NGV-Geonieuws 55

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift

• 380 Diepe 'riffen' in noorden van Atlantische Oceaan
• 381 Aardkern mogelijk niet op aarde gevormd
• 382 Enorme aardverschuiving in Tibet loopt goed af
• 383 Aardwarmte? Aardhitte!
• 384 Indiase schol schuift 400 km diep onder Himalaya’s

  << Vorige uitgave: 54 | Volgende uitgave: 56 >>

380 Diepe 'riffen' in noorden van Atlantische Oceaan Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

In het noorden van de Atlantische Oceaan komen op 500-1200 m diepte grote heuvels voor langs de randen van de Rockall-Trog. Ze kunnen een hoogte van zo’n 300 m bereiken, en de grootste zijn aan hun basis zo’n 5 km in doorsnede. Dat is vastgesteld door geofysisch onderzoek, waarbij ook drie Nederlanders van het Koninklijk Nederlandse Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) waren betrokken. Bij het onderzoek werden ook soortgelijke heuvels ontdekt die inmiddels door jongere afzettingen zijn begraven. Monsters tonen aan dat het gaat om heuvels die zijn opgebouwd uit kalkmodder en dat op hun top diepwaterkoralen leven met een daarmee geassocieerde fauna zoals sponzen. De koralen en sponzen groeien soms op stenen die ter plaatste terecht zijn gekomen doordat afsmeltende ijsbergen er meegevoerd materiaal dumpten. De heuvels zelf worden door deskundigen beschouwd als het minst begrepen type rif, al kan er over worden gestreden of het werkelijk riffen zijn.


ZEELELIES OP EEN RIF AAN DE ZW ZIJDE VAN DE ROCKALL-TROG

Dergelijke heuvels van kalkmodder in diep water kwamen in het geologische verleden (tot ca. 65 miljoen jaar geleden) tamelijk veel voor, maar sindsdien is het een zelden voorkomend fenomeen. Een gebiedje bij de Bahama’s gold lang als het enige hedendaagse (maar veel kleinere) voorkomen. In de laatste jaren zijn er bij de offshore exploratie van olie en gas nog enkele voorkomens gevonden, en dat heeft geleid tot diverse hypotheses over hun ontstaan. De meest gangbare theorie is dat de heuvels zijn ontstaan door het opborrelen (en daarbij meesleuren van kalkmodder) door uit de zeebodem ontsnappend gas, gewoonlijk methaan. Het zou dan dus om een soort moddervulkanen gaan (die later de kern gingen vormen van rifachtige structuren). Die verklaring gaat echter geheel niet op voor de heuvels die door het team onder leiding van prof. Van Weering zijn gevonden; er is namelijk geen spoor van ontsnappend gas aangetroffen. Bovendien is zo’n verklaring moeilijk te rijmen met de precieze ligging van de heuvels (soms in rijen die vrijwel parallel aan de trog lopen), die soms wel en soms niet voorkomen op plaatsen die verder ogenschijnlijk identiek zijn. Bij het ontstaan van deze uitzonderlijk grote heuvels moeten dus zeer locale factoren een rol hebben gespeeld.

Monsters, foto’s en video-opnames hebben de onderzoekers er van overtuigd dat de heuvels een aantal hardere, korstachtige niveaus bevatten, zoals dat ook bij het hedendaagse equivalent op de Bahama’s het geval is. Die niveaus zijn volgens hen in een eerste fase gevormd, doordat carbonaten de bovenste delen van oorspronkelijk uit kalkmodder bestaande opeenhopingen aan elkaar kitten. Die harde toplagen vormden dan een goed substraat voor koralen en andere organismen. Tussen die rifachtige fauna zette zich weer kalkmodder af (met een snelheid van gemiddeld 6 mm per eeuw), waarna opnieuw een korst werd gevormd die weer als substraat voor een nieuwe fauna diende. Dit proces kon zich diverse malen herhalen (de laatste fase speelde zich waarschijnlijk gedurende het Plioceen-Holoceen af), wat de grote omvang van de diepwaterheuvels verklaart, evenals het huidige voorkomen van koudwaterkoralen op die heuvels. Overigens komen er op deze 'riffen' ook prachtige zeelelies (crinoïden) voor.

Referenties:

• Weering, T.C.E. van, Haas, H. de, Sligter, H.C. de, Lykke-Andersen, H. & Kouvavev, I., 2003. Structure and development of giant carbonate mounds at the SW Rockall Trough margins, NE Atlantic Ocean. In: Weering, T.C.E. van, Dullo, W.-C. & Henriet, J.P. (eds.): Geosphere-biosphere coupling: cold seep related carbonate and mound formation and ecology. Marine Geology 198, p. 67-81.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Atlantische Oceaan bevat in het noorden rifachtige heuvels' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (16 augustus 2003).

