GEOCOMmunicatie 17 over diepe gebergtewortels, een diep duikende sauriër, diep gedaalde temperaturen, koolzuurgas van grote diepte, en een diep scheidingsvlak met raadsels

AFZETTINGEN WTKG 22(1), 2001 16

GEOCOMmunicatie

17

over

diepe gebergtewortels,

een

diep

duikende

_{sauriër, diep}

gedaalde temperaturen,

koolzuur-gas

van

_{grote diepte,}

eneen

_diep

scheidingsvlak

metraadsels

A.J.+(Tom)

vanLoon

*

Inleiding

Andesgebergte

is niet alleen

hoog,

maar ook heel

_diep

Oceanische korst wordtonderdetot7 km

_hoge

Andes

plaatselijk

totmeerdan 120 km

_{diep weggedrukt.}

Dat is deelseen

gevolg

van de

botsing

tussende Nazca-schol

enhet Zuid-Amerikaansecontinent.Een

_dergelijke

bot-sing gaat

vaak

_gepaard

met

_{gebergtevorming (Himalaya’s,}

Alpen),

en ook met het

_{diep wegdrukken}

van de ene lithosfeerschol onder deandere,maar een

dergelijke diepte

is

exceptioneel.

Deze

_{opvallende situatie,}

die door

aard-wetenschappers

uit Potsdam op basisvan zeer

gedetail-leerdseismisch onderzoekwordt

_beschreven,

leidtertoe datde aardkorst onder het centrale deelvandeAndes twee-maalzo dik is als de korst onder

bijv. Europa.

De _grote

diepte

tot waarde oceanische korst van de Nazca-schol wordt

_{weggedrukt hangt}

_samenmetde

_uitgeoefende

grote

kracht,

die

op

zijn

beurtweer een

_gevolg

isvande

uitzon-derlijk hoge

snelheid waarmeede Nazca-schol

_beweegt

De handschoen is

_{eindelijk opgenomen!}

Vanafditnummer

krijg

ik ‘concurrentie’vanLarsvanden Broek Ostendemet

zijn

rubriek

_{‘Lapilli’.}

Het doetme

_deugd

dat ookanderen

nuhun

steentje (het blijft

tenslotte

_geologie!)

willen

bijdra-genaande

verspreiding

binnen deWTKGvan

_geologische

informatiediewatverder

gaat

dan Tertiaire

_{schelpen (hoe}

interessant dieook kunnen

_{zijn!). Ikhoop}

datLars evenveel

(en

even

_positieve)

reactieszal

_krijgen

alsik.En als_u-als

lezer- _vanoordeel bent dat het toch nog steeds niets ismet deze‘

nieuwsrubrieken

_’,

laatudan vooral niet weerhouden

omnogeenconcurrerendenieuwsrubriekte starten.

Afzet-tingen

is immerseenbladvoorendoor de ledenvan de WTKG. En wellicht wordt

_Afzettingen

-alsweallemaal

vooriedernummer een

berichtje opsturen

- wel het_meest

informatieve

geologische

nieuwsmediumdateris. Het initiatiefvanLars isvoor

mij

eentekendat ik

_mijn

doel inmiddelshebbereikt. Ik kanme daarom met een

gerust

hart

_{terugtrekken,}

_maar ik wil wel

nogeen

jaartje

doorgaan.

Vandaar

_opnieuw

een

bijdrage

in deze rubriek. Met sterk

_{uiteenlopende onderwerpen,}

maar_{ditmaal gaat} het allemaal

AFZETTINGEN WTKG 22 _(1), 2001 17

ten

opzicht

vanZuid-Amerika:10 cm_per

_j

aar.

Naarmate de

_weggedrukte

oceanische korst

_{dieper komt,}

verandert

hij

meer.

_Op

120 km

_{zijn temperatuur}

endruk zo

hoog

dat de_gesteenten

_{volledig zijn omgevormd}

tot gesteentendie door de onderzoekers seismisch nietmeer teonderscheiden

_zijn

vandievande aardmantel. De

om-zetting

van de

_gesteenten

_opdie

_diepte

is

_{waarschijnlijk}

directverbonden met

het frequente optreden

van

aardbe-vingen

met een

hypocentrum

op diezelfde

diepte.

