Inleiding
In dit e-book zijn al veel interessante geologische fenomenen langsgekomen. Toch zou ik het onderwerp van dit deel willen uitroepen tot het meest fascinerende. Dat kan te maken hebben met mijn eigen interesse voor zout, maar het terugzien van dagelijkse temperatuurschommelingen in een gesteente van meer dan 270 miljoen jaar oud is toch wel iets waardoor je je even ver terug in de tijd waant.
In dit hoofdstuk zal ik uitleggen hoe die ontdekking mogelijk was en waarom zij een probleem vormt voor de zondvloedgeologie. Ik focus daarbij op één specifieke studie (Benison & Goldstein 1999), hoewel ik er verschillende had kunnen gebruiken.
Creationisten over zout
Er zijn onder creationisten grofweg twee manieren om het ontstaan van zoutlagen tijdens de zondvloed te verklaren. Beide modellen zijn vooralsnog niet goed uitgewerkt, zodat er veel onduidelijkheden zijn over de details van de verschillende scenario’s. Ik ben dan ook niet van plan om in dit hoofdstuk deze modellen in detail te bespreken, maar ik zal ze kort benoemen.
Het eerste model is ontwikkeld door Stef Heerema en veronderstelt dat zoutlagen het resultaat zijn van vulkanische activiteit. Een uitgebreide bespreking van dit model vindt u hier. Het onderwerp van dit hoofdstuk is voor dit model het meest problematisch. Daarom zal ik vooral focussen op het tweede model, dat zoutlagen ziet als het product van hydrothermale activiteit. Dat kan op verschillende manieren. Zout kan neerslaan als zeer heet water met een grote hoeveelheid opgelost zout door een temperatuur- of drukvermindering zijn oplossend vermogen kwijtraakt. Andersom kan een temperatuurstijging er ook voor zorgen dat zeewater in de superkritische fase belandt, waarna er ook zout neerslaat. In ieder geval gaat het om water dat enkele honderden graden was, want onder normale oppervlakteomstandigheden kun je onmogelijk snel genoeg een zoutlaag vormen.
Vloeistofinclusies
Wanneer zout snel neerslaat, worden vaak grote hoeveelheden van het water waarin het zout zich bevond ingesloten. Dit water bevindt zich in kleine belletjes (inclusies) in het zout. Deze vloeistofinclusies zijn op verschillende manieren te onderscheiden van water dat na de vorming van de zoutlaag het zout is binnengedrongen. Figuur 9 van Benison en Goldstein (1999) laat dit goed zien. De primaire inclusies zijn vierkant, wat het resultaat is van de kristalvorm van haliet, terwijl secundaire inclusies onregelmatige druppelvormen hebben. De primaire inclusies liggen in banden evenwijdig aan de groeilijnen van het haliet, terwijl de secundaire inclusies deze groeilijnen doorbreken. Benison en Goldstein noemen ook verschillende manier om diagenese en vervorming van de inclusies uit te sluiten.
Vloeistofinclusies kunnen gebruikt worden om de temperatuur van het water op het moment dat de omliggende halietkristallen zich vormden. Dit gebeurt door inclusies met alleen vloeistof (en geen gas) af te koelen tot een deel van de inclusie overgaat in gasfase. Na opwarming wordt bepaald op welk moment dit gas weer oplost in het water. De temperatuur waarop dat gebeurt, wordt de homogenisatietemperatuur genoemd en moet ongeveer de oorspronkelijke temperatuur van de vloeistof zijn geweest. Roberts en Spencer (1995) hebben homogenisatietemperaturen van vloeistofinclusies in het zout van Death Valley vergeleken met gemeten watertemperaturen. De metingen bleken zeer goed met elkaar overeen te komen, ook als het zout pas werd verzameld in een periode waarin de watertemperatuur hoger lag dan ten tijde van de vorming.
Je kunt homogenisatietemperaturen niet zomaar gelijkstellen aan de oorspronkelijke vormingstemperatuur. De methode is het nauwkeurigst als atmosferische gassen maximaal zijn opgelost in het water. Dat betekent dat het water goed gemengd en/of zeer ondiep moet zijn.