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Tjeerd C.E. van Weering (NIOZ)

381 Aardkern mogelijk niet op aarde gevormd Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Volgens astronomen (die dat nu eenmaal beter kunnen weten dan geologen) werd bij de planeten van ons zonnestelsel al in de eerste 30 miljoen jaar een scheiding gemaakt tussen aardkern en aardmantel (op de buitenzijde van de mantel zou zich later, door afkoeling en verdere differentiatie, de aardkorst vormen). Die differentiatie tussen kern en mantel zou een min of meer logisch gevolg zijn geweest van de manier waarop de aarde (maar bijv. ook Mars) zou zijn ontstaan: ontstaan door het samenklonteren vanuit gas- en stofwolken tot lichamen (planetesimalen) van enkele kilometers in doorsnede, die zich vervolgens - onder invloed van hun onderlinge aantrekking en door onderlinge botsingen - verenigden tot hemellichamen met een doorsnede van duizenden kilometers.

De maan ontstond door een botsing van een object met de proto-aarde. Deze beide grote hemellichamen moeten toen al een metalen kern hebben gehad. Maar kennelijk hadden niet alle planetesimalen een metalen kern. Uit meteorieten wordt afgeleid dat er planetesimalen van tientallen tot honderden kilometers in doorsnede moeten zijn geweest die niet of nauwelijks gesmolten waren, en waarin zich dus geen metalen kern en een meer silicaatrijke mantel door differentie hadden gevormd. Dat doet de vraag rijzen of opsmelting wel voor alle vroege hemellichamen kan worden beschouwd als het proces dat scheiding tussen (zware) kern en (lichtere) mantel mogelijk maakte.

De smeltpunten voor legeringen van ijzer, nikkel, zwavel en zuurstof (900-1000 °C) liggen lager dan die voor de meeste silicaten (1100-1400 °C). Als bij temperatuurstijging van een planetesimaal smelting optreedt, zullen dus eerst de metalen smelten, en het ligt niet zonder meer voor de hand dat de ongesmolten silicaten dan naar buiten gedreven worden. Japanse onderzoekers hebben laboratoriumproeven uitgevoerd om na te gaan onder welke omstandigheden zo’n differentiatie toch kan optreden. Die proeven vonden plaats bij hoge temperatuur (1200-1300 °C) en druk (3 Gpa), overeenkomend met de omstandigheden die nu op aarde heersen op 100 km diepte (700 km op de maan).

De ingewikkelde proeven leidden tot de conclusie dat differentiatie tussen kern en mantel al plaatsvindt wanneer een aangroeiend hemellichaam zoals een planetesimaal een diameter heeft van 50-100 km. Dat zou betekenen dat de 'aardkern' niet op aarde is ontstaan, maar dat de planetesimalen waaruit de aarde ontstond elk al een kern en een mantel hadden. Die kernen moeten zijn ontstaan door een soort druppelsgewijze concentratie van gesmolten metaal dat zich via een iets permeable silicaatmassa binnenin concentreerde. Opsmelting is dus niet noodzakelijk (dat verklaart ook waarom sommige meteorieten afkomstig lijken te zijn van planetesimalen die nooit opgesmolten zijn geweest).

Dat bij de onderlinge botsingen van planetesimalen de kernen zich konden verenigen is niet zo verbazingwekkend. Toch roept ook deze ontstaanswijze van kern en mantel vragen op, want er zijn betrekkelijk grote hemellichamen (zoals Ceres) die niet zijn opgedeeld in kern en mantel.

Referenties:

• Minarik, B., 2003. The core of planet formation. Nature 422, p. 126-128.
  
• Yoshino, T., Walter, M.J. & Katsura, T., 2003. Core formatioin in planetesimals triggered by permeable flow. Nature 422, p. 154-157.

382 Enorme aardverschuiving in Tibet loopt goed af Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Op 9 april 2000 kwam langs de Zhamu-kreek in het zuidoosten van Tibet een massa stenen en sneeuw omlaag met een gezamenlijk volume van ongeveer 300 miljoen m³. De op een na grootst bekende aardverschuiving uit historische tijden (grote aardverschuivingen komen in Tibet overigens vaak voor). Bij de verschuiving kwam een wigvormig gesteentepakket van meer dan 100 miljoen m³ in beweging. In slechts tien minuten gleed de massa vanaf het beginpunt op 5520 m hoogte, over een afstand van 8 km, naar de dalbodem op 2190 m hoogte. Het afglijden gebeurde al direct heel snel (14 m/s) omdat de gesteenten op de plaats van oorsprong evenwijdig aan de bergwand waren gelaagd. Het snel afschuivende pakket nam los gesteente, ijs en sneeuw mee (in totaal ook zo´n 100 miljoen m3), steeds de kreek volgend, die daar gemiddeld 30° helde. De massa botste tegen de dalwand op in de benedenloop, waardoor nog eens 110 miljoen m3 in beweging kwam. Het mengsel van steen en sneeuw veranderde tenslotte in een soort modderstroom, die pas in de Yigong (de rivier waarin de Zhamu-kreek uitmondt) tot rust kwam.