Overigens ligt

de grens tussen aardkorst enaardmantel ter

plaatse

niet op 120 km

diepte (de

oceanische korstvan

de Nazca-schol wordtdus deaardmantel

_ingesleurd),

maar

wel

_{uitzonderlijk diep:}

onder het

_{Altiplano-plateau blijkt}

die

_volgens

het onderzoek op zo’n 70 km

diepte

te

liggen,

onder de

_{Puna-hoogvlakte}

_opca.50 km

_diepte.

Dat bete-kent dat de grenstussenaardkorstenaardmantelonder de Andeszeer snel sterk verandert. Deze ongewoon snelle variatie in

_diepte

_van het

_{grensvlak schrijven}

de onder-zoekers toe aan het feit dat dekrachten die de Andes

opstuwen

niet alleen

afkomstig zijn

vande

_beweging

van de

Nazca-schol,

maarookvande Braziliaanse schol die vanuit hetoostenonderhet

_gebergte

wordt

_weggedrukt.

Dit

_weggedrukte

materiaalsmeltin de

_diepte

_{deels op,}en

dringt

daar

_plaatselijk

als _{magma binnen in de} ‘wortel’ vanaardkorst onder de Andes. Daardoor wordt de korst

bijvoorbeeld

onderhet

_{Altiplano-plateau}

extraverdikt. De

_opbouw

vande Andes is in de

diepte

daardoor ver-schillend. “In hetwesten van de

Hoge

Andes overheerst het

binnendringen

van magma in de

korst”,

zegt

Prof. Rainer Kind uit Potsdamdaarover,

“terwijl

in hetoosten de

_{belangrijkste}

rol wordt

_gespeeld

door_{het proces}

waar-bij

de Braziliaanse schol onder het

_{Altiplano-plateau}

wordt

weggedrukt”.

Referentie:

7

Ichthyosauriërs

dokentot500 m

_diep

Eenvan de bekendste zwemmende

sauriërs,

Steno-pterygius,

eenongeveertweemeter

_lange

ichthyo-saurus uit het

_{Vroeg-Jura (ca.}

210-175

_{miljoen jaar}

gele-den),

moet totongeveer 500m

diep

hebben kunnen dui-ken.

_{Sommige exemplaren}

van dezesoort

zijn

zo

goed

gefossiliseerd

datweveelvan hunanatomischeen

mor-fologische

kenmerken in detail

kennen,

en daarmee ook hun

_{fysieke capaciteiten}

kunnenreconstrueren.

Op

de 60e

jaarlijkse bijeenkomst

vande

_Society

ofVertebrale

Paleon-tology

(in

Mexico

_City)

werd daarvan_een

_spectaculair

voorbeeld gegeven door

Ryosuke

Motani,

een

paleon-toloog

vanhet

_Royal

Ontario Museum in Toronto.

Hij

berekendeaande handvan devanfossielen bekende anatomieen

morfologie

eenaantal

_{waarschijnlijke}

capa-citeiten. Aan de hand van een door hemzelf

_opgesteld

mathematisch model berekende

_hij

demeest efficiënte zwemsnelheidvan fossiele

_{zeedieren, waarbij hij}

als

be-langrijkste

parameters de grootteen vorm van het

dier.

alsmede devorm en

_grootte

van de staartvin

_gebruikte,

uitgaande

vandewettenvande

_{hydrodynamica. Hij paste}

zijn

modeltoe optwaalfrecente

walvissoorten,

vissenen andere zwemmendezeedieren,envond

daarbij

dat de uit-komstenvan

zijn

model

_goed

overeenkomenmetde

wer-kelijkheid.

Zo vond Montani dat

_{Stenopterygius,}

zonder veel

_{inspanning, gemakkelijk}

een snelheidmoethebben behaaldvan eenmeter perseconde.De meestefficiënte zwemsnelheidwas

waarschijnlijk 1,3-1,8

meter.

Op

basisvande

behoorlijk

vaste

verhouding

tussen

li-chaamsgrootte

ende

tijdsduur

dierecente mariene zwem-mersonderwaterkunnen

_{blijven bij}

het

duiken,

berekende

hij

hoe

_{lang Stenopterygius}

kon duiken.