Homogenisatietemperaturen zijn in creationistische modellen dus niet zomaar te gebruiken en kunnen
50
dus ook niet direct gebruikt worden als argument tegen deze modellen. De studie van Benison en Goldstein (1999) brengt daar echter verandering in.
Sedimentologie
Benison en Goldstein bestudeerden vloeistofinclusies in het zout van de Nippewalla Group uit het Perm in Kansas. Hierboven is al voor een deel beschreven hoe zij uitgebreid zijn nagegaan of zij te maken hadden met primaire of secundaire vloeistofinclusies. Op basis van een groot aantal criteria concludeerden zij dat de homogenisatietemperaturen van de bestudeerde vloeistofinclusies indicatief moeten zijn voor de oorspronkelijke watertemperatuur. Dit had ook alles te maken met de zoutlaag die zij bestudeerden.
De zoutlaag die onderdeel uitmaakt van de Nippewalla Group is geen dikke zoutlaag. Hij bevindt zich in een context van red beds, die doorgaans worden geïnterpreteerd als continentale afzettingen, wat ook bevestigd wordt door de aanwezigheid van plantenfossielen. Het zout zelf bevindt zich in een serie van karakteristieke cycli. Deze beginnen met een grijze, siliciklastische mudstone, vervolgens gelaagd anhydriet en daarna gelaagd haliet. Dit duidt op een toenemende zoutconcentratie, waarbij eerst gips en vervolgens haliet wordt afgezet. Het anhydriet bevat nog altijd de oorspronkelijke kristallisatievormen van gips en daarnaast zijn er ook desiccation cracks en golfribbels te zien. Deze duiden op ondiep water dat regelmatig droog kwam te staan.
Het haliet bevat ook verschillende kenmerken die duiden op afzetting in ondiep water.
Oplossingsoppervlakken met daarboven een modderlaagje duiden op periodes van overstroming, terwijl zoutkorsten duiden op periodes van opdroging. In het zout bevinden zich halietschuitjes die doorgaans worden gevormd door kristallen die op het oppervlak van het water blijven drijven, daar aangroeien en vervolgens door wind of golven naar de bodem zinken.
De belangrijkste kristallisatievorm is echter het chevronhaliet, dat bestaat uit lichte en donkere banden die in knikken van negentig graden lopen. Chevronhaliet vormt op de bodem van het bekken. De donkere banden bevatten veel vloeistofinclusies terwijl de lichte banden daar bijna helemaal vrij van zijn. Omdat de hoeveelheid vloeistofinclusies een indicatie is voor de snelheid van zoutafzetting, kan dit geïnterpreteerd worden als afwisselingen in de snelheid van zoutprecipitatie.
Temperaturen
De auteurs interpreteren de afzettingsomstandigheden van de zoutlaag van de Nippewalla Group als een zeer ondiepe zoutpan met een waterstand van ongeveer een meter. Als dat inderdaad zo is, kunnen de homogenisatietemperaturen van de vloeistofinclusies gebruikt worden om de watertemperatuur van deze zoutpan te berekenen. Dat hebben de auteurs dan ook gedaan. De homogenisatietemperaturen vielen in een mooie normaalverdeling tussen de 21 en 50 graden Celsius. Dat komt goed overeen met de watertemperaturen van zoutmeren en -pannen. Het wordt echter nog mooier, want de auteurs hebben nauwkeurig gekeken naar de positie van de vloeistofinclusies met paleotemperatuur in het chevronhaliet.
Zoals gezegd bestaat chevronhaliet uit geknikte donkere en lichte banden. De basis van iedere donkere band bevatte vloeistofinclusies met zeer hoge temperaturen. In de onderstaande figuur van Benison en Goldstein (1999) is bijvoorbeeld te zien hoe de temperatuur aan de basis van een donkere band ongeveer 50 graden is. Die temperatuur neemt sterk af, waarbij de temperatuur aan de top van de band ongeveer 24 graden is. In de lichte band neemt de temperatuur weer toe tot het maximum aan de basis van de volgende donkere band weer bereikt wordt. De donkere banden vertonen dus een afname in temperatuur en de lichte banden een toename. In Figuur 15 is dit voor meerdere samples te zien.
