Inleiding
Waarom wonen veel mensen in vulkanisch actieve gebieden? Omdat de grond daar erg vruchtbaar is.
Tegelijkertijd zorgt een vulkaanuitbarsting ook voor een gevaarlijke situatie; niet alleen voor mensen, maar ook voor planten en dieren. Na iedere vulkaanuitbarsting is er dus een periode waarin het leven zich herstelt, maar waarin het gebied vaak ook nieuwe soorten aantrekt vanwege de nutriënten die zich in vulkanische as bevinden. Na enkele jaren is de biodiversiteit weer hersteld maar ook veranderd. Dat is althans hoe het gaat als vulkaanuitbarstingen plaatsvinden onder de huidige omstandigheden (Hess &
Kuhnt 1996, Hess et al. 2001).
In dit hoofdstuk gaan we van het Cambrium naar de volgende periode: het Ordovicium. Het Ordovicium wordt gekenmerkt door grote diversificatie binnen de mariene fauna. De oorzaak van deze diversificatie is nog onduidelijk. In dit hoofdstuk wil ik echter ingaan op variaties in biodiversiteit op kleinere schaal, als gevolg van vulkaanuitbarstingen.
Vulkanische as
In het Ordovicium vonden enkele grote vulkaanuitbarstingen plaats, die terug te vinden zijn als uitgestrekte aslagen (Huff et al. 1996). Deze aslagen bestrijken een oppervlakte van honderdduizenden tot zelfs miljoenen vierkante kilometers, maar hun dikte is hooguit twee meter, gemiddeld enkele tientallen centimeters. Dat is een groot probleem voor de zondvloedgeologie. Hoe kan tijdens een zondvloed een laagje van behoorlijk zuivere as – er zijn bijvoorbeeld geen fossielen in aanwezig – tijdens de zondvloed gevormd zijn over honderdduizenden vierkante kilometers? De maximale gemiddelde korrelgrootte van de aslagen is 0,8 mm, op andere plekken is de gemiddelde korrelgrootte slechts 0,06 mm. Met de Wet van Rubey kun je dan berekenen dat de gemiddelde bezinkingssnelheid in water tussen de 0,01 en 0,1 meter per seconde ligt. Bij een waterdiepte van 2000 meter duurt het dan tussen de 4 en 50 uur voordat het gemiddelde asdeeltje op de zeebodem ligt. Als de vulkaanuitbarsting boven water was, komt daar het transport door de lucht nog bij.
16
Nu past een bezinkingssnelheid van uren tot dagen in principe binnen een zondvloed. Het probleem is echter dat aan de randen van continentale platen de dikte van Paleozoïsche sedimenten algauw een paar kilometer is, met het Mesozoïcum en Cenozoïcum daar nog bovenop. Samen met de erosieve werking van het zondvloedwater impliceert dit dat de gemiddelde sedimentatiesnelheid tijdens de zondvloed enkele tientallen meters per dag moet zijn geweest. Daar past een zuiver aslaagje van enkele tientallen centimeters niet goed bij. En de uitgestrektheid van de lagen wijst erop dat de gemiddelde sedimentatiesnelheid over miljoenen vierkante kilometers erg laag was.
De terugkeer van het leven
Verschillende studies hebben laten zien hoe het Ordovicische leven reageerde op de vulkaanuitbarstingen (Swain 1996, Botting 2002, Hints et al. 2003, Perrier et al. 2012). Ik zal hier alleen de resultaten van Perrier et al. bespreken, omdat de resultaten in alle studies grotendeels vergelijkbaar zijn. Hun studie gaat over twee aslagen die behoren tot de hierboven genoemde grote asvelden. De auteurs hebben onderzocht wat het effect is op de diversiteit onder ostracoden in het sediment.
Ostracoden of mosselkreeftjes zijn kleine zeediertjes die in het Paleozoïcum heel divers waren en veel gebruikt worden voor biozonatie.
In de centimeters onder de aslaag bevatten de samples in de (siltige) kalksteen tussen de drie en zes ostracoden per gram met tussen de tien en dertig soorten per sample. In de aslaag zelf daalt het aantal ostracoden naar 0, een getal dat direct boven de aslaag maar weinig hoger wordt. Daarna stijgt het aantal ostracoden per sample geleidelijk, neemt het aantal soorten toe en keert de diversiteit terug op het oude niveau of zelfs iets daarboven.
De onderzoekers hebben ook naar iedere soort ostracode afzonderlijk gekeken. Het effect van de vulkaanuitbarsting op de kreeftjes blijkt wisselend. Sommige – veelvoorkomende – soorten verdwijnen door de uitbarsting. Andere soorten waren eerst in de minderheid, maar grijpen direct na de uitbarsting hun kans en hebben dan hun grootste voorkomen. Andere soorten laten een lange periode van herstel zien. Ook verschijnen er nieuwe soorten die er eerst niet waren.