_Daarbij

kwam

_hij

opeen

tijdsduur

uitvanongeveer 20 minuten.Tot hoe

diep

deze

_{ichthyosauriër bij}

het duiken konkomen,berekende Motaniaande handvan

_zijn

zwemsnelheid.Door

_tijdsduur

en

_{(conservatief geschatte)}

zwemsnelheidte

_koppelen,

berekende Motani_een

_duikdiepte

vanzo’n 500meter.

De hoeveelheid

_energie

dievoor een

dergelijk duikgedrag

nodig is,

berekende de

paleontoloog

aande handvan een model dat al in 1988was

opgesteld

door

_Judy

Massare

(van

de State

_University

of New

_York).

In dat model wordt de relatieve snelheidvanrecente zwemmende dieren

be-rekend/voorspeld

op basisvanhungrootte,hunvorm en hun

_{energieverbruik.}

Mortari

_kon,

omdat_grootte,vorm

enzwemsnelheidvan

_{Stenopterygius}

al bekend waren, dus ook het

_{energieverbruik}

berekenen.

_Hij

kwam

_daarbij

tot de conclusie dater eensnelle

verbranding

vanhet

voed-sel

nodig

moet

zijn

geweestomvoldoende

energie

te

le-veren, en dat het

_dagelijks

rantsoen dus

_{waarschijnlijk}

groot

is

_{geweest. Volgens}

collega

Glenn Storrvan de

University

of Cincinnatiwas dat vooralhet

gevolg

van het feit dat het

_{‘optrekken’}

vanuit rustnaar een

hoge

snel-heidzeerveel

_energie

vereiste. David Norman

_(University

of

_{Cambridge, Engeland) voegt}

daaraantoedat ook het

verblijf

in het koudewatereenextra_grote

_{energiebehoefte}

moethebbenbetekend.

Referentie:

5

Lage temperaturen

in

geologisch

verleden

gingen

soms samen met

hoog

C

O²-gehalte

in de atmosfeer

Reconstructievan de

_temperatuur

in het

_geologische

verleden

_geeft

aandater

_{langdurige perioden zijn}

geweest meteen

hoog gehalte

aanCO2_{in de}

atmosfeer, terwijl

er toch

_sprake

was vanveel

_lager

dan

_gemiddelde

tempera-turen. Daarmee

_lijkt

de rolvan CO2als

broeikasgas

nog verder onder druk komente staan.

Een

_Duitse,

eenCanadeseen een

Belgische

onderzoeker stellen op basis vanhun

bevindingen

zelfs dateen ver-bandtussen temperatuurenCO2

-gehalte

in ieder

_geval

niet bestaatvoorde laatste 550

miljoen jaar.

Ze doen dat

opbasisvan eenreconstructievande

_temperatuur

vanhet

oppervlaktewater

in

_tropische

zeeën. Die reconstructie

AFZETTINGEN WTKG22(1), 2001 18

voerden

_zij

uit door de

_verhouding

te

bepalen

tussende diverse stabiele

_{zuurstofisotopen}

in de

_{kalkschaaltjes}

van

- sindsdien

gefossiliseerde

-schelpen (die

isotopenver-houding hangt

samenmetdematewaarinwater

_verdampt

en‘definitief aandezee wordt onttrokken door de

vor-ming

van

landijskappen).

Uit die reconstructie

_blijkt

dat de _{watertemperatuur}weliswaar

_langdurige

warm/koud-cycli vertoonde,

maardat die niet

gerelateerd zijn

aande

CCf-concentratiein de atmosfeer. Dat vondenzeals

al-gemeen

beeld,

waarnazedesituatievoor twee

geologi-sche

_{tijdsintervallen}

metsterk

_{afwijkende patronen}

meer

gedetailleerd

hebben bekeken.

Die twee

_{opvallend afwijkende}

intervallen betreffen het

ijstijdvak

uit het Ordovicium

_(500-440

_{miljoen jaar}

gele-den)

dat

_{waarschijnlijk}

enkele

_{miljoenen jaren}

duurde,en eenkoude

_{periode (220-120 miljoen jaar geleden)}

_{op de} grensvan Juraen

_Krijt.

