Tijdens mijn studie ben ik vaak op veldwerk geweest. Meestal naar het buitenland, want daar kan je goed ontsluitingen zien. Stukken gesteente liggen open en bloot en geven het mysterie weg van wat er in de ondergrond gebeurd is. Zo kan je zelfs in Cyprus aan het oppervlak de scheiding tussen de mantel en de aardkorst (MOHO) zien. We moesten hiervoor wel naar het buitenland, want in Nederland zijn er maar weinig plekken waar je in het gesteente kan hakken en meten. Als je wilt weten wat er in de Nederlandse ondergrond zit, dan moet je flink boren. Dat heb ik jaren geleden gedaan in Brabant. Met een edelman en een guts (beide zijn boren waarmee je handmatig grondboringen kunt verrichten)

Zoals atomen gestapeld worden om het kristalrooster van een mineraal te vormen waarbij kristalvlakken onder een bepaalde hoek van elkaar ontstaan, stapelen sedimentdeeltjes zich ook op een optimale manier op elkaar. De vlakken en hoeken die ze hierbij maken zijn dan misschien niet zo mooi als die van een kristal, maar is voor het stapelen van losse delen of deeltjes voor zowel natuurlijke- als door de mens uitgevoerde processen erg belangrijk. Vooral de stortingshoek, ofwel de hoek van inwendige wrijving, is hierbij een belangrijk begrip.

Afgelopen augustus heb ik als vakantiebestemming Slowakije bezocht, met haar prachtige groene heuvels, kloven, puntige bergen en bijzondere grotten. Het meest bijzondere van de bestemming tijdens mijn vakantie was de Ochtinska aragoniet grot. Deze grot is één van de drie ontdekte aragoniet grotten in heel de wereld, behoorlijk bijzonder dus. De andere twee grotten bevinden zich in Spanje en de Verenigde Staten. In de kalkheuvels van Slowakije hebben zich meerdere grotten gevormd doordat het kalkgesteente langzaam is opgelost door doorsijpelende regenwater. Hierdoor zijn er holtes in de heuvels gevormd en zijn deze holtes uiteindelijke uitgegroeid tot een netwerk van grotten. In een aantal van deze grotten hebben zich bijzondere fenomenen gevormd. Zo is er een ijsgrot in dit gebied te bezichtigen en zo ook een aragoniet grot. Deze grotten bevinden zich allen in het zo geheten Slowaaks Paradijs, een nationaal natuurgebied midden in Slowakije.

Wisten jullie dat je bovenop de Mount Everest marine fossielen kan vinden? Dit is een raar verschijnsel omdat het de allerhoogste berg op aarde is. Daar is toch nooit een oceaan geweest? Nou… niet op die hoogte, maar de stenen hebben toch zeker onder water gelegen!

Fig. 1: Schematische weergave van een zandsteen injectiet complex (lichtgrijze materiaal) waarbij het donkergrijze materiaal de niet-doorlatende laag voorstelt. De gele pijlen geven de zandlichamen aan van waaruit de injectieten zijn ontstaan. Dikes worden aangegeven door de rode pijlen, sills door de blauwe pijlen sills en de oranje pijlen geven grotere zandsteen intrusies aan. De zandvulkaan wordt aangegeven door de groene pijl. Dit figuur komt uit Hurst et al. (2011).Ontstaansproces

Sedimentaire dikes en sills, ook wel sedimentaire injectieten genoemd, ontstaan wanneer een zandlichaam met overdruk wordt geïnjecteerd in het bovenliggende gesteente. Om overdruk te creëren moet het zandlichaam worden omringd door een niet-doorlatende (klei)laag. Deze laag zorgt ervoor dat de druk in het zandlichaam nergens heen kan, waardoor er overdruk in het zandlichaam ontstaat. De overdruk wordt over het algemeen veroorzaakt door jongere sedimentaire lagen die bovenop het zandlichaam worden afgezet en met hun gewicht op het onderliggende gesteente drukken. Daarnaast kunnen andere processen, bijvoorbeeld compressie van het zandlichaam door tektonische activiteit of vloeistofmigratie (vloeistoffen die vanuit dieper gelegen lagen naar boven migreren en door het zandlichaam worden ingesloten), zorgen voor een opbouw van druk in een zandlichaam.

Wanneer de overdruk te hoog wordt kan het gebeuren dat de overdruk sterker wordt dan de omringende laag en deze ‘breekt’. Als dit gebeurt kan het zandlichaam zich omhoog migreren en vormt hierbij een dike. Doordat het zand onder grote druk staat gedraagt het zich tijdens de injectie als een vloeistof. Als het volume van het zandlichaam en de mate van overdruk groot genoeg zijn kunnen er zelfs sills ontstaan. Dan ontstaat er een systeem van aaneengesloten dikes en sills: een complex (Figuur 1). Als tijdens de injectie ook een connectie worden gemaakt met de oppervlakte, dan kan er zelfs een zogenoemde zand- of moddervulkaan ontstaan.

 

 

 

Hoe zien ze eruit?

Sedimentaire injectieten komen over de hele wereld voor en bevinden zich zowel boven als onder de grond. Ze zijn dus te vinden op seismische profielen, maar ze zijn ook in ontsluitingen te bestuderen (Figuren 2 & 3). Hierdoor weten we dat ze in alle soorten en maten voorkomen; van gigantische complexen (denk aan een injectiet complex wat een hele berghelling bedekt, Figuren 2A & 2D) tot kleine complexen (dunne dikes en sills van een paar meter lang en een paar centimeter breed, Figuren 2B & 2C).   

Fig. 2: Mooie voorbeelden uit Californië (USA) van zandsteen injectieten in het veld. Foto’s A en B zijn gemaakt bij Santa Cruz en foto’s C en D in de San Joaquin vallei. Figuur afkomstig uit Huuse et al. (2009).

Toepassing van injectieten

Wanneer de ondergrond wordt gebruikt voor exploratie kunnen sedimentaire injectieten mooie kansen bieden, maar ze kunnen ook voor problemen zorgen. Voor exploratie; de winning van olie, gas, of geothermie en de opslag van CO2 en waterstof, is een reservoir en een seal nodig. Het reservoir bestaat uit een grofkorrelig gesteente (bijvoorbeeld zand of een carbonaat) waar genoeg ruimte tussen de korrels aanwezig is om vloeistoffen of gassen in op te slaan. De seal ligt direct bovenop het reservoir en bestaat uit fijnkorrelig gesteente (bijvoorbeeld klei). Hierdoor kan de stof die in het reservoir zit niet kan ontsnappen.

Omdat voor het opbouwen van de overdruk een omringende niet-doorlatende laag nodig is, bevinden sedimentaire injectieten zich vaak in formaties die als seal worden gebruikt. Als het injectiet complex kleiner is dan de seal waar ze inzitten, dan kan een injectiet complex een perfect reservoir zijn. Het complex word dan namelijk omringt door de seal waardoor eventueel aanwezige stoffen niet kunnen ontsnappen. De problemen ontstaan wanneer het injectiet complex groter is dan de seal. Het injectiet complex kan dan bijvoorbeeld een reservoir gesteente dat onder de seal zit, verbinden met het materiaal wat boven de seal zit. Zo vormt het injectiet complex juist een ontsnappingsroute voor de stof die opgesloten zit in het reservoir.

 Fig. 3: Voorbeeld van een injectiet complex in de ondergrond, bestudeerd met behulp van seismiek. Het afgebeelde complex is gevonden in Austral-Magallanes bekken, gelegen in Chili en Argentinië. Naar dit specifieke injectiet complex wordt recentelijk meer onderzoek verricht omdat het zou kunnen dienen als een reservoir. Het figuur komt uit Serié & Pemberton (2021).