Problemen voor een zondvloed
Ik heb al betoogd dat een uitgestrekte aslaag een probleem vormt voor de zondvloedgeologie. Nog problematischer wordt het wanneer deze aslaag een effect lijkt te hebben op de biodiversiteit in de omgeving waar de as bezinkt. Laten we nadenken over hoe dit binnen een zondvloedscenario kan hebben plaatsgevonden. Om te kunnen reageren op de vulkaanuitbarsting moeten de ostracoden uiteraard in leven geweest zijn. Ook moet de vulkaanuitbarsting ervoor gezorgd hebben dat verschillende soorten ostracoden uitstierven, ook al moet het begin van de zondvloed gepaard zijn gegaan met nog groter geweld. In de aslaag zijn ostracoden volledig afwezig in alle samples, waarvoor het lastig is om binnen een zondvloedcontext een reden te verzinnen. Misschien is de as langzamer bezonken dat de kalk, waardoor de ostracoden eraan konden ontsnappen.
Het lastigste is mijns inziens de reactie van ostracoden na de uitbarsting: de komst van nieuwe soorten en de terugkeer naar het oude niveau van soortenrijkdom en biodiversiteit. Dit gebeurt over een interval van minder dan een meter. Onder normale omstandigheden duurt het herstel van het leven na een vulkaanuitbarsting vele jaren. Bovendien zou hier sprake moeten zijn van herstel in een situatie waarin gemiddeld tientallen meters sediment per dag wordt afgezet. Een meter kalksteen zou dan hooguit een paar uur representeren. Dat zou betekenen dat de biodiversiteit in een oogwenk weer hersteld was, dus dan heeft de vulkaanuitbarsting nauwelijks effect gehad. Maar dat strookt weer niet met het verdwijnen en verschijnen van verschillende soorten en de piek die sommige soorten in voorkomen vertonen direct boven de aslaag.
Sommige studies wijzen ook op een toename van diversiteit na de vulkaanuitbarsting (Swain 1996, Botting 2002). Dat zou komen door de toename van nutriënten. Ook dat is lastig voor te stellen binnen een zondvloedcontext. Kort samengevat zijn er twee problemen voor creationisten. Ten eerste het
17
ontstaan van goed te onderscheiden, uitgestrekte aslagen van enkele centimeters dik. Ten tweede de patronen in soortenrijkdom en diversiteit van ostracoden in het interval rond de aslaag.
Referenties
Botting, J. P. (2002). The role of pyroclastic volcanism in Ordovician diversification. In J. A. Crame &
A. W. Owen (Reds.), Palaeobiogeography and Biodiversity Change: the Ordovician and Mesozoic-Cenozoic Radiations (pp. 99–113). Geological Society, London, Special Publications, 194.
Hess, S., & Kuhnt, W. (1996). Deep-sea benthic foraminiferal recolonization of the 1991 Mt. Pinatubo ash layer in the South China Sea. Marine Micropaleontology, 28, 171–197.
Hess, S. et al. (2001). Monitoring the recolonization of the Mt Pinatubo 1991 ash layer by benthic foraminifera. Marine Micropaleontology, 43(1–2), 119–142. https://doi.org/10.1016/s0377-8398(01)00025-1
Hints, O. et al. (2003). Biotic effects of the Ordovician Kinnekulle ash-fall recorded in northern Estonia. Bulletin of the Geological Society of Denmark, 50, 115-123.
Huff, W. D., Kolata, D. R., Bergström, S. M., & Zhang, Y.-S. (1996). Large-magnitude Middle Ordovician volcanic ash falls in North America and Europe: dimensions, emplacement and post-emplacement characteristics. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 73(3–4), 285–
301. https://doi.org/10.1016/0377-0273(96)00025-x
Perrier, V. (2012). Biotic response to explosive volcanism: Ostracod recovery after Ordovician ash-falls. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 365–366, 166–
183. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2012.09.024
Swain, F. M. (1996). Ostracode speciation following Middle Ordovician extinction events, north central United States. In M. B. Hart (Red.), Biotic Recovery from Mass Extinction Events (pp. 97–104).
Geological Society Special Publication No. 102.
18
5. (IJzer)oöïden
Inleiding
Het Ordovicium wordt gekenmerkt door grootschalige kalkafzettingen. De zeespiegel stond heel hoog, waardoor grote delen van de continenten onder water stonden. Nog meer bijzondere gebeurtenissen vonden plaats: een uitbarsting van biodiversiteit, een verhoogde neerslag van meteorieten, een ijstijd en aan het einde van de periode een massa-extinctie. Verschillende van deze onderwerpen zullen in dit e-book aan bod komen. In dit hoofdstuk wil ik echter stilstaan bij een ander fenomeen: oöïden.