Inbeide

_perioden,

waarvan aan de

_{lage temperatuur}

geenenkele

twijfel bestaat, wijzen

de daartoe

_{gewoonlijk gebruikte}

_parametersopeen

hoge

C02_{-concentratie in de atmosfeer.}

Bij

de Ordovicische

_ijstijd

zou men nog kunnen denken aan een soortbroeikas-effect dat wel

_{degelijk optrad,}

omdat dezon

destijds

-volgens

eenaantal

fysici

die de zon bestuderen- zo’n5% minder

energie

leverde dan momenteel.Het

_blijft

echtereenietwat

_gekunstelde

ver-klaring,

die in ieder

geval

ook niet

_opgaat

voorde andere koude

_periode.

Uiteraard

_spelen

behalve de C0 2-concen-tratie ook andere factoreneenrol:

_{continentverschuiving,}

gebergtevorming

envulkanisme

_zijn

bekende voorbeel-den. Ook

_rekening

houdendmet

_dergelijke

factoren

_blijft

er echtereen onverklaarbare

_discrepantie

tussen de ge-vonden

_{temperatuurwaarden}

ende C02_{-concentratie. De}

auteurs komentotde conclusie daterslechtstwee

verkla-ringen

voordeze

discrepantie zijn.

De eersteis dat detot nutoe

gebruikte aanwijzingen (proxies)

omhetvroegere C02

-gehalte

te

bepalen

niet

_deugen;

omdat de verschil-lende

_aanwijzingen

elkaar

_{gewoonlijk goed ondersteunen,}

lijkt

deze

_verklaring

_{niet erg}

_plausibel.

De tweede

verkla-ring

is dat de atmosferischeC02

-concentratie geen direct verband houdtmetdemondiale

_temperatuur,

endaterdus ook

geen

sprake

vankan

_zijn

dat_eentoenamevande CO2

-concentratie behoort tot de

_belangrijke

temperatuur-parameters.Die

_verklaring

vinden de onderzoekers veruit het

_{waarschijnlijkst.}

Referenties: 3,

6

Oud

_koolzuurgas

in

_gasreservoir

komt uit aardmantel

Aardgas

moet in het

_geologische

verleden in veel groterehoeveelheden

_{zijn geproduceerd}

dan waarin het bewaard is

_gebleven.

Dat is

_eenvoudig

afteleiden uit het _{feit dat gas via}

_poriën

_en

_spleten

door_{het gesteente}

opstijgt (zolang

er_geen

_impermeabele

barrière zoalseen

zoutpakket

wordt

_{aangetroffen)}

en in de atmosfeer

ver-dwijnt.

Het

aardgas

ontstaat door

omzetting

van

organi-sche

_{stoffen; daarbij}

ontstaat in het

algemeen

ook

kool-zuurgas

(CO

2

).

Een deelvan het

_koolzuurgas

in de

hui-dige

aardatmosfeer is daaraantedanken.

Er bestaan talvanoude

afzettingen

die

rijk

aan

organi-sche stoffen moeten

zijn

geweest. In het Precambrium waren dat veelal deresten van zeer

primitieve,

mariene

organismen.

Er-moettoen dus ook veel

_{aardgas zijn}

ge-vormd, maar

_dergelijke

voorkomens

_{zijn nauwelijks}

be-kend: hetgasis inmiddels

_ontsnapt.

Des te

opmerkelijker

is de

_ontdekking

dathet

_aardgas,

het

_koolzuurgas

ennog enkele andere gassen ineen

gasreservoir

in Texas datzich bevindt in kalksteen uit het Perm zo’n 300

_{miljoen jaar}

oudmoeten

_zijn.

EenteamvanZwitserseenAmerikaanse

geologen

heeft dat

_vastgesteld

_{op basis}vande

isotopen-verhoudingen

die

_zij

in het

_koolzuurgas

aantroffen. Daar-aanverbindenzedeconclusiedat

_{continentale,}

tektonisch stabiele

_gebieden

de moeite waard kunnen

_zijn

om- ook

in de

_{diepere ondergrond}

-teonderzoeken op het

voorko-men van

aardgas.