Kortom, kennis van sedimentaire injectieten is essentieel. Ondanks dat de eerste injectiet al in 1827 werd beschreven door Murchison, is er pas sinds de jaren 90 aandacht voor het bestaan ervan. Dit komt doordat het belang van sedimentaire injectieten voor de exploratie geologie toen pas werd erkend. Sindsdien wordt er steeds meer ontdekt over deze fascinerende sedimentaire complexen in ontsluitingen en in de ondergrond!

Referenties

Jolly, R. J., & Lonergan, L. (2002). Mechanisms and controls on the formation of sand intrusions. Journal of the Geological Society, 159(5), 605-617.

Huuse, M., Jackson, C., Cartwright, J., & Hurst, A. (2009). Large-scale sand injectites in the North Sea: Seismic and event stratigraphy and implications for hydrocarbon exploration. In: AAPG Annual Convention 2009, Denver, CO (pp. 7-10).

Hurst, A., Scott, A., & Vigorito, M. (2011). Physical characteristics of sand injectites. Earth-Science Reviews, 106(3-4), 215-246.

Murchison, R. I. (1827). On the Coal-field of Brora in Sutherlandshire, and some other Stratified Deposits in the North of Scotland. Transactions of the Geological Society of London, 2(2), 293-326.

Ogata, K., Weert, A., Betlem, P., Birchall, T., & Senger, K. (2023). Shallow and deep subsurface sediment remobilization and intrusion in the Middle Jurassic to Lower Cretaceous Agardhfjellet Formation (Svalbard). Geosphere, 19(3), 801-822.

Serié, C., & Pemberton, E. (2021). A new hydrocarbon exploration play: Upper Cretaceous–Paleocene sand injection complexes in the Austral-Magallanes Basin. Geological Society, London, Special Publications, 493(1), 29-45.

Als je naar het klassieke plaatje van een vulkaan kijkt, dan wordt dat weergegeven met een vloeibare magma kamer onder de vulkaan in de aardkorst. Uit de magmakamer loopt een schacht omhoog die functioneert als pijp waardoor lava naar buiten kan stromen (fig. 1). Op elk mogelijk moment kan hier heet en vloeibaar materiaal de vulkaan uitstromen of schieten.

We gaan terug in de tijd, ruim 100 000 jaar. Europa verkeert in de laatste IJstijd, het Weichselien, en het is ijzig koud (afb. 1). Een groot deel van het zeewater is opgeslagen in landijs, waardoor de zeespiegel laag staat. Door de lage zeespiegelstand is een uitgestrekt gebied van meer dan 200.000 vierkante kilometer tussen de huidige Lage Landen en de kust van Engeland, Schotland, Noorwegen en Denenmarken droog komen te liggen. Dit gebied is te vergelijken met een gebied groter dan het Verenigd Koningrijk en is verloren gegaan aan de zee over een periode van ongeveer 11.000 jaar na de laatste ijstijd, het Weichselien. Tijdens het Mesolithicum is dit gebied erg belangrijk voor de jager-verzamelaars (afb. 3). De regio is voor 10.000 jaar (tussen ongeveer 23.000 tot 13.500 BP)¹ niet bewoond geweest. Vanaf 12.400 BP tot het eerste deel van het Bølling-Allerød-interstadiaal heeft in het zuiden van Brittannië en in het zuiden van Jutland volgens vondsten bewoning van groepen mensen plaatsgevonden en zo ook op het land tussen deze twee ‘kusten’. De Britse archeoloog Bryony Coles heeft in de jaren ’90 baanbrekend onderzoek gedaan en vernoemde dit gebied naar de Doggersbank, Doggerland. Dogger komt van het woord voor een oud Nederlandse vissersboot waarmee op kabeljauw, dogghe, wordt gevist.

Vrij recent kwam het Zweedse bedrijf LKAB met het persbericht dat ze zeldzame aardmetalen, ofwel rare earth elements (REE’s) gevonden hebben in het Per Geijer erts lichaam vlakbij Kiruna en dat was wereldnieuws. Maar waarom eigenlijk? Om dat te snappen moeten we eerst weten wat REE’s zijn en waarvoor we ze gebruiken.

Op Antarctica ligt een vijver genaamd de Don Juan vijver. Deze is gelegen in de Wright Valley (zie afbeelding 1) en is ontdekt in 1961 door George H. Meyer. Je zou denken dat op een vijver op Antarctica altijd geschaatst kan worden. Je kan echter beter gaan schaatsen in Nederland dan op deze vijver. Hoewel de vijver maximaal 91 cm diep is, is deze niet vaak bevroren. Dit komt doordat deze kleine vijver 1,3 keer zo zout is als de Dode Zee. Hoewel de temperatuur aan het oppervlakte kan dalen tot -50 graden Celsius in Antarctica, zal deze vijver dus niet snel bevriezen.

Het zoutgehalte van deze vijver is 33,8%. Toch is dit niet hetzelfde zout zoals je in zeewater vindt, natriumchloride (NaCl). Het merendeel van het zout in de Don Juan vijver bestaat uit calciumchloride (CaCl₂). Water kan een verscheidenheid aan mineralen en elementen in zich oplossen en vervoeren. Als het water vervolgens verdampt dan blijven de opgeloste mineralen en elementen achter. Dit is het principe waardoor de Dode Zee zo ontzettend veel zout bevat, maar ook hoe de zoutafzettingen in het Middellandse Zee gebied zijn ontstaan. Maar waarom heeft deze vijver juist zoveel calciumchloride terwijl je op deze plek weinig verdamping kan verwachten? Er moet een bron zijn die het water naar de vijver toe brengt én daarbij calciumchloride met zich mee brengt.

Er is een ondergrondse aquifer onder de vijver. Deze diepe bron heeft wel een verhoogd gehalte in calciumchloride. Op 15 meter diep is het 17% en op 58 meter diep 18%. Als er genoeg aanvoer van zo een bron zou zijn met genoeg verdamping dan zou de vijver vol zout komen te staan. Echter zijn er weinig aanwijzingen die duiden op een opwelling van grondwater.

Er is een andere verklaring
Er zijn kleine waterweggetjes te zien op de vlakte van de vallei rondom de vijver (zie afbeelding 2). De vloeistof die stroomt ten oosten van de Don Juan vijver is relatief verrijkt in Ca²⁺ ten opzichte van Na⁺ en heeft lage Na⁺/Cl^- waardes. De verrijking wordt positief beïnvloed doordat sneeuw sublimeert. Tevens wordt het calciumchloride zout snel vloeibaar bij lage vochtigheid. Dus in de zomerse maanden op Antarctica kan zelfs een beetje vochtigheid dit zout makkelijk meenemen. Om dit proces aan te tonen hebben onderzoekers de bodemvochtigheid gemeten op zo een waterweggetje en op een plek ver van het water weggetje af. Hierbij bleek dat er meer vocht in de bodem zit op en in het waterweggetje (de blauwe lijn in afbeelding 3) dan verder weg van het waterweggetje. De Don Juan vijver wordt dus langzaam gevoed door een klein bodemstroompje vol zout. In de loop van de tijd kan er een vijver ontstaan die ontzettend zout is.

Maar wat heeft dit alles te maken met Mars?
De hiervoor beschreven manier van het voortbewegen van het water is een aannemelijk model voor een hydrologisch systeem op het hedendaagse Mars. De temperatuur daar is namelijk ook erg koud, gemiddeld -55 graden Celsius jaarlijks met een maximum van 27 graden Celsius en een minimum van -143 graden Celsius. Deze koude Mars temperaturen sluiten namelijk een interactie tussen diep grondwater en het oppervlak uit. Maar er kan toch water ‘stromen’ over het oppervlak volgens het hierboven omschreven proces. De helling moet steil genoeg zijn om het stromen te bevorderen. Zouten die makkelijk vloeibaar kunnen worden, bevorderen ook het proces.

