingen van deze schollen staan in verband met het convectiepatroon in de aardmantel.

Dit betekent volgens de onderzoekers dat zonder de grote convectiestromen in het inwendige van de aarde - die zijn gebaseerd op de vervalwarmte van radioactieve isotopen - de ontwikkeling van de biosfeer met een gelijkblijvende hoeveelheid koolstof, onmogelijk is. De enorme aantallen afstervende organismen die in de ondiepe zeeën langs de randen van de continenten leven, bezinken immers na hun dood. Op de zeebodem worden ze onder nieuwe sedimenten begraven, waardoor hun koolstof aan de koolstofkringloop wordt onttrokken. Door de continentverschuiving komt deze koolstof weliswaar eerst door neergaande convectiestromen diep in de aardkorst of aardmantel terecht, maar later komt die weer via opstijgende convectiestromen terug in de biosfeer. Convectiestromen, die bij grote activiteit - door de selectieve verwijdering van C-12 - zorgen voor een afwijkende 12C/13C-verhouding in het oceaanwater, zijn dus essentieel voor de recycling van de voor het leven noodzakelijke koolstof. De onderzoekers tekenen daarbij aan dat deze relatie tussen de koolstofbalans en de vervalwarmte van radioactieve isotopen in een hemellichaam fundamentele implicaties heeft voor het leven als zodanig: op planeten die onvoldoende groot zijn om op vervalwarmte gebaseerde convectiestromen op te wekken, zal meercellig leven zich waarschijnlijk nooit hebben kunnen ontwikkelen. Daarnaar hoeft dan ook volgens hen niet te worden gezocht op Mars. Onderzoek daarnaar is recent weer in de belangstelling gekomen door de vondst van (waarschijnlijk grote) hoeveelheden ijs in de ondiepe ondergrond van de rode planeet.

Referenties:

• Lindsay, J.F. & Brasier, M.D., 2002. Did global tectonics drive early biosphere evolution? Carbon isotope record from 2.6 to 1.9 Ga carbonates of Western Australian basins. Precambrian Research 114, p. 1-34.

N.B.: een iets afwijkende versie van dit bericht werd onder de titel 'Biosfeer dankt zijn bestaan aan convectie in aardmantel' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap & Onderwijs' van NRC Handelsblad (6 april 2002).

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl