GEOCOMmunicatie 6: over vetbulten bij dinosauriërs, het uitsterven op de K/T-grens, de stabiliteit van het ijs rondom Antarctica, en abrupte klimaatfluctuaties

GEOCOMmunicatie

6:

over

vetbulten

bij

dinosauriërs,

het

uitsterven op de

K/T-grens,

de

stabiliteit

van

het

ijs

rondom

Antarctica,

en

abrupte

klimaatfluctuaties

A.J.+(Tom) van Loon*

INLEIDING

‘ZEILEN’ OP DE RUG VAN SOMMIGE DINOSAURIËRS WAREN MOGELIJK

VETBULTEN

Het is _moeilijk om uitsluitend op basis van fossiele botten de uiterlijke vorm van een

uitgestorven dier te reconstrueren. Veel oorspronkelijke ideeën _zijn dan ook in de _loop der tijd drastisch herzien. Dat _lijkt nu ook te

gaan gebeuren met

bepaalde

dinosauriërs, en wel

met de _groep die zo’n 100

_{miljoen jaar}

_(Albien)

_geleden

in Afrika woonde en die nu vaak

wordt _afgebeeld meteen soort ‘zeilen’ _op zijn rug. Deze uitstulpingen van de huid _zijn in tal van reconstructies _{opgenomen op} basis van bepaalde uitsteeksels _op de _ruggegraat;

soortgelijke zeilen _zijn voor het eerst in de _{geologische geschiedenis} bekend van'de

pelycosauriërs,

een _groep die leefde omstreeks de _overgang van

_Vroeg-

naar Laat-Perm,

en die als _voorloper van de dinosauriërs wordt beschouwd. Morfologisch vertonen de uitsteeksels van zowel de _{pelycosauriërs} als de nu ter discussie staande dinosauriërs veel gelijkenis met de stekels in_rugvinnen van vissen, zodateen reconstructie van een dunvlies dat door de stekels overeind werd gehouden voor de hand lag. Vanwege het destijds aan

dinosauriërs _{toegeschreven (maar} nu reeds _{enige tijd} ter discussie staande)

_koudbloedige

karakter, was er voor de ‘zeilen’ ook een logische verklaring; ze _{hielpen bij} het _opwarmen van het dier door de opname van zonnewarmte.

Volgens een Amerikaans onderzoeker zou er bij dinosauriërs met zo’n warmte-opnemende huidplooi in een warm klimaat echter _gauw oververhitting optreden. Hij heeft daarom de ‘stekels’ van twee soorten dinosauriërs uit de desbetreffende _groep (een herbivoor met de

naam Ouranosaurus en een carnivoor met de naam Spinosaurus) vergeleken met die van de ‘gebochelde’ bison en die van twee relatief kort _{uitgestorven zoogdieren: het reuzehert} en

de reuzekameel _(beide hadden ook uitsteeksels _op hun _ruggegraat). Ook mat

_hij

_bepaalde

verhoudingen. Dezelfde _metingen voerde hij uit _{bij exemplaren} van _{pelycosauriërs, bij} soorten waarvan deskundigen er _op basis van tal van _argumenten van _{overtuigd zijn} dat hun ‘zeilen’ als zonnecollectorenfunctioneerden.

Uit het onderzoek kwam _duidelijk naar voren dat de botten van de twee onderzochte dinosauriërsoorten veel beter overeenkwamen met die van de drie onderzochte _zoogdieren

Wordt GEOCOMmunicatie _nog steeds _gelezen? Je zou het denken na het jaarverslag van

de redactie van _Afzettingen (in het vorige nummer): ik ging bijna blozen. Daarom hierbij

maar weer wat _onderwerpen, met de nadruk _op een aantal _{uiteenlopende} facetten die in

sterke mate

_bijdragen

aan ons klimaat (en de fluctuaties daarin), en die zo indirect ook het

leven _op aarde sterk beïnvloeden. Misschien _{niet puur}

_geologisch,

maar wel

_degelijk

van

belang om de context van het _verschijnen en uitsterven van organismen beter te kunnen begrijpen. En om hun

_specifieke

kenmerken beter te kunnen interpreteren. En dat is hard nodig, zoals onder meer _blijkt uit een volledig nieuwe interpretatie van de anatomie van

Afzettingen WTKG _19(2), 1998 ₅₃

dan met die van de _{pelycosauriërs.} Dat _wijst er volgens de onderzoeker _op dat deze dinosauriërs

_{waarschijnlijk}

_geen ‘zeilen’ _{hadden, maar}

_{vetophopingen}

op de rug (die niet alleen dienen als _energiebron maar die ook een warmte-isolerende _{werking hebben).} De nieuwe _{interpretatie} wordt door veel _{paleontologen} als _{waarschijnlijker} dan de oude ideeën gezien, maar een definitief _bewijs zal _pas kunnen worden _geleverd als ook de

weefsels

_bij

fossiele

_exemplaren

zullen worden

_{aangetroffen.}

Referentie: 1

OVERLEVINGSKANSEN VAN

ZEEËGELSOORTEN

OP K/T-GRENS STERK

AFHANKELIJK VAN VOEDSELBRON

Zeilen of vetbulten, voor de dinosauriërs maakte het niet veel uit

op de K/T-grens; alle soorten stierven uit. Samen met zo’n driekwart van alle toen levende soorten_{op aarde.} Als oorzaak wordt vaak een

_{meteorietinslag}

_genoemd,

maar het is

_duidelijk

dat die slechts indirect de oorzaak van het massale uitsterven kan zijn geweest. De _vraag is dus welke dodelijke processen door de inslag in gang zijn gezet. Daarbij is vooral intrigerend waarom

ook zoveel mariene soorten _{zijn uitgestorven.}

Recent onderzoek aan _zeeëgels heeft daarin - althans _voor die

groep, maar met

_duidelijke

implicaties

voor andere _groepen - helderheid

gebracht.

De onderzoekers hebben daartoe

voor alle bekende soorten alle _gegevens over uitsterven of niet op de K/T-grens uit literatuur van de _afgelopen 150 _{(!) jaar verzameld,} voor locaties over de hele wereld. Dat

was bepaald geen sinecure, want ook _{bij zeeëgels zijn} er - net als bij tal _van andere groepen - niet alleen heel wat

exemplaren

verkeerd

_{gedetermineerd,}

maar ook

_zijn

er

natuurlijk nogal wat _wijzigingen in de _{naamgeving opgetreden.} Dat leverde uiteraard wel de _{nodige onduidelijkheden op (zeker} in _gevallen waarin de desbetreffende _exemplaren niet

waren _afgebeeld), maar toch kwam al _spoedig aan het licht dat de

_{geografische positie}

zeker een rol _speelde: er waren tal vansoorten die alleen _regionaal uitstierven

op de K/T-grens. Vooral in de bekkens in en _nabij de _Verenigde Staten stierven veel soorten uit; misschien een gevolg van de nabijheid van de inslag (en dus niet direct van belang voor de

oorzaken van het wereldwijde uitsterven van andere soorten).

Op

de

_K/T-grens

stierf _volgens de onderzoekers 36% van de

_{zeeëgelsoorten}

_uit; dat is

aanmerkelijk

minder dan eerdere

_{schattingen (70%),}

maar zelfs dit nieuwe _getal kan _nog

best te _{hoog zijn} omdat _bepaalde in het Maastrichtien _nog wel maar in het Paleoceen niet meer voorkomende soortenook voor de _{meteorietinslag} kunnen _{zijn uitgestorven,} dus voor

de _K/T-grens. Bovendien _zijn er _{betrekkelijk weinig gesteenten} met fossiele _zeeëgels uit het _begin van het Paleoceen bekend; nauwkeurig onderzoek van nieuwe _vindplaatsen moet

dus haast wel zeker nieuwe ‘overlevers’ _opleveren.