DE DAM IN DE YIGONG

Door de enorme massa steen en modder die in het dal van de Yigong terecht kwam, werd deze rivier volledig geblokkeerd door een natuurlijke dam van 60-100 m hoog, en van 2200-2500 m breed. Hierdoor ontstond een natuurlijk stuwmeer waarvan het waterniveau in 62 dagen steeg met 54 m. Doorbraak van de dam zou de levens bedreigen van ongeveer 4000 mensen. Daarom werd besloten het meer gecontroleerd te laten leeglopen door het graven van een geul bovenin de dam. De geul, van een kilometer lang en 24,1 m diep, werd voltooid op 3 juni, na het afgraven van 1,36 miljoen m³ stenen en grond. Het nog steeds stijgende water in het meer brak op 10 juni, via de geul, door de dam heen, waarbij de geul snel zo diep werd uitgeschuurd dat de bodem ervan vrijwel op gelijke hoogte kwam met de dalbodem van de Yigong.

Hierdoor ging de drainage van het meer snel. Op 11 juni werd bij de Tongmai-brug, 17 km stroomafwaarts, een afvoer gemeten van maximaal 120.000 m3 per seconde; het water stond toen 32 m boven de brug! Vijf verder stroomafwaarts gelegen bruggen (van max. 40 jaar oud), tal van wegen en communicatiekabels werden verwoest, maar er vielen geen slachtoffers te betreuren. Op 12 juni was ongeveer 3 km³ water uit het meer weggestroomd en herinnerde vooral de diep (tot de oorspronkelijke rivierbedding) uitgeschuurde geul in de dam aan de serie gebeurtenissen. Hoe heftig en verwoestend de drainage van het meer ook plaatsvond, toch moet worden vastgesteld dat het graven van de geul een grote ramp (door het plotseling doorbreken van de dam) heeft voorkomen.

De onderzoekers komen tot de conclusie dat de aard van het terrein het voorkomen van grote aardverschuivingen onmogelijk maakt, en dat het voorspellen ervan met de huidige kennis nauwelijks mogelijk is. Het bewijs is echter geleverd dat technische ingrepen de anders vaak fatale gevolgen aanzienlijk kunnen verminderen.

Referenties:

• Shang, Y., Yang, Z., Li, L., Liu, D., Liao, Q. & Wang, Y., 2003. A super-large landslide in Tibet in 2000: background, occurrence, disaster, and origin. Geomorphology 54, p. 225-243.

N.B.: een iets afwijkende vorm van dit bericht werd onder de titel 'Ramp in Tibet na aardverschuiving op 't nippertje voorkomen' geplaatst in de bijlage 'Wetenschap en Onderwijs' van NRC Handelsblad (4 oktober 2003).

Afbeelding welwillend ter beschikking gesteld door Y. Shang, Geologisch en Geofysisch Instituut, Chinese Academie van Wetenschappen, Beijing (Volksrepubliek China).

383 Aardwarmte? Aardhitte! Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Vrijwel iedereen is ervan overtuigd dat we zo snel mogelijk toe moeten naar een maatschappij waar fossiele energiebronnen zoveel mogelijk worden vervangen door duurzame energiebronnen. Aardwarmte is daarvan een voorbeeld, maar projecten daarmee in Nederland zijn weinig succesvol, vooral omdat het water dat in de diepe ondergrond wordt aangetroffen niet zo heet is als voor commerciële toepassing nodig is.

Er zijn echter gebieden op aarde waar de omstandigheden aanzienlijk gunstiger zijn. Dat geldt bijv. voor het Cooper Bekken, dat 'in the middle of nowhere' (op zo’n 1000 km ten noorden van Adelaide) in Australië ligt. De geothermische gradiënt (d.w.z. de temperatuurstijging per 100 m omlaag) is er zeer hoog. Volgens Prame Chopra, van de Nationale Universiteit van Australië (in Canberra), is er - buiten vulkanische gebieden - geen streek op aarde waar de temperatuur op 3-5 km diepte zo hoog is. De gesteenten op die diepte bereikten temperaturen van boven de 250 °C!

Dat opent perspectieven voor commerciële exploitatie. Hoewel daaraan op talrijke plaatsen in Europa en Azië al meer dan 20 jaar wordt gewerkt (maar zonder commercieel succes), lijkt Australië met zo’n primeur te gaan strijken. Er is tenminste een maatschappij - Geodynamics - opgericht die van plan is om water omlaag te pompen om het door het gesteente in de diepte te laten omzetten in stoom die gebruikt kan worden om turbines aan te drijven die, via generatoren, elektriciteit opwekken.