Meer lezen? Tip van de redactie.
Ga naar het artikel A Chemical Detective Story waarin het onderzoek naar het zoutgehalte van de Don Juan vijver wordt beschreven. Met mooie foto’s van het eigenlijke gebied.

Piggy stones

Tijdens een presentatie van een van mijn collega’s kwamen een aantal prachtige foto’s voorbij van interessante glaciale landvormen op Kerguelen, een eiland in de Zuidelijke Oceaan. Mijn collega noemde ze ‘piggy stones’, omdat ze leken op ronde varkens op kleine pootjes (afb. 1 en 2). Hoe deze zwerfstenen precies op bun pootjes waren beland was nog niet helemaal duidelijk, maar het had zeker iets te maken met erosie.

Als enthousiast van bijzondere landvormen ben ik verder het onderwerp ingedoken en op zoek gegaan naar locaties waar dit verschijnsel dichter bij huis valt te bewonderen.

De zwerfkeien van Norber
Na behoorlijk wat zoekwerk kwam ik terecht bij een aantal prachtige voorbeelden in het Verenigd Koninkrijk en Ierland. Een van de best bestudeerden zijn de Norber erratics, een verzameling zwerfkeien op de golvende heuvels van New Yorkshire (afb. 3). Dit gebied was tussen de 120.000 en ~10.000 jaar geleden bedekt door een grote gletsjer. De vorm van het huidige landschap is dan ook grotendeels gevormd door glaciale erosie. In het Verenigd Koninkrijk wordt deze periode het Devensian genoemd, maar bij ons is deze beter bekend als het Weichselien – de meest recente ijstijd. Het ijs stroomde toendertijd in zuidzuidwestelijke richting over het huidige Yorkshire Dales National Park en transporteerde daarbij een behoorlijk aantal zwerfkeien.

Samenstelling en herkomst
De zwerfkeien van Norber bestaan uit grauwacke en zijn maar over een kleine afstand getransporteerd. Ze zijn afkomstig van een nabijgelegen ontsluiting in Crummackdale op een heuvel niet meer dan een kilometer ten noorden van hun huidige positie. Het moedergesteente bestaat hier uit grauwacke dat werd afgezet in het Siluur, meer dan 400 miljoen jaar geleden. Dit was een zeer warme periode in de geschiedenis van de Aarde en de zeespiegel lag erg hoog. Het huidige Norber bevond zich toen ver onderwater. Het gesteente dat is afgezet tijdens het Siluur wordt onderverdeeld in vier series; het Llandovery, Wenlock, Ludlow en Pridoli. Ten noordoosten van Norber is gesteente te vinden uit de Wenlock serie (433,4 tot 427,4 Ma), welke wordt onderscheiden door het eerste voorkomen van een specifieke graptoliet. Analyse van de zwerfkeien wees erop dat deze bestaan uit gesteente uit de Austwick formatie, afgezet in het begin van de Wenlock serie. Dit gesteente werd afgezet in verschillende units van turbedieten (grauwacke en zandsteen) en kalkrijke, ziltige wacke.

Ondergrond
In tegenstelling tot de zwerfkeien bestaat de ondergrond in Norber uit horizontaal gelaagde kalksteen van het vroeg Carboon. De kalksteen werd in het Dinantien tussen de ~360 en 325 Ma afgezet in een ondiepe tropische binnenzee. Een verscheidenheid aan soorten die in de riffen leefden, zijn terug te vinden in de kalksteen. Door latere deformatie en erosie van het gebied is op sommige plekken de kalksteen net iets lager komen te liggen dan de 100 miljoen jaar oudere grauwacke, waardoor het ijs dit oudere materiaal heeft kunnen eroderen en als zwerfkeien bovenop het jongere heeft kunnen afzetten. Maar hoe hebben deze zwerfkeien dan hun pootjes gekregen?

De pootjes
Dit heeft alles te maken met verschillende mate van erosie tussen de twee gesteentesoorten. De grauwacke is een grove zandsteen en is veel beter bestand tegen erosie dan de onderliggende kalksteen. Waar de zwerfkeien boven op het kalksteen liggen, vormen deze een soort paraplu die het onderliggende gesteente beschermt. Na de deglaciatie van het gebied hebben duizenden jaren aan erosie ervoor gezorgd dat de onbeschermde kalksteen in de omgeving tientallen centimeters lager is komen te liggen dan het oorspronkelijke niveau en de voetstukken van de zwerfkeien langzaam zijn omgevormd tot dunne pootjes (afb. 4).

Uit onderzoek blijkt dat de verwering van de kalksteen met een snelheid van zo’n 10 mm per duizend jaar gaat. Wat erop zou wijzen dat het gebied ergens tussen de 15.000 en 12.000 jaar geleden ijsvrij was. Meer recente dateringen wijzen er echter op dat dit ook 22.000 tot 18.000 jaar geleden geweest kan zijn, wat erop kan duiden dat de erosiesnelheid een stuk minder snel is. Voor ons een goed teken, want dit kan betekenen dat het nog heel wat jaren kan duren voordat de kalksteen zo verweerd wordt dat de zwerfkeien door hun pootjes zullen zakken.

Bronnen:

• Goldie, H. S. (2005). Erratic judgements: Re-evaluating solutional erosion rates of limestones using erratic-pedestal sites, including Norber, Yorkshire. Area, 37(4), 433–442. https://doi.org/10.1111/j.1475-4762.2005.00653.x
• Parry, B. (2007). The provenance of the Norber erratics, and the formation of post-Devensian-deglaciation pedestal rocks with carboniferous limestone pedestals in England, Ireland and Wales [University of Huddersfield]. http://eprints.hud.ac.uk/id/eprint/716/
• Vincent, P. J., Wilson, P., Lord, T. C., Schnabel, C., & Wilcken, K. M. (2010). Cosmogenic isotope (36Cl) surface exposure dating of the Norber erratics, Yorkshire Dales: Further constraints on the timing of the LGM deglaciation in Britain. Proceedings of the Geologists’ Association, 121(1), 24–31.
• https://doi.org/10.1016/j.pgeola.2009.12.009
• https://dalesrocks.org.uk/ribblesdale/geological-processes/glacial-erratics/

Afgelopen september ben ik op vakantie geweest naar IJsland en ben ik daar erg onder de indruk geraakt van de geisers die we hebben bezocht, (afb. 1). Ik was onmiddellijk geboeid door dit fenomeen en hoe het ontstaat. Graag zou ik dit verder onderzoeken en het lijkt mij een goed idee om dit via deze weg te doen en mijn verwondering met jullie te delen.

IJsland is één van de zes plaatsen ter wereld waar actieve geisers voorkomen en is ook de plek waar de allereerste geiser is ontdekt. Een geiser is een door aardwarmte verwarmde natuurlijke heetwaterbron, die op min of meer op regelmatige tijden een mengsel van heet water en stoom de lucht in spuit. Het is een vulkanisch verschijnsel en heeft een maximale levensverwachting van rond de 1.000 jaar. De benaming geiser is afgeleid van ‘geysir’, de naam van de geiser die als eerste ontdekt is. Het woord geysir komt weer van het IJslandse werkwoord gjósa, wat ‘spuiten’ betekent. De vorming van een geiser is afhankelijk van drie hydro geologische omstandigheden, deze drie omstandigheden worden hieronder beschreven.

De werking van een geiser
Een geiser ontstaat alleen wanneer er een combinatie van drie geologische condities plaatsvindt. Deze geologische condities komen voornamelijk in vulkanische gebieden voor en bestaan uit een warmtebron, water en een breukensysteem (afb. 3).