Oöïden
Het woord ‘oöïde’ is een van de weinige woorden met twee trema’s direct achter elkaar. De naam wordt gegeven aan kleine bolletjes van calciet of een ander mineraal. Sommige kalksteenformaties bestaan voor een groot deel uit oöïden. Het ontstaan van oöïden is nog altijd een onderwerp van hevige discussie (Diaz & Eberli 2019). Wat in ieder geval zeker is, is dat ze in een ondiep marien milieu worden gevormd door de neerslag van calciet rond een bepaalde kern, die uit van alles kan bestaan. Wat dat betreft is de groei van oöïden enigszins te vergelijken met het ontstaan van parels. De discussie gaat over de vraag hoe en waarom deze neerslag precies plaatsvindt, of daar ook biologische activiteit voor nodig is.
Bron: https://en.wikipedia.org/wiki/Ooid#/media/File:OoidSurface01.jpg
C14-datering van moderne oöïden in de Bahama’s en Carbla Beach in Australië laat zien dat deze een gemiddelde ouderdom tussen de 800 en 1470 jaar hebben (Beaupré et al. 2015). De grootte van deze oöïden is tussen de 0,177 en 0,590 millimeter. Experimentele studies laten echter veel hogere groeisnelheden zien, waarbij een oöïde van 1 millimeter in tussen de 1 en 100 jaar kan vormen (Trower et al. 2017). Dit verschil wordt verklaard doordat oöïden door botsingen ook weer massa verliezen, zodat ze bij een bepaalde grootte niet meer verder groeien. Hierdoor verliezen ze ook hun bolvorm en wordt hun vorm onregelmatiger.
Allereerst wil ik de aandacht richten op een oöliet (een gesteente dat voornamelijk bestaat uit oöïden) uit het Midden-Ordovicium (Cantrell & Walker 1985). Deze oöliet is een dunne lens in de Ottosee Formation, een formatie die voornamelijk bestaat uit een siliciklastische mudstone. Binnen de lens zijn
19
vier verschillende gesteentetypes te zien, waarbij ik me vooral wil richten op de tweede. De kenmerken van dit gesteentetype zijn:
• De oöïden zijn gemiddeld 1 millimeter groot.
• Het gesteente bestaat voor vrijwel 100% uit oöïden.
• Het gesteente bevat veel cross-stratificatie, waaronder veel herringbone cross-stratification.
De eigenschappen maken samen dat dit gesteente een probleem vormt voor de zondvloedgeologie. Het eerste feit laat zien dat dit pakket oöïden niet tijdens de zondvloed gevormd kan zijn. Met maximale groeisnelheden zou dit een jaar duren, maar enkele honderden tot duizenden jaren is aannemelijker.
Echter, het tweede en derde feit strookt niet met de hypothese dat deze oöïden getransporteerd zijn. De sedimentaire structuren komen overeen met de omstandigheden waarin oöïden heden ten dage gevormd worden. De puurheid van het gesteente maakt het onwaarschijnlijk dat er sprake is geweest van transport over grote afstanden (dan zouden de oöïden namelijk vermengd zijn met ander sediment). Daarom is de beste verklaring voor het ontstaan van dit gesteente dat de oöïden in situ zijn afgezet en dat de periode waarin dit gesteente tijdens het Midden-Ordovicium is gevormd, ten minste een jaar (en waarschijnlijk veel langer) heeft geduurd. Tijdens dit jaar was er sprake van een ondiep marien milieu, met golfslag, stromingen en getijden. Dit betekent dat het Midden-Ordovicium niet binnen het zondvloedjaar geplaatst kan worden.
IJzeroöïden
De vorming van calcietoöïden nam tijdens het Ordovicium af. Veel kenmerkender voor het Ordovicium zijn zogenaamde ijzeroöïden. Dit type oöïden bestaat uit limoniet, een overkoepelende naam voor verschillende soorten ijzeroxide. Ook hier geldt dat het ontstaansmechanisme omstreden is, maar de vondst van een moderne oöïdeafzetting in Indonesië laat zien dat ijzeroöïden ontstaan in een vulkanisch milieu (Heikoop et al. 1996). Wanneer vulkanische as of ander vulkanisch materiaal in zeewater oplost, ontstaat er lokaal water met een hoge ijzerconcentratie waarin ijzeroöïden gevormd kunnen worden. De Indonesische oöïden vormen een laag van een halve meter dik die in minder dan 4500 jaar is gevormd.