Het voorkomenvan

koolzuurgas

in

_aardgas

is voor de

exploitanten overigens

vaakeen

belangrijke kostenfactor;

detweegassen moeten immers worden

gescheiden,

enhoe

hoger

het

_percentage

_koolzuurgas,

hoe

hoger

de kosten om een

_bepaalde

hoeveelheid

_aardgas

te

_krijgen.

Daarom is in de

_loop

der

_tijd

veel onderzoek

_gedaan

naarhet ont-staanvan

aardgas

en

koolzuurgas.

Dat laatste gas heeft

twee

_{belangrijke ontstaanswijzen:}

het kan ontstaan door

de

_omzetting

van

organisch

materiaal ingesteentenvan de

_aardkorst,

maarhetkan ook ontstaan door

_ontgassing

van _magmain de aardmantel.

Deze twee soorten

_koolzuurgas

kunnen vanelkaar wor-den onderscheiwor-den door de

_{isotopensamenstelling}

vande

edelgassen

die erin voorkomen. Vooral de

_{isotopenanalyse}

vanhelium

(de

twee

heliumisotopen zijn

3Heen

4He)

is

hierbij

een

geschikt hulpmiddel,

want in gassen die van-uit de aardmantel

_{zijn vrijgekomen}

is de

_verhouding

3He/ 4He 1000-10.000maal_{groterdan in gassen die}

_zijn

vrij-gekomen

door_processenin deaardkorst.

Het gas in hetTexaanse

_gasreservoir

bevatextreemveel

koolzuurgas

(tot 97%)

ende

_isotopen

laten _geenandere

hypothese

toedaneenontstaan_{vanuit magma in de} man-tel. Dat doet uiteraard wel de vraag

rijzen

hoe dat_{gas vanuit} de manteltotzo

ondiep

in de aardkorst heeftkunnen

door-dringen. Volgens

deonderzoekersmoet het_gasnaarhet

huidige

reservoir

zijn gemigreerd

toen het

_gebied

zo’n 300

miljoen jaar geleden

werd

_{opgeheven, waarbij}

rek

_optrad

waardoor het gaszichvia

_spleten

kon

_{verplaatsen. Zij}

ach-ten dit hetmeest

_{waarschijnlijk}

omdatersindsdien geen tektoniekvan

belang

meerin het

gebied

heeft

plaatsge-vonden. Interessantis ook hun conclusie dateerst

hetkool-zuurgas

(met

duseenfenomenale

ouderdom)

het

_huidige

gebied binnendrong,

endat pas zo’n 20

miljoen jaar

later een

_begin

werd

_gemaakt

met de

_vorming

van

kool-waterstoffen.

19 AFZETTINGEN WTKG22(1), 2001

De Moho als elektrisch fenomeen

De

_scheiding

tussen de aardkorstende aardmantel

wordt,

naardeontdekker

₍₁₉₁₀₎

de ‘Mohorovi ‘dis-continuïteit’

_{genoemd, gewoonlijk afgekort}

tot ‘Moho’. Het is veruit de sterkste seismische reflector diewe

ken-nen,naar

veronderstelling

door de overgangvanmafische

gesteenten (grotendeels ijzer/magnesium-silicaten)

in het onderste

_gedeelte

van de aardkorst naar ultra-mafische

gesteenten (olivijn-achtig)

in het bovenste

_gedeelte

van deaardmantel.Twee Canadese

_geologen

hebbennu

vast-gesteld

dat het karaktervan de Moho

waarschijnlijk

heel anders is dantotnutoe werd aangenomen.

Daarbij

gaat het

_enerzijds

_omelektrische

_{karakteristieken,}

_anderzijds

omde

_scherpte

van de_overgangtussen korstenmantel. Wat heteerste

_aspect

betreft is het_van

_belang

dat

experi-menten ertotnutoenooitin

_{geslaagd zijn}

om aan

weers-zijden

vande Mohoeenverschil inelektrisch

geleidings-vermogen vasttestellen. Datisopzichzelfal

merkwaar-dig,

want dat verschil is

_bij

_{de aangenomen}

gesteente-samenstellingen eenvoudig

vast testellen

bij

laboratorium-experimenten.

De onderzoekerskomen nu met

elektro-magnetische

gegevens dieze hebben

verkregen bij

een

onderzoek in het noordenvan

Canada,

in het

_zogeheten

Slavecraton

(een

deelvanhet Precambrische

_Schild).