Warmtebron
Wanneer een geiser uitbarst wordt er een combinatie van water en stoom de lucht in gespoten. Om het water in de geiser te verwarmen is een warmtebron nodig. De warmtebron bestaat meestal uit een mantelpluim dicht aan het aardoppervlak. Een mantelpluim is een pluim van gesmolten gesteente die via de mantel en door een deel van de korst omhoogstijgt. Deze mantelpluim verwarmt het gesteente onder de geiser. Nu hebben we een warmtebron, maar nog geen water en een breukensysteem, snel door dus.

Water
Om verwarmd water te krijgen, moet er permanent water in de ondergrond aanwezig zijn. Het water kan ter plaatse aanwezig zijn maar het kan ook in de korst vanaf een andere plaats worden aangevoerd. Daarmee komen we aan bij het systeem van breuken.

Breukensysteem
Om van het warme water een geiser te vormen is een ondergronds systeem van breuken en scheuren nodig, waardoor het water zich kan bewegen. Daarnaast is er een waterreservoir nodig, om het water op te slaan terwijl het wordt verhit. Geisers komen dan ook meestal voor langs breuklijnen. Het breukensysteem bestaat uit een stelsel van breuken, scheuren, poreuze ruimten en holtes. Vernauwingen in het systeem zijn essentieel voor het opbouwen van de druk, die nodig is om een eruptie plaats te laten vinden.

De temperatuur van het water onderin de geiser stijgt door de verhitting van de warmtebron, tot dat het water kookt. De druk wordt opgebouwd waardoor het water samen met stoombubbels (gasbellen) in het water zich naar de top van de waterkolom verplaatsen. Wanneer het water door een opening in het aardoppervlak omhoog spuit, gaat er water verloren dat niet direct terug de geiseropening instroomt. Hierdoor wordt het gewicht van de waterkolom in de geiser (en dus de druk van het water in de geiser) verminderd. Naarmate er weer meer water terug de geiser instroomt en de temperatuur en druk van het water in de geiser weer stijgt, wordt toegewerkt naar een volgende uitbarsting.

Bij een eruptie van de geiser, daalt de druk vlakbij het aardoppervlak. Hierdoor gaat het kokende water sneller over in stoom. Dit komt doordat water bij een lagere druk al bij een lagere temperatuur kookt. Het resultaat is een mengsel van stoom (gas) en warm water dat uit de geiseropening spuit.

Het geiserwater reageert met het gesteente rondom de geiser, waardoor kwarts (siliciumdioxide, SiO₂) oplost en wordt afgezet als silica op de wanden van de geiser en aan het oppervlak van de geiser. De silica zorgt ervoor dat de breuken in het gesteente een soort coating krijgen, waardoor het geiserwater niet door het gesteente kan ontsnappen. De breuk waardoor het water zich beweegt is daardoor druk bestendig. De druk is essentieel voor de eruptie van het water en de gasbellen. Het water dat achterblijft in de geiser koelt uiteindelijk af tot onder het kookpunt, waardoor de druk en hoeveelheid water afneemt. De eruptie houdt hierdoor op. Het verhitte grondwater sijpelt terug in het reservoir en de cyclus kan weer opnieuw beginnen. De lengte van de eruptie en de tijd tussen de erupties verschilt per geiser. Nu duidelijk is hoe een geiser in het algemeen werkt, zou ik toch graag nog meer willen weten over Geysir op IJsland.

Geschiedenis van Geysir
Geysir maakt onderdeel uit van het Geysir geothermische veld in Haukadalur, welke in het zuiden van IJsland ligt, in een ondiepe, lange vallei met een noord-zuid oriëntatie. Geysir zelf ligt aan de voet van de oostelijke flank van de heuvel Laugarfjall, die 187 m hoog is. Heetwaterbronnen op IJsland komen voor rond 6 km van de tektonische regio. De oudste vermelding van Geysir gaat terug naar 1294 na Chr., wanneer er meerdere aardbevingen in de regio plaatsvinden en Geysir hierdoor uitbarst. Als gevolg van de aardbevingen verdwijnen enkele heetwaterbronnen en ontstaan er ook nieuwe bronnen. Een of twee keer per eeuw zijn er hevige aardbevingen voorgekomen in zuid IJsland. Na een inactieve periode van 40 jaar is in 1630 is de Geysir in Haukadalur zo hevig uitgebarsten dat de omgeving beefde. Voordat deze hevige aardbeving van 1896 plaatsvindt, is de activiteit van Geysir enorm afgenomen waardoor deze alleen nog eens per maand uitbarst. Het is voorgekomen dat, tijdens een actieve periode, Geysir elk uur uitbarstte en de waterkolom tot wel 60 meter hoogte reikte. Na 1896 is de activiteit van Geysir wederom afgenomen, vermoedelijk doordat in de schacht van Geysir opgevuld is met silica, neergeslagen uit het bronwater. Hierna zijn er nog meerdere periodes van activiteit geweest.

Het ontstaan van Geysir
Om te begrijpen waarom Geysir op IJsland is ontstaan, is eerst een korte uitleg over het ontstaan van IJsland zelf nodig. IJsland ligt op de Mid-Oceanische Rug, daar waar de Amerikaanse en Euraziatische continentale platen uit elkaar bewegen en waardoor er continue nieuwe continentale korst wordt gevormd. De geothermische regio’s op IJsland zijn verdeeld in twee groepen, de regio’s met een lage temperatuur en de regio’s met een hoge temperatuur (afb. 5). De regio’s met een lage temperatuur zijn te vinden in Kwartaire (0 tot 2,59 miljoen jaar oud) en Tertiaire (2,59 tot 66 miljoen jaar oud) vulkanisch gesteente en hebben een temperatuur gelijk aan of onder de 150 graden Celsius op een kilometer diepte, alsnog erg warm als je het mij vraagt. Deze regio’s liggen verder van de Mid-Oceanische Rug af. De regio’s met een hogere temperatuur dan 150 graden zijn voornamelijk te vinden in het centrale gedeelte van de actieve vulkanische rift zone en krijgen hun warmte van de lokale ophopingen van stollingsgesteente die op een ondiep niveau in de korst liggen. De Mid-Oceanische Rug is daarmee de warmtebron die nodig is om het water van Geysir te laten uitbarsten. De watertemperatuur van Geysir heeft een minimale temperatuur van 240 graden Celsius, wat hoog is in vergelijking met andere velden. Chemische en isotopische studies van het hete water van de bronnen dicht bij Geysir laten zien dat de wateren oorspronkelijk een mix zijn van afgestroomd water van het Geysir geothermische veld en lokaal koud grondwater. In het begin van de 18e eeuw barste Geysir drie keer per dag uit, maar de activiteit van de geiser is afgenomen en barst tegenwoordig slechts eens in de paar dagen of weken uit. De erupties konden 70 tot 80 m hoog reiken, waarna er een dikke wolk met kleine waterdruppeltjes tien minuten bleef hangen.

Strokkur

Naast de grote geiser Geysir zijn er nog meer kleinere geisers actief in Haukadalur, zoals Strokkur. Deze heb ik op mijn vakantie actief gezien, wat spectaculair was (afb. 6). Het mechanisme van de eruptie van de Strokkur geiser is vrij simpel. Het water in de ondergrond heeft een hogere temperatuur, maar ook een hoger kookpunt door de extra druk die er wordt uitgeoefend op het water in de diepere ondergrond. Rond 15 meter diepte komt de watertemperatuur dicht bij het kookpunt waardoor de waterkolom instabiel is. Door deze instabiliteit kan het water in delen van de pijp gaan koken. Het water zet uit, waardoor er druk in de pijp ontstaat en een eruptie kan worden veroorzaakt. De pijp van Strokkur wordt niet geleegd, zodat deze niet gevuld hoeft te worden met water voordat deze weer binnen enkele minuten uitbarst. Echter bij Geysir ligt het ingewikkelder (afb. 4). Een eruptie begint met gerommel, terwijl het water in de Geysir bron langzaamaan krachtiger wordt en water van 10 tot 20 meter in de lucht wordt geschoten. Dit houdt 10 tot 15 minuten aan. Een deel van het water stroomt uit de bron en een deel wordt uit de bron geschoten. Opeens wordt het water in de pijp gezogen en de geiser is voor 30 tot 60 seconde rustig. En dan ineens wordt het water krachtig uit de geiser gespuwd in een kolom van 60 tot 80 m hoog. Het water stroomt uit de pijp en verandert van een kolom naar een krachtige stroom. Deze fase houdt 5 tot 10 minuten aan. De kracht van de stroom neemt langzaamaan af en dooft uit wanneer de pijp zich weer met water vult.