Het _duidelijkste verband met het massale uitsterven vertoont de _leefwijze van de diverse soorten _zeeëgels, en in het _bijzonder hun _wijze van voedsel vergaren. De soorten die in

een voedselarm milieu leefden en voor hun voedsel afhankelijk waren van het bezinken van

organische restanten, stierven _{grotendeels uit;} omnivoren overleefden het best. _Overigens is _opvallend dat ook _bij soorten die de _{K/T-grens overleefden,} de _grootte vaak sterk afnam. _Kennelijk was er toch een tekort aan voedsel. Dat leidde tot selectieve overlevingskansen, niet zozeer voor de zwevende larven die zich met

_plankton

voedden alswel voor de volwassen, op de zeebodem levende exemplaren.

NIEUW MODEL MAAKT VOORSPELLING VAN _{(IN)STABILITEIT} VAN HET IJS

RONDOM ANTARCTICA BETER MOGELIJK

Niet alleen catastrofale _{gebeurtenissen} zoals _{meteorietinslagen zijn} van belang voor het

klimaat - _en daarmee het leven

-op aarde. Ook de grote landijskappen (en vooral die in Antarctica en _op Groenland) zijn van grote betekenis. Ze vormen de _weerslag van het samenspel van _grote aantallenklimaatfactoren en bepalen

-op hun beurt - _weer in

hoge

mate oceanische en atmosferische stromingspatronen. Daarenboven worden ze door sommigen beschouwd als een soortthermometer voor de temperatuur op aarde: _{bij stijging}

daarvan _(bijv. als _gevolg van het broeikaseffect) zouden ze meer _gevoelig worden voor

processen die deze ijskappen - waar die zich tot buiten het vasteland van Antarctica in zee

uitstrekken - opbreken in kleinere stukken. Omdat

dergelijke kleine stukken een grotere oppervlakte/inhoud-verhouding hebben dan een _{grote landijskap,} smelten ze relatief snel door de _{hogere temperatuur} van het zeewater. Dit smelten zou, door het in absolute zin grote volume, significant kunnen _bijdragen aan een _stijging van de _zeespiegel en daardoor

ook aan de_bedreiging van veel _{kustgebieden.} Er _zijn in het recente verleden dan ook veel

pogingen gedaan om het _gedrag van de _{grote landijskappen zodanig} te modelleren dat daaraan een _{voorspellende} waarde kan worden _toegekend.

Een _groep onderzoekers uit _{Engeland, Oostenrijk, Argentinië} en Australië lijkt er nu in te

zijn geslaagd om de tussen 1986 en 1997 _{opgetreden gedragingen} van de _zogeheten Larsen-ijskap te verklaren met een model. De keuze van deze _ijskap door de onderzoekers

is zeer _{gelukkig gebleken,} omdat er _{enkele opvallende gebeurtenissen} hebben plaatsgevonden, die tot nu toe niet _goed in _tijd en _plaats waren te verklaren. _{Daarbij gaat} het onder meer om de _{plotselinge opbreking,} in talloze kleine _stukken, van het

noordelijkste deel van deze ijsmassa; dat _{proces, waarbij} een _{gigantische ijsmassa} als het

ware uit

_{zijn gevangenis}

werd

_bevrijd,

vond binnen slechts enkele _{dagen plaats,} in _januari

1995.

De onderzoekers hebben_bij hun_{modellering gebruik gemaakt} van een

eindige-elementen-analyse (finite element analysis), wat inhoudt dat ze het gebied als het ware in partjes

hebben

_opgedeeld;

waar de

_{veranderingen}

het _{grootst zijn,} waren de

_{‘partjes’}

het kleinst

om de nauwkeurigheid van het eindresultaat te optimaliseren. Voor elk van deze _partjes hebben ze berekend hoe een spanning afkomstig uit een naburig _veldje zich in het desbetreffende _partje zou _voortzetten, en hoe _spanning aan de andere _{omringende partjes}