Om dit doel te verwezenlijken moet er - om te beginnen - een injectiegat voor water worden geboord. Dat zou moeten gebeuren met hetzelfde type apparatuur als waarmee naar olie wordt geboord. De bedoeling is om een boring tot 4900 m diepte te zetten. Het gesteente op die diepte bestaat uit een 300 miljoen jaar oude graniet. Verwacht wordt dat bij het boren en de injectie van water voldoende scheuren in het gesteente zullen ontstaan om het geïnjecteerde water in contact te brengen met een grote oppervlakte aan heet gesteente. Dit kan overigens een handje worden geholpen door kleine springladingen tot ontploffing te brengen, waardoor in tal van richtingen kleine scheuren ontstaan. De boring zou al dit jaar gereed moeten zijn.

Volgens Prame Chopra, die bij het project is betrokken, zijn de vooruitzichten goed. Als het project slaagt, zou er zo genoeg warmte kunnen worden gewonnen om heel Australië gedurende enkele eeuwen van goedkope en schoon opgewekte elektriciteit te voorzien.

Referenties:

• Holden, C. (ed.), 2003. Hot spots in Oz. Science 301, p. 1319.

384 Indiase schol schuift 400 km diep onder Himalaya’s Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon

Wat er diep in de aarde gebeurt, kunnen we niet direct waarnemen. Er komen echter steeds meer technieken beschikbaar die het mogelijk maken om gegevens te verzamelen op basis waarvan de opbouw van de diepe ondergrond kan worden geïnterpreteerd. Op basis van die interpretaties kunnen dan weer hypotheses worden opgesteld over de processen die voor de huidige structuur van de diepe ondergrond verantwoordelijk zijn.


SCHEMATISCHE WEERGAVE VAN HET SUBDUCTIEPROCES EN DE OPWELLING VAN HEET MANTELMATERIAAL

Zo is in de vorige eeuw dankzij nauwkeuriger meetmogelijkheden (deels vanuit satellieten) dat de continenten inderdaad ten opzichte van elkaar bewegen: ze zitten als het ware 'op de rug' van aardschollen die door convectiestromen ten opzichte van elkaar verschuiven. Dankzij geofysische technieken weten we nu ook wat er gebeurt waar twee van dergelijke aardschollen tegen elkaar botsen: daar ontstaan gebergten (als een soort kreukelzone), maar bovendien duikt een van de twee aardschollen onder de ander weg. Hoe diep dat wegduiken (subductie) kan plaatsvinden, is lang niet geheel duidelijk geweest.

Ook hierbij bieden nieuwe technieken echter uitkomst. Zo is de mogelijkheid ontwikkeld om (net als in de geneeskunde) via de techniek van de tomografie een beeld te krijgen van de situatie op een bepaalde diepte; net alsof er even een dun schijfje van dat niveau tevoorschijn wordt gebracht. Die techniek is nu toegepast door een team dat zich vooral bezighoudt met onderzoek van de bovenste aardmantel.

Bij onderzoek naar de structuur onder de Himalaya’s (de kreukelzone die veroorzaakt is - en nog steeds intenser wordt - doordat de Indiase schol al zo’n 50-65 miljoen jaar tegen Azië opbotst met een snelheid van 4 cm per jaar) vond het team op deze wijze dat er onder dit gebergte (min of meer ter hoogte van Tibet) een gesteentemassa voorkomt met eigenschappen die afwijken van die van het omringende gesteente. Deze massa bevindt zich op een diepte van ca. 100-400 km en wordt door de onderzoekers geïnterpreteerd als materiaal uit de aardkorst dat door subductie van de Indiase schol onder de Euraziatische schol in de aardmantel terecht is gekomen. De subductie van zo’n groot stuk aardkorst past precies in het plaatje van de inkorting van de aardkorst ter plaatste als gevolg van het 'kreukelen'.

Een logische consequentie van de subductie van zoveel materiaal is dat er plaatselijk een tekort aan asthenosfeer ontstaat (de asthenosfeer is de min of meer plastische zone waartoe het bovenste deel van de aardmantel en het onderste deel van de aardkorst behoren). Volgens de onderzoekers wordt dat tekort gecompenseerd door het opwellen van (veel heter) materiaal uit de diepere mantel. Dat zou tegelijk de verklaring vormen voor het voorkomen in noord-centraal Tibet van een relatief warme mantel.

Referenties:

• Tilmann, F., Ni, J. & INDEPTH III Seismic Team, 2003. Seismic imaging of the downwelling Indian lithosphere beneath central Tibet. Science 300, p. 1424-1427.

Figuur welwillend ter beschikking gesteld door Frederik Tilmann, New Mexico State University, Las Cruces (USA).

Copyright © NGV 1999-2010
webmaster@geologischevereniging.nl