Ik hoop dat jullie, na het lezen van deze tekst, net zo enthousiast zijn geworden over geisers als ik en Geysir en Strokkur eens gaan bezoeken op IJsland!

Bronnen

• Jones, B., Renaut, R.W., Torfason, H. & Owen, R.B. (2007) The geological history of Geysir, Iceland: a tephrochronological approach to the dating of sinter. University of California-San Diego. Journal of the Geological Society, London, Vol 164, pp. 1241-1252.
• Pasvanoğlu, S. (1998). Geochemical study of the Geysir geothermal fiels in Haukadalur, S-Iceland. Kocaeli University, Faculty of Engineering, Turkey.
• Walter, T.R., Jousset, P., Allahbakhshi, M., Witt, T., Gudmundsson, M. T. & Páll Hersir, G. (2020). Underwater and drone based photogrammetry reveals structural control at Geysir geothermal field in Iceland. Journal of Volcanology and Geothermal Research, Volume 391.
• http://www.vulkanisme.nl/vulkanische-verschijnselen/geiser.php
• thinkgeoenergy.com

Iedereen heeft er wel van gehoord, the big five. Alleen doel ik deze keer niet op de prachtige beesten in Afrika maar op de geologische big five, de massa extincties uit het verleden. Waardoor werden ze veroorzaakt? Hoe kwam het leven er steeds weer bovenop? Om daar achter te komen moeten we eerst begrijpen wat een massa extinctie precies is. Tot ongeveer 1980 geloofden geologen over het algemeen in de theorie van uniformitariteit, het idee dat leven langzaam verandert en verdwijnt.

Vanaf 1980 ontstond er echter een verschuiving in dit denkbeeld door de publicatie van een paper door Luiz en Walter Alvarez dat liet zien dat in sedimenten waar een hoog sterfte aantal werd waargenomen ook veel Iridium aanwezig was, het element dat veel in meteorieten voorkomt. Sindsdien neemt de theorie van Catastrofe de overhand, het idee dat het leven door een bepaalde gebeurtenis in zeer korte tijd grotendeels kan verdwijnen. Wanneer er een groot deel van het leven verdwijnt en voelbaar is onder alle soorten en in alle biotopen overal op aarde dan noemen we zo’n gebeurtenis een massa-extinctie.

De eerste massa extinctie die geologen erkennen, vond plaats aan het einde van het Ordovicium zo’n 445 miljoen jaar geleden waarbij ongeveer 85% van al het leven uitgeroeid werd (fig. 1). Waar de temperaturen tijdens het Ordovicium tropisch waren, ontstond er aan het eind van het Ordovicium een ijstijd op de continenten Afrika en Zuid-Amerika die destijds vlakbij de zuidpool lagen en onderdeel waren van het supercontinent Grondwana (fig. 2). De reden dat er een levensverwoestende ijstijd kon ontstaan op het zuidelijk halfrond is ironisch genoeg dat het zo goed ging met het leven. Hoe meer reproductie er was, hoe meer marine organismen CO₂ konden opnemen voor hun skeletten. Hierdoor namen de broeikasgassen in de atmosfeer genoeg af om de temperatuur te laten zakken en ijskappen op aarde te kunnen vormen.

Het uitsterven bestond uit twee pulsen. Aan het begin van de ijstijd stierven veel soorten uit vanwege het terugtrekken van de zeespiegel door de vorming van het ijs waarbij veel ondiepe biotopen droog kwamen te liggen en diepzeestromingen verstoord werden. De overlevende soorten pasten zich aan het nieuwe klimaat aan maar dit bleek catastrofaal toen de ijstijd ook weer plotseling ophield en de temperatuur samen met het zeeniveau terugkwamen naar de oorspronkelijke hoogte. Het verdwijnen van de ijskappen komt door verschuiving van Grondwana.

Het supercontinent verschoof naar een hogere latitude waar het warmer was. Hierdoor smolt het ijs genoeg om een omgekeerd albedo effect in gang te zetten en terug te keren naar eenzelfde staat als voor de afkoelende periode. Na deze twee verwoestende uitstervingspulsen deed het leven er 100 miljoen jaar over om weer terug te komen op het niveau van voor de ijstijd. Kenmerkend is dat veel van de nieuw ontstaande soorten gelijkenissen vertoonden met levensvormen die de ijstijd niet hebben overleefd.

De tweede massa extinctie die als zodanig is erkend in ‘The big five’ vond plaats aan het einde van het Devoon 375 miljoen jaar geleden (fig. 1). Met deze massa extinctie is iets raars aan de hand. De ratio van het verdwijnen van levensvormen laat in deze periode geen drastische piek zien ten opzichte van de rest van het Devoon, maar juist een abnormaal lage mate van specificatie (het ontstaan van nieuwe soorten). Dit resulteerde in een afnemende biodiversiteit. Om een beeld te schetsen over de ernst van de situatie, in het midden Devoon waren koraalrifsystemen de uitgebreidste in de geschiedenis van de aarde omdat riffen goed herstelden van de Ordovicium massa extinctie. Door het uitblijven van nieuwe soorten namen de riffen af met een factor 5000 aan het eind van het Devoon. Een serie van snel afwisselende klimaatveranderingen zoals zeespiegel schommelingen, opwarming van de oceanen, diep mariene anoxische periodes en koolstof opname door planten resulterend in afnemende temperatuur worden over het algemeen beschouwd als de reden voor het grotendeels uitblijven van nieuwe stabiele soorten en zelfs het afnemen in formaat van bestaande soorten. Net als in de huidige tijd konden aan het eind van het Devoon veel soorten zich niet snel genoeg aanpassen aan de klimaatverandering en verdwenen daardoor. Gelukkig werd het klimaat aan het begin van het Carboon weer stabieler waardoor de overlevende organismen de tijd kregen om te herstellen en floreren waardoor er ook weer nieuwe speciatie plaatsvond.

De derde en grootste massa extinctie vond plaats tussen 259 en 252 miljoen jaar geleden aan het eind van het Perm (fig. 1). In pulserende intervallen stierf 90% procent van het leven uit. De eerste uitstervingspuls vond plaats aan het eind van het Carpetian (etage in het Perm). In sedimenten uit deze periode bevinden zich recordaantallen marine organismen die in de jongere stratigrafische opeenvolging niet meer terugkeren. De bekendste sedimenten met dit verschijnsel zijn gevonden in China waar gedetailleerde studies worden uitgevoerd op met name conodonten. (Visachtigen die door hun ontwikkeling goed te herkennen zijn). De tweede puls vond plaats in het Changhsingian (laatste etage van het Perm). Ondanks dat wetenschappers het nog niet met elkaar eens zijn over de precieze oorzaak van de massa extinctie zijn er wel een aantal catastrofale gebeurtenissen die in tijd overeenkomen, zoals de vorming van supercontinent Pangea, de daaraan verwante zeespiegel regressie, anoxische zeeën, hoge concentraties broeikasgassen en de Siberian Traps (grote continentale vulkanische provincie). Al deze gebeurtenissen hebben ongetwijfeld grote invloed op het leven maar momenteel zijn de Siberian Traps de favoriete zondebok. Hoe kan het ook anders, met een oppervlakte van 5 miljoen km² en inhoud van 3 miljoen km³ aan uitvloeibasalten spannen de Siberian Traps de kroon in vulkanische activiteit in de Aardse geschiedenis (fig. 3).
Mocht u de impact van deze inhoud niet kunnen bevatten; het is genoeg om heel huidig China te bedelven onder een laag van 300 m basaltgesteente.