zou worden doorgegeven. Een dergelijke

_berekening

vereist, _vanwege het iteratieve

karakter, zeer veel rekentijd van _computers, ook al omdat het _ijs

geen statische massa vormt maar een visceus _geheel dat met_{uiteenlopende} snelheden in verschillende _richtingen wegvloeit. Het bleek echter toch _mogelijk om _uiteindelijk een totaalbeeld te _krijgen dat aangeeft onder welke mate van spanning (en bij welke spanningsrichtingen) de ijsmassa in kleinere brokstukken kan _{desintegreren.} Van _nog meer _belang is echter dat het model ook aangeeft onder welke _{omstandigheden} de _{veranderingen} in de _{spanningsvelden} zo _groot

worden dat die _{desintegratie} kan _{optreden. Voorspellingen} van _{toekomstige desintegraties}

lijken daarmeebinnen handbereik _gekomen.

Overigens speelt de hoeveelheid _{ijs (op} land en in de oceaan) ook

nog een heel andere rol: het _blijkt dat de _{koolzuurgasconcentratie} in de atmosfeer in _significante mate

samenhangt methet _opbouwen of _juist afsmelten van _{ijsmassa’s.} Deze conclusie _mag worden _getrokken uit onderzoek naar de _{samenstelling} van luchtbelletjes die in het _ijs van Antarctica werden opgesloten tijdens de laatste _{ijstijd. Overigens} is er _nogal wat discussie _geweest over de betrouwbaarheid van de chemische samenstelling van _dergelijke

_{luchtbelletjes,}

want boorkernen uit het

_ijs

van Antarctica en Groenland leverden _nogal eens _opvallende

Afzettingen WTKG 19(2), 1998 55

betrouwbaar _zijn; de _{samenstelling} van de belletjes in het ijs van Groenland zouden

beïnvloed _zijn door _{verontreinigingen} uit het in de lucht _meegevoerde stof _(op Groenland komt meer stof in de lucht voor dan_{op Antarctica).} Uit de Antarctische luchtbelletjes blijkt

dat er tijdens de laatste ijstijd cyclische variaties van de C0

2-concentratie in de atmosfeer

optraden meteen periodiciteit in de orde van _grootte van duizend _jaar.

Referenties:2, 9,

( 10

DUUR VAN BLOOTSTELLING VAN ORGANISCH MATERIAAL OP ZEEBODEM

AAN ZUURSTOF IS BELANGRIJK VOOR DE ZUURSTOFCONCENTRATIE IN

ATMOSFEER

IJs en oceanisch stikstof mogen dan beide een rol _{spelen bij} de concentratie in de atmosfeer van koolzuurgas, maar algemeen wordt aangenomen dat de mate waarin organische verbindingen (met relatief veel _koolstof) aan de koolstofkringloop worden

onttrokken _(bijv. in de vorm van houtgebruik, en meer _nog in de vorm van afstervende

organismen die niet of niet _{volledig verrotten)} een van de belangrijkste parameters vormt.

De _plaats waar _verreweg de meeste organische koolstof wordt

‘opgeborgen’,

is het

continentaal _plat met de continentale _helling. Veel van de organismen die in de relatief

ondiepe kustwateren _leven, zakken na hun afsterven naar de bodem, waar ze veelal spoedig bedekt worden door sediment. _Volgens recente _schattingen komt zo’n 90% van al

het _organische materiaal in de zeeën en oceanen zo in een relatief smalle zone van

sediment rondom de continenten terecht. Een deel daarvan verrot _(onder invloed van

toetredende _zuurstof), maar een ander deel blijft als _{koolstofverbindingen} in het sediment bewaard. Het _{gaat daarbij} om ontzagwekkende hoeveelheden: alle mariene afzettingen op aarde bevatten samen naar _schatting zo’n 1019 _kg koolstof. Direct of indirect is deze massa van _{fotosynthese afkomstig;} het _belang voor de koolzuurconcentratie in de atmosfeer wordt

daarmee verklaard.