In hoeverre die gegevens

representatief zijn

voorde

omstan-digheden

rondom deMoho,is

_overigens

niet

_geheel

dui-delijk,

wanthet Slavecratonis in veel

_opzichten

een

geo-logisch

buitenbeentje.

Zo is het elektrisch

geleidings-vermogenvande korst erongeveertienmaal

geringer

dan

in anderePrecambrischeschilden. Hoe dan

ook,

de on-derzoekers vonden dat de mantelnet beneden de Moho

ongeveerhonderdmaalmeer

geleidend

wasdan veronder-steld op basisvan

_{laboratoriumexperimenten}

met

_olivijn

was teverwachten. Dat

impliceert

dat_ereenaanvullend materiaal

_(of

_een andere

_fase)

moet

zijn

die de

geleid-baarheid sterk

_verhoogt.

Uit de verschillende waardenvoor de

geleidbaarheid

net onderennetboven de Moho kan worden

afgeleid

dat deze

grenslaag

een

_belangrijke

elektrische

_parameter

is.Hetis

voorhet eerstdatdit is

_vastgesteld.

Van even

_groot

be-lang lijkt

de

_vaststelling

dat het

_bij

de

_verandering

vanhet

geleidend

vermogen nietgaatom een

eenmalige

sprong, maar dat dat min ofmeer in eenaantal_stappen

plaats-vindt. Dat zou kunnen

_wijzen

_op eengrenszonewaarin zich

_{gedifferentieerde}

_{‘schillen’ bevinden. Een}

dergelijke

stapsgewijze

overgangis echterweerdirect in

_tegenspraak

met de steedsweer

_{optredende scherpe}

_grens die

_bij

seismiek wordt

_{aangetroffen.}

Er

_{blijven vooralsnog}

dan ook nog de

nodige

raadsels omtrentde Moho bestaan. Inmiddels

zijn

de

_boringen

die

-alweer in een

_{bijna geologisch}

verleden-ooit

zijn

be-gonnen,

beëindigd.

Het raadsel zal dan ooknog weleven

blijven

bestaan.

Referentie:

2

Geraadpleegdeliteratuur

1 Ballentine,Chr.J., M.

_Schoell,

D. Coleman & B.A.

Cain,

2001.300-Myr-old

magmatic

CO2_in

natural gas reservoirs of thewestTexasPermian basin.-Nature

409: p. 327-331.

2 Jones,A.G. & IJ.

_Ferguson,

2001. The electric Moho.

- Nature 409: p. 331-333.

3

_{Kump, L.R.,}

2000. What drivesclimate?- Nature 408:

p. 651.

4

_{Marty, B.,}

2001. New

_prospects

forold_gas.-Nature

409; p.293-295.

5

_{Stokstad, E.,}

2000. Fossils come to life inMexico

-How fast in the water?- Science 290: p. 1675.

6 Veizer, J.,Y. Godderis & L.M.

_Frangois,

2000. Evi-dence for

_decoupling

of

_atmospheric

CO2_and

global

climate

_during

the Phanerozoiceon. - Nature 408: p.

698-701. 7

Yuan, X.,

S.V.

Sobolev,

R.

_Kind,

O.

Oneken,

G.

_Bock,

G.

Asch,

B.

Schurr,

F.

_Graeber,

A.

Rudloff,

W.

_Hanka,

K.

Wylegalla,

R.

Tibi,

Ch.

_Haberland,

A.Rietbrock, P.

_Giese,

P.

_Wigger,

P.Röwer,G.Zandt,S.

Beek,

T.

Wallace,

M. Pardo & D.Comte,2000. Subductionand collision

processesin the Central Andes constrained

by

converted seismic

_phases.

- Nature 408: p.

958-961.

8

_{Ward, P.D.,}

D.R.

_Montgomery

& R.

_Smith,

2000. Altered river

morphology

in South Africa relatedto the Permian-Triassic extinction. Science289,p.

1740-1743.

*A.J. vanLoon: Geocom B.

_{V., Benedendorpsweg 61,}

6862 WC

Oosterbeek,

tel.

_026-3390908,