Het is dan ook begrijpelijk dat gedurende eind Perm immense concentraties aan CO₂ en methaan de atmosfeer in geslingerd werden waardoor het broeikaseffect gigantisch steeg. Tegen het einde van de massa extinctie is het leven er slecht aan toe. Door de uitroeiing van 90% van het leven waaronder ook veel plantensoorten is het zuurstofgehalte niet hoog. Gelukkig floreren stromatolieten en andere primitieve algensoorten in deze barre condities en voorzien de aarde net als tijdens ‘The great oxydation Event’ in het Cambrian van zuurstof. Hierdoor kregen andere levensvormen die moeite hadden met overleven zoals schelpdieren ook een kans om er bovenop te krabbelen en zich weer opnieuw uit te breiden.

De vierde massa extinctie
Het interval tussen de grootste massa extinctie en haar opvolger is maar een magere 50 miljoen jaar en daarmee ook het kortste interval tussen opvolgende massa extincties. Aan het eind van het Trias, rond 201 miljoen jaar geleden, gaat het weer mis (fig. 1). Net als in het Ordovicium en het Perm zijn er ook tijdens het Trias twee pulsen van uitstervingen. De eerste puls, waarbij veel marine organismen het loodje leggen wordt toegeschreven aan klimaatverandering. In een korte tijd steeg het CO₂ gehalte in de atmosfeer naar vier keer dat van voorheen, met het gevolg dat de temperatuur 3-4°C steeg. Zo’n 10.000 jaar later begon het vulkanisme van een nieuwe continentale vulkanische provincie: de Central Atlantic Magmatic Province (CAMP). Door de hoeveelheid vulkanische as die de atmosfeer in geschoten werd, ontstond er een laag die weinig zonlicht doorliet en waardoor de temperatuur op aarde weer afkoelde. Of de stijging in het CO₂ gehalte verwant is aan vroege ontgassing van deze vulkanische activiteit is vooralsnog speculatief. Desalniettemin had de vulkanische activiteit, ondanks dat het maar een fractie was van de Siberian Traps, een gigantische impact op het terrestrische leven. Sporenonderzoek wijst uit dat plantensoorten de eerste waren die te lijden hadden onder CAMP, met als gevolg dat later ook veel planteneters verdwenen door een gebrek aan voedsel en er een kettingreactie ontstond in de rest van de voedselketen.

De vijfde en laatste massa extinctie van de ‘Big five’ is de massa extinctie die de meeste van ons het beste kennen en zorgde voor het uitsterven van de dinosauriërs. Deze catastrofale gebeurtenis vond plaats aan het eind van het Krijt zo’n 65 miljoen jaar geleden en verwoestte 75% van het leven op aarde (fig. 1). Er wordt nog steeds gediscussieerd over de mogelijke bijdrage van de Deccan Traps continentale vulkanische provincie in India aan deze verwoesting. Toch is het tegenwoordig algemeen bekend dat een meteorietinslag met een doorsnede van 10 km die plaatsvond in Mexico gecorreleerd kan worden aan de timing van de massa extinctie. Het bewijs voor de timing van de inslag is te vinden in een goed te dateren Iridium laag in gesteenten op veel plekken op aarde. Maar waarom is een inslag op één plek op aarde zo dodelijk? Tijdens de impact vonden er enorme aardschokken plaats die wereldwijd voelbaar waren en tsunami’s veroorzaakten. Ook kwam er een enorme hitte en gassen vrij vanwege de kracht van de impact waardoor al het leven in de buurt van de inslag meteen overleed. De impact zelf was dus geen pretje, maar ook de periode na de impact was zwaar. Het stof dat tijdens de impact de atmosfeer in geslingerd werd is daar jaren blijven hangen en had een afkoelend effect op de aarde waardoor de temperaturen daalden en er weinig direct zonlicht was. De gassen die vrijkwamen tijdens de impact zorgden voor zure regen en dat de oceanen verzuurden, is iets waar veel organismen slecht tegen kunnen. Dit alles bij elkaar heeft ervoor gezorgd dat de meteorietinslag nog jaren na de daadwerkelijke gebeurtenis invloed heeft gehad op het klimaat op aarde. Omdat we hier spreken over effecten die intens voelbaar zijn direct na de inslag had het leven geen enkele tijd om zich aan te passen. Alleen wezens die al een verscholen leven leefden en de wezens die goed uit de voeten konden met extreme klimaatomstandigheden konden deze impact overleven en evolueren naar het leven dat wij heden ter dagen op aarde kennen.

1. Gesmolten gesteente wordt de lucht in geblazen door de impact en regent uit in de omgeving.
   
   
2. De schokgolven ontstaan tijdens impact reizen over de oceanen en vormen grote tsunami's in kustgebieden over de hele wereld terwijl ontgassing blijft plaatsvinden in de impact krater.
   
   
3. De schokgolven zijn de hele aarde overgegaan en keren uiteindelijk terug op de plek van oorsprong, door de energie die bij de impact is vrijgekomen is een krater met kraterringen ontstaan. Het gesteente blijft nog een tijd lang gesmolten.

Referenties:

• Stigall, A. L. (2012). Speciation collapse and invasive species dynamics during the Late Devonian “Mass Extinction”. GSA Today, 22(1), 4-9.
• Schulte, P., Alegret, L., Arenillas, I., Arz, J. A., Barton, P. J., Bown, P. R., ... & Willumsen, P. S. (2010). The Chicxulub asteroid impact and mass extinction at the Cretaceous-Paleogene boundary. Science, 327(5970), 1214-1218.
• Davies, J. H. F. L., Marzoli, A., Bertrand, H., Youbi, N., Ernesto, M., & Schaltegger, U. (2017). End-Triassic mass extinction started by intrusive CAMP activity. Nature communications, 8(1), 1-8.+
• Feulner, G. (2009). Climate modelling of mass-extinction events: a review. International Journal of Astrobiology, 8(3), 207-212.+ Saunders, A., & Reichow, M. (2009).
• The Siberian Traps and the End-Permian mass extinction: a critical review. Chinese Science Bulletin, 54(1), 20-37.

Zout kennen we allemaal. Het is natuurlijk een essentieel ingrediënt in de keuken, maar ook in de geologie kan zout een belangrijke rol spelen. Als gesteente heeft zout namelijk bijzondere eigenschappen die afwijken van het gedrag van andere gesteenten. Hierdoor vormen er bij de aanwezigheid van zout fascinerende structuren zoals zoutdiapiren (zoutpijler), zoutkussens, zoutkammen en zelfs zoutgletsjers. Het proces wat deze structuren vormt heet zouttektoniek of halokinese.

In een eerder college van de maand heb ik verteld over subductie zones . (Volg de link voor het eerdere artikel) Van het huidige aardoppervlakte weten we waar subductie zones momenteel actief zijn en hoe lang ze al bezig zijn, afb 1.

Ook weten we een aantal plekken waar vroeger subductie zones gezeten hebben en waarom er vaak op die plekken nu een gebergte ligt in plaats van oceaanbodem.
De locatie van een subductie zone is logisch te verklaren, maar hoe heeft een subductie zone kunnen ontstaan?
Helaas bestaat er geen plek die “het schoolvoorbeeld” van het ontstaan van een subductie zone laat zien, dus moeten we het zelf maken. De wetenschap maakt voor bewegende processen graag gebruik van modellen. Natuurlijke processen zijn zeer moeilijk na te bootsen in modellen en er moeten dus keuzes gemaakt worden om een model te simplificeren. Hierdoor worden vaak aspecten apart bekeken terwijl andere aspecten worden genegeerd. Ik bespreek kort een tweetal computermodellen.