Er _zijn in de _loop der _tijd tal van _{hypotheses opgesteld} over _{de processen waardoor op de}

zeebodem terecht komend _organisch materiaal al dan niet verrot (waarbij de koolstof weer

in de _kringloop wordt _opgenomen). Daaraan _gekoppeld waren modellen die _aangeven om

welke hoeveelheden dat _gaat en hoe snel die _{processen plaatsvinden.} Over die _hypotheses

en modellen bestond echter _{nauwelijks enige overeenstemming.} Een onderzoek dat is

uitgevoerd door onderzoekers van de School _{of Oceanography} van de _{University of}

Washington (in Seattle) lijkt meteen aantal_metingen nu een _parameter te hebben gevonden die niet alleen uitermate _{logisch lijkt,} maar die ook goed meetbaar is. Volgens de

onderzoekers is de duur van het _verblijf van bezonken _organisch materiaal _op de zeebodem, in contact met _zuurstofrijk water, van _{doorslaggevend belang.} Andere veel

geopperde parameters (de hoeveelheid _organisch materiaal die _bezinkt; de _aanwezigheid

van aerobe of anaerobe bacteriën; de snelheid van de bodemstromen; etc.) zijn volgens hen van slechts ondergeschikte betekenis.

Deze _bevinding is _{gebaseerd op metingen op} twee_{punten in} het _{noordoostelijk} deel van de

Stille Zuidzee; op een van de _punten was de zuurstofconcentratie in het bodemwater vrijwel nihil, en op het andere punt was zuurstof rijkelijk aanwezig. Kernen van de

bodemsedimenten _gaven niet alleen uitsluitsel over de snelheid waarmee ter _plaatse

organisch materiaal bezonk, maar ook over de sedimentatiesnelheid van slibdeeltjes en over de _diepten tot waar veel zuurstof _aanwezig was. Door die gegevens te vergelijken met

de verticale verdeling van _organisch materiaal in het _{bodemsediment,} kon worden vastgesteld dat de mate van

_verrotting

vooral

_afhangt

van de duur van

_{blootstelling}

aan

Referenties:3,7

ABRUPTE KLIMAATFLUCTUATIES BLIJKEN IN CYCLI OP TE TREDEN

Dat de concentratie van koolzuurgas in de atmosfeer is toegenomen sinds het begin van de

industriële revolutie, staat buiten _{kijf. Tegelijk lijkt} het of er een _{klimaatverandering}

optreedt. Het is _{natuurlijk aantrekkelijk} die verandering toe te _schrijven aan de _grote uitstoot van de verbrandingsgassen van fossiele brandstoffen, zoals steenkool, olie en _gas.

Maar het causale verband is

nog steeds omstreden, ondanks de

uitspraak

van het

Intergovernmental Panel on Climatic _Change (IPCC) dat _menselijke activiteiten een

bijdrage aan deze verandering leveren.

Bij het _{interpreteren} van de oorzaken van de _{klimaatverandering} - wat vooral van _belang is

voor

_{voorspellingen}

- _vormt het

geologisch

verleden een

_{aanknopingspunt, juist}

omdat in

het Pleistoceen een aantal _grote fluctuaties is

_opgetreden

in de vorm van een

_afwisseling

van _glacialen en _{interglacialen. Menselijke} invloed kan _{daarbij geen} rol hebbengespeeld.

Men heeft zich echter _{lange tijd afgevraagd} of de temperatuurfluctuaties in het verleden

even (relatief gezien) abrupt waren als momenteel. Er komen nu steeds meer overtuigende

aanwijzingen

dat zulks inderdaad het

_geval

was: _op het einde van de laatste

_{ijstijd (in}

de

Jonge

Dryas),

bijvoorbeeld,

trad er een

_duidelijke

_{temperatuurverandering}

_op binnen

hooguit enkele tientallen _jaren. Amerikaanse onderzoekers hebben nu aangetoond dat

abrupte klimaatveranderingen heel gewoon zijn, althans voor het door hen onderzochte

tijdsinterval van 500.000-340.000 jaar geleden.