De oöïden zijn gemiddeld 2 tot 3 millimeter in diameter en worden waarschijnlijk in een periode van 100 tot 1000 jaar gevormd (Sturesson 2003).
De Indonesische oöïden lijken in veel opzichten op ijzeroöïden die tijdens het Ordovicium gevormd zijn (Sturesson et al. 2000). Sturesson (2003) onderzocht twee Ordovicische oölieten in Noord-Europa met een oppervlakte van enkele honderdduizenden kilometers en een dikte van enkele tientallen centimeters.
Opnieuw is het gegeven de vormingssnelheid onwaarschijnlijk dat deze oöïden tijdens de zondvloed in situ zijn gevormd. Daar komt bij dat de hoge concentratie ijzer in het zeewater lastig te realiseren is in een dynamische omgeving waarin vulkanische as snel verspreid wordt.
Is het dit keer wel mogelijk dat de oöïden getransporteerd zijn? Het voordeel is dat de oölieten niet puur zijn (minder dan 30% van beide oölieten bestaat uit oöïden) en ook geen sedimentaire structuren bevatten, voor zover ik heb kunnen vinden. Toch zie ik twee belangrijke problemen voor de hypothese dat deze oöïden getransporteerd zijn. Ten eerste gaat het om lagen van honderdduizenden vierkante kilometers die op veel locaties slechts 60 centimeter dik zijn. Hoe krijg je de oöïden over zo’n groot oppervlak verspreid in zo’n dun laagje, zonder vermenging van grote hoeveelheden ander sediment?
Dat zie ik nog niet direct voor me. Ten tweede laat Sturesson (2003) zien dat de vorming van ijzeroölieten samenvalt met periodes van vergrote vulkanische activiteit door zeebodemspreiding (zoals blijkt uit het 87Sr/86Sr-archief). Deze correlatie zou je niet verwachten als de oöïden voor de zondvloed gevormd zijn.
Het probleem
In dit hoofdstuk heb ik geprobeerd te laten zien dat oölieten een probleem vormen voor de zondvloedgeologie. Allereerst heb ik gewezen op een oöliet die voor ongeveer 100% uit calcietoöïden bestaat, inclusief de sedimentaire structuren die je verwacht aan te treffen in het milieu waarin deze
20
oöïden gevormd worden. Alles wijst erop dat deze oöïden niet getransporteerd zijn, maar ze kunnen ook niet binnen het zondvloedjaar ontstaan zijn. Datzelfde geldt voor ijzeroöïden, die over een groot oppervlak verspreid zijn in een dunne laag. De correlatie met het 87Sr/86Sr-archief laat zien dat deze oöïden niet voor de zondvloed gevormd zijn en op een willekeurig moment getransporteerd.
Is er een oplossing mogelijk voor creationisten? De enige oplossing die ik zie, is de mogelijkheid dat Paleozoïsche oöïden op een totaal andere manier zijn ontstaan dan hun moderne tegenhangers. Het moet dan een mechanisme zijn waardoor grote hoeveelheden oöïden in enkele uren of dagen kunnen ontstaan.
Zelf ben ik echter niet bekend met een dergelijk mechanisme. Tot die tijd vormen oölieten een groot probleem voor de zondvloedgeologie.
Referenties
Beaupré, S. R., Roberts, M. L., Burton, J. R., & Summons, R. E. (2015). Rapid, high-resolution 14C chronology of ooids. Geochimica et Cosmochimica Acta, 159, 126-138.
Cantrell, D. L., & Walker, K. R. (1985). Depositional and diagenetic patterns, ancient oolite, Middle Ordovician, eastern Tennessee. Journal of Sedimentary Research, 55(4), 518-531.
Diaz, M. R., & Eberli, G. P. (2019). Decoding the mechanism of formation in marine ooids: A review. Earth-Science Reviews, 190, 536-556.
Heikoop, J. M., Tsujita, C. J., Risk, M. J., Tomascik, T., & Mah, A. J. (1996). Modern iron ooids from a shallow-marine volcanic setting: Mahengetang, Indonesia. Geology, 24(8), 759-762.
Sturesson, U., Heikoop, J. M., & Risk, M. J. (2000). Modern and Palaeozoic iron ooids—a similar volcanic origin. Sedimentary Geology, 136(1-2), 137-146.
Sturesson, U. (2003). Lower Palaeozoic iron oolites and volcanism from a Baltoscandian perspective. Sedimentary Geology, 159(3-4), 241-256.
Trower, E. J., Lamb, M. P., & Fischer, W. W. (2017). Experimental evidence that ooid size reflects a dynamic equilibrium between rapid precipitation and abrasion rates. Earth and Planetary Science Letters, 468, 112-118.
21