Subductie is wanneer een oceanische korst en lithosfeer duikt onder een lichtere en drijvende korst en lithosfeer, die oceanisch of continentaal kan zijn. In de modellen gaat men uit van twee variaties van subductie initiatie.

1. Er kan spontane subductie optreden. Hierbij zorgt het afkoelen van de oceanische lithosfeer voor een negatief drijfvermogen, de lithosfeer wordt zwaarder en zal uiteindelijk gaan zinken. Als dit negatieve drijfvermogen groot genoeg is, kan het de aardplaat breken en kan het eerste deel de mantel inzinken. Subductie is begonnen.
2. De andere variant is geforceerde subductie. Hierbij gaat men ervan uit dat alleen het (groter wordende) negatieve drijfvermogen van de oceanische lithosfeer niet sterk genoeg is om de aardplaat te breken. Horizontaal compressie krachten zijn nodig om de aardplaat te breken opdat deze gaat beginnen met subduceren. De aardplaat wordt de mantel ingeduwd door externe krachten.

Een computermodel over spontane subductie is van Nikolaeva, K., T. V. Gerya, and F. O. Marques genaamd Subduction initiation at passive margins: Numerical modeling, uit 2010, zie afb 2. In dit wetenschappelijk artikel onderzoeken de auteurs of een subductie zone kan ontstaan bij een passieve marge (zie tekst in kader), waar oceanische korst overgaat in continentale korst zonder plaatgrens. De voornaamste redenen zijn de verschillen in chemie tussen continentale lithosfeer en oceanische lithosfeer. De continentale lithosfeer is sterker en lichter terwijl de oceanische juist zwaarder en zwakker is. Omdat twee verschillende lithosferen zo dicht naast elkaar liggen, beïnvloeden ze elkaar en kan hun evenwicht uiteindelijk verstoord worden. De oceanische lithosfeer zinkt weg onder de continentale lithosfeer. Subductie is begonnen.

Een passieve marge is een locatie waar oceanische korst en continentale korst naast elkaar liggen zonder dat er een plaatgrens tussen ligt. Denk hierbij aan zowel de Oost kant als West kant van de Atlantische oceaan. Het ontstaat tijdens het rift proces van een ontzettend grote landmassa en is een onderdeel van de Wilson cycli.

Een computermodel over geforceerde subductie is van Maffione, M., C. Thieulot, D. J. J. van Hinsbergen, A. Morris, O. Plumper, and W. Spakman genaamd Dynamics of intraoceanic subduction initiation: 1. Oceanic detachment fault inversion and the formation of supra-subduction zone ophiolites uit 2015, zie afb 3. Zij willen aantonen dat een subductie zone kan ontstaan nabij (oude) spreidingsruggen. Het idee ontstond naar aanleiding van al eerder in het veld gevonden data van subductie zones parallel aan spreidingsruggen. Breuken parallel aan de spreiding rug ontstaan tijdens het vormen van oceaanbodem. Wanneer krachtvelden veranderen en er lateraal geduwd word van een kant, kunnen deze breuken weer actief worden. Het net wat oudere stuk oceaanbodem wordt door de breuk onder het iets wat jongere stuk oceaan bodem geduwd. Dit kan volgens het model resulteren in een subductie zone parallel aan de spreiding rug.

Omdat er op veel verschillende plekken allerlei verschillende soorten subductie zones ontstaan, zal er dus nooit een theorie zijn die alle processen volledig beschrijft. Dit is niet erg, want juist door naar verschillende situaties te kijken, leren we meer. Welke aspecten zijn op welke situatie meer van toepassing, chemische verschillen of toch juist laterale krachten? Waarom deze voorkeur? En wanneer er meer kennis is, kan deze weer toegepast worden en oude kennis herzien worden.

Met nieuwe kennis kunnen we kijken naar een subductiezone die nu aan het ontstaan is.
Onder Gibraltar ligt zo’n nieuwe subductiezone. In het Mioceen is deze actief geweest en vandaag de dag mogelijk nog steeds. Deze subductie zone kan volgens onderzoekers doorgroeien tot een subductiezone in de Atlantische oceaan, zie afb 4. Voor de kust van Iberia ligt een passieve marge in de oceaan. Breuken in de marge worden gelinkt aan de subductie zone onder Gibraltar. Als de subductie zone van Gibraltar niet zelf uitbreid, dan zal deze marge zich mogelijkerwijs ontwikkelen tot subductiezone.

Bronvermelding:

• Schellart, W. P., & Rawlinson, N. (2013). Global correlations between maximum magnitudes of subduction zone interface thrust earthquakes and physical parameters of subduction zones. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 225, 41-67.
• Nikolaeva, K., T. V. Gerya, and F. O. Marques (2010), Subduction initiation at passive margins: Numerical modeling, J. Geophys. Res., 115, B03406, doi:10.1029/2009JB006549.
• Maffione, M., C. Thieulot, D. J. J. van Hinsbergen, A. Morris, O. Plumper, and W. Spakman (2015), € Dynamics of intraoceanic subduction initiation: 1. Oceanic detachment fault inversion and the formation of supra-subduction zone ophiolites, Geochem. Geophys. Geosyst., 16, 1753– 1770, doi:10.1002/2015GC005746.
• Duarte, J. C., Rosas, F. M., Terrinha, P., Schellart, W. P., Boutelier, D., Gutscher, M. A., & Ribeiro, A. (2013). Are subduction zones invading the Atlantic? Evidence from the southwest Iberia margin. Geology, 41(8), 839-842.

In verschillende tijdstippen in het recente verleden is Nederland veranderd van een koude poolwoestijn met rondtrekkende kuddes mammoeten, naar uitgestrekte bos- en veenmoerrassen, tot een door mensen gedomineerd cultuurlandschap. Maar hoe weten wetenschappers dit allemaal? Directe waarnemingen en registers gaan niet zo ver terug in de tijd. Gelukkig bewaard de aarde veel informatie voor ons in zijn eigen archieven en hebben wetenschappers de sleutel om deze informatie uit te lezen.

Naar aanleiding van de nieuw uitgebrachte geologische kaart van Nederland gaat het College van de maand deze maand over de Kreekrak Formatie, een formatie die niet in de geologische kaart is opgenomen. Deze formatie is uitgesloten van de kaart omdat de formatie nog weinig gekarteerd is in Nederland. Daarom wordt er in dit stuk ingegaan op de oorsprong en het voorkomen van deze formatie.

Metalen, in de huidige wereld kunnen we ze niet meer wegdenken. Van het palladium in je telefoonchip tot het ijzer in je fietsframe, metalen zijn onmisbaar geworden. Doordat we het zo veelvuldig om ons heen zien is het soms moeilijk in te denken dat alle metalen ooit als erts in de aarde hebben gezeten. Ertsen zijn economisch winbare grondstoffen van metalen ( bijvoorbeeld ijzer of uranium) . Ertshoudend gesteente komt meestal voor in grote gebieden waar een of meerdere ertssoorten veelvuldig aanwezig zijn. Deze gebieden liggen bijna altijd op kratonische aardkorst, dit is hele oude continentale korst die al sinds het Precambrium aanwezig is en daardoor heel veel deformatie, vulkanisme en metamorfose heeft meegemaakt (figuur 1). Dit zijn grotendeels ook de processen die zorgen voor ertsvorming.