Het interessante van het nieuwe onderzoek is dat het een

_opeenvolging

betreft met een

volledige ijstijd en een _{volledig interglaciaal,} met aan beide ‘uiteinden’ nog aansluitende delen. Het _blijkt dat de _{temperatuur, onafhankelijk} van het feit of er sprake is van een

ijstijd of _juist van een _{interglaciaal,} sterke schommelingen vertoont met _cycli van

1200-6000

_jaar.

Wel

_blijkt

dat de

_{schommelingen}

_tijdens

_ijstijden

_groter

_{zijn (3-4,5}

_°C)

dan

tijdens

de

_{interglacialen}

_(0,5-1 °C). Soortgelijke fluctuaties waren al eerder vastgesteld op

basis van isotopenonderzoek in _ijs dat _{omhooggehaald} werd in boorkernen van Groenland en Antarctica, maar daarbij ging het om ijs dat _{pas gedurende} het Holoceen werd gevormd.

De nieuwe _gegevens

_zijn

_gebaseerd

_op de

_verhouding

van

_{zuurstofisotopen}

in foraminiferen uit sedimenten die door _{zeestromingen} in het noorden van de Atlantische

Oceaan _{zijn afgezet.} Deze sedimenten werden geologisch gezien zeer snel opgebouwd (tot meer dan een centimeter _per eeuw), waardoor _{gedetailleerde analyses mogelijk} waren; voor ieder interval van 300

_jaar

kon de _{gemiddelde temperatuur worden bepaald.} Uit deze

bepalingen

lijkt

te kunnen worden _{geconcludeerd} dat de fluctuaties het _grootst waren _op

momenten dat de _{landijskappen} sterk _aangroeiden, en _op momenten dat _grote delen daarvan _{desintegreerden.} Gegevens van onderzoek _bij Antarctica _{wijzen erop} dat we nu in een fase zitten van relatief snelle

_{desintegratie}

van de

_ijskap.

Het kan dan ook niet worden

uitgesloten

dat er een nieuwe ‘Kleine

_Ustijd’

zal komen, zoals die van enkele honderden

jaren geleden, waaraan we zoveel mooie _schilderijen met _{‘ijspret’} te danken hebben.

Referenties: _4, 6

GERAADPLEEGDE LITERATUUR

1

Afzettingen WTKG 19(2), 1998 57

2

Doake, C.S.M., Corr, Rott, H., Skvarca, P. & _Young, N.W., 1998. _Breakup and conditions of the northern Larcen ice _shelf, Antarctica. - Nature 391: 778-780. 3

Hartnett, H.E., Keil, R.G., Hedges, J.I. & _{Devol, A.H.,} 1998. Influence of _oxygen exposure time on organic carbon preservation in Continental margin sediments.

- Nature 391: 572-574.

4

Kerr, R.A., 1998. Sea floor records reveal _interglacial climate _cycles. - Science 279:

1304-1305.'

5

Marshall, Ch.R., 1998. Mass extinction _probed. - Nature 392: 17-20. 6

Oppo, D.W., McManus, J.F. & Gullen, J.L., 1998. _Abrupt climate events 500,000 to 340,000 years ago: evidence from sunbpolar North Atlabtic sediments. - Science 279:

1335-1338.

7

Reimers, C.E., 1998. Feedbacks from the sea floor. Nature 391: 536-537.

8

Smith, A.B. & Jeffery, Ch.H., 1998.

_Selectivity

_{of extinction asmong} seaurchins at the end of trhe Cretaceous

_period.

- Nature 392: 69-71.

9

Stauffer, B., Blunier, T., Dallenbach, A., Indermühle, A., Schwander, J., Stocker, T.F., Tschumi, J., Chappellaz, J., Raynaud, D., Hammer, C.U. & Clausen, H.B.,

1998. _Atmospheric C0

2

concentration and millennial-scale climate _{change during} the last glacial period. - Nature 392: 59-62.

10

VanDeCar, J., 1998. On the shelf. - Nature 391: 747.

* _Adres

vande auteur:

Geocom B.V., Benedendorpsweg 61, 6862 WC Oosterbeek tel. 026-3390908, fax 026-3390783, e-mail tom.van.loon@wxs.nl