51
Bron: https://www.researchgate.net/publication/223899412_Permian_paleoclimate_data_from_fluid_inclusions _in_halite/figures?lo=1
Hoe kunnen deze schommelingen verklaard worden? Benison en Goldstein stellen een heel eenvoudige verklaring voor. Een couplet van een lichte en donkere band representeren samen één dag. ’s Ochtends, als het water nog relatief koel is, is de precipitatiesnelheid laag en wordt de witte band met weinig inclusies gevormd. ’s Middags, als de watertemperatuur op zijn hoogst is, versnelt de precipitatie en wordt de donkere band met veel inclusies gevormd. De gemeten temperaturen komen met dit scenario overeen. De banden zijn enkele honderden micrometers dik, wat goed overeenkomt met jaarlijkse precipitatiesnelheden van enkele centimeters.
Het probleem
Het probleem voor de zondvloedgeologie is dat alle gegevens perfect met elkaar overeenstemmen en leiden tot een beeld van een ondiepe natuurlijke zoutpan, waarin zout wordt gevormd met de snelheid van enkele centimeters per jaar. De sedimenten en fossielen onder en boven het zout wijzen op continentale omstandigheden. In het zout zelf zijn verschillende aanwijzingen van ondiep water:
golfribbels, desiccation cracks, zoutkorsten, oplossingsoppervlakken, halietschuitjes, enzovoorts. De homogenisatietemperaturen van de vloeistofinclusies komen goed overeen met de watertemperatuur in een zoutpan. De afwisselingen tussen hoge en lage temperaturen in het chevronhaliet wijzen op snelle dagelijkse afwisselingen in de watertemperaturen, wat ook weer wijst op zeer ondiep water.
Creationisten moeten voor al deze aanwijzingen andere verklaringen zoeken. Voorstanders van vulkanisch zout moeten de temperatuurschommelingen zien te verklaren in een heel andere context. Dat wordt problematisch, omdat de homogenisatietemperaturen niets met de oorspronkelijke temperatuur van de lava te maken kunnen hebben; daarvoor zijn ze veel te laag. Sowieso vereist dit model nog een goede verklaring voor letterlijk ieder aspect het zout van de Nippewalla Group dat ik hierboven genoemd heb.
Ook hydrothermaal zout lijkt geen goede verklaring voor deze zoutlaag. De paleotemperaturen wijzen op afzetting onder normale watertemperaturen en de temperatuurschommelingen zijn niet goed te verklaren in diep water. Ook de andere sedimentologische kenmerken van de zoutlaag zijn
52
problematisch. Daarnaast zouden dagelijkse temperatuurschommelingen onverenigbaar zijn met snelle zoutafzetting. Het gaat immers om veranderingen op de schaal van millimeters, terwijl creationisten verklaringen moeten zoeken waardoor tientallen meters zout per dag gevormd kan worden.
Schommelingen zichtbaar op millimeterschaal zouden dan enkele seconden moeten hebben geduurd.
De studie van Benison en Goldstein laat zien dat creationistische modellen voor het ontstaan van zoutlagen verklaringskracht missen. Alle sedimentologische kenmerken wijzen op een indampingsgeschiedenis in ondiep water. De gemeten homogenisatietemperaturen wijzen op enkele honderden micrometers zoutafzetting per dag, waarbij de dagelijkse temperatuurschommelingen bewaard zijn gebleven in het zout.
Referenties
Benison, K. C., & Goldstein, R. H. (1999). Permian paleoclimate data from fluid inclusions in halite. Chemical Geology, 154(1-4), 113-132.
Roberts, S. M., & Spencer, R. J. (1995). Paleotemperatures preserved in fluid inclusions in halite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(19), 3929-3942.
53