Het eiland Hawaii is het grootste en jongste eiland van de eilandengroep van Hawaii en wordt daarom ook wel ‘Big Island’ genoemd. De eilandengroep ligt zo’n 3200 kilometer ten zuidwesten van het vasteland van de Verenigde Staten in de Grote Oceaan. Volgens de National Ocean Service van de VS bestaat de eilandengroep uit 132 eilanden, seamounts en atollen, welke zich uitstrekken van Hawaii in het zuidoosten tot Kure Atol in het noordwesten. De eilandengroep is in de geologische sferen natuurlijk erg bekend omdat het een typisch product is van hotspot vulkanisme (ook wel mantelpluimen genoemd, zie College van de Maand: Mantle Plumes). Op dit moment ligt de hotspot aan de zuidkant van Hawaii, onder de onder de Kīlauea vulkaan en de Lō’ihi seamount.

Recent kwam in een van mijn vakken het onderwerp inslagkraters aan bod. Beroemd is natuurlijk de Chicxulub krater in Yucatán, Mexico die ~65 miljoen jaar geleden is ontstaan. De Kaali in Saaremaa Estonia is al in de oudheid door mensen beschreven. In de Nederlandse roman, Nooit meer slapen van Willem Frederik Hermans komt een inslagkrater voor in het verhaal...

Van een zacht zomers briesje tot een fikse sneeuwstorm, de wind speelt een belangrijke rol in het klimaat op Aarde. Het verschil in luchtdruk tussen de equator en de polen creëert een wereldwijd atmosferisch circulatiesysteem en zorgt ervoor dat warmte en vocht over de Aarde verdeeld worden. Maar terwijl de wind zo bepalend is voor ons dagelijks leven, laat het maar weinig fysieke sporen na die we terug kunnen vinden in het geologisch archief. Hierdoor is het voor wetenschappers erg lastig om windsystemen in het verleden te reconstrueren. Terwijl het achterhalen hiervan belangrijk is om de natuurlijke variatie te begrijpen en voorspellingen te kunnen maken over de toekomst.

Het mysterie van de kleine planeet Mars

Het Zonnestelsel is voor vele van ons één groot raadsel. Hoe zijn de planeten ontstaan? Hoe zijn ze opgebouwd en waarom? Al eeuwen houden wetenschappers zich met deze vragen bezig. Binnen de aardwetenschappen wordt het dan ook steeds populairder om je bezig te houden met planeetwetenschappen. Zo wordt er in mijn master het vak ‘Planetary Sciences’ aangeboden, waarin we met een geologische blik leren kijken naar andere planeten. Tijdens een van de colleges kwam het ‘Small Mars Problem’ aan bod. Ik had hier nog nooit van gehoord en had mij überhaupt nooit echt bezig gehouden met de vorming van het zonnestelsel. Het Small Mars Problem, oftewel het kleine Mars probleem, houdt in dat Mars eigenlijk veel te klein is in diameter. Volgens de modellen van wetenschappers had Mars veel groter moeten zijn (er wordt ook wel gesproken over een Mega Mars). Waarom Mars zo klein is gebleven, is voor veel wetenschappers jaren lang een raadsel geweest. Echter is men nu steeds dichterbij de oplossing van dit probleem gekomen. Ik vond dit college zelf zo interessant, dat ik hier graag over vertel in dit College van de Maand.

Theorie achter nog hogere druk experimenten.

In mijn bachelor heb ik experimenten gedaan aan de kern-mantel grens van Mars en hierover geschreven. In het hoge druk lab van de Vrij Universiteit heb ik experimenten rond de 2 giga pascal (GPa) druk gedaan.  Omgerekend naar luchtdruk is 2 GPa gelijk aan 20.000.000 hPa of 19.738,47 Fysieke atmosfeer. Echter is de druk bij de kern - mantel grens veel hoger. Voor de maan zou het maar zo’n 5 GPa zijn, voor Mars is het ~23 GPa en voor de aarde is het meer dan 100 GPa. De druk in de binnenkern van de aarde

varieert tussen de 330 tot 360 GPa. De druk van mijn experiment komt daar niet eens bij  in de buurt. Voor betere resultaten bij het onderzoek van geologen zou het experimenteren bij hogere druk waarden moeten plaatsvinden. Vandaar dat men op zoek ging naar een manier om de druk op te voeren.

Sinds enkele weken is het officieel: Noorwegen heeft er een nieuwe bergtop bij van boven de 2000 meter. Het eerste steenmannetje om de top te markeren is al geplaatst. Groot nieuws onder de bergbeklimmers, maar weinig onder de aandacht gekomen bij de rest van de bevolking. De bergtop is te vinden naast Glittertind in Jotunheimen nationaal park: de een na hoogste bergtop van Noorwegen. De top was lange tijd bedekt onder een dikke ijskap van de Grotbreen gletsjer. Te dik om hoogtemetingen van het vaste gesteente onder het ijs uit te voeren. Sinds 2005 daalt het ijsoppervlak jaarlijks met meer dan 80 cm. De laatste jaren is het veel sneller gegaan, in drie jaar tijd is er maar liefst vijf meter ijs weggesmolten. Dat de top nu geheel ijsvrij is heeft een aantal consequenties. Voor enthousiaste wandelaars die graag “2000 meter tops” aan hun prestatielijst toevoegen is het leuk om een bezoekje te brengen aan de nieuwe top, maar voor de ecosystemen die zich hebben aangepast aan leven in hooggebergtes met veel sneeuw is dit het begin van grote problemen.

Kroatië: éé van de populairste vakantiebestemmingen onder de Nederlanders. De zon, een helder blauwe zee, een prachtige natuur en de idyllische dorpjes trekken al jaren vele toeristen aan, en zo ook deze zomer, ondanks de COVID-19 pandemie. Ook ik besloot dit jaar een vakantie te boeken naar Kroatië. Ik was er nog nooit geweest, maar na wat rondkijken op het internet waren mijn vrienden en ik al snel overtuigd. Deze zomer zouden we naar Hvar gaan, een eiland voor de kust van Kroatië. De rotsachtige kustlijn, groene heuvels en foto’s van natuurparken vol met watervallen trokken ons enorm aan. Ik realiseerde me dat ik meestal wel iets af weet van de geologie van de landen waar ik naar op vakantie ga, maar van Kroatië had ik geen kennis. Vandaar dat het mij leuk leek in dit College van de Maand iets te vertellen over de geologie en de geologische geschiedenis van dit populaire vakantiegebied.

De geoloog Henry Clifton Sorby heeft in 1858 voor het eerst smelt insluitsels in mineralen en kristallen beschreven. In zijn tekst refereert hij ook al naar eerdere beschrijvingen over insluitsels met vloeistof in kristallen waarbij deze kristallen gevormd zijn door vulkanische processen. De wetenschap had dus toen al door hoe belangrijk de kleine details kunnen zijn. Het duurde echter nog wel een tijdje voor men goed kon analyseren wat de samenstelling van een dergelijk insluitsel was. Pas nadat er nauwkeuriger apparatuur was ontwikkeld, kon men de inhoud goed onderzoeken.

Eind april nam ik deel aan de onlineversie van een groot congres van de Europese Unie voor Geowetenschappen, bestaande uit twee weken vol met interessante lezingen, discussies en workshops. Ik had de kans om mijn eigen werk met mijn vakgenoten te bespreken en werd daarnaast ook enorm geïnspireerd door het werk van anderen. Onder andere een sessie over geomorfologie in droge gebieden trok mijn aandacht. Een van de lezingen ging over kalktuf; een vorm van kalksteen die tot prachtige formaties uit kan groeien. Het leek me daarom een ideaal onderwerp om deze maand over te vertellen.

Hoe onze aarde in een bal van ijs heeft kunnen veranderen.

Ytterby een klein plaatsje bij Resarö, commune Vaxholm, in de archipel van Stockholm, in Zweden 
In het plaatsje Ytterby, zo´n 20 km ten oosten van Stockholm werd een veldspaatgroeve geëxploiteerd in een grote pegmatiet. De groeve ligt in de gemeente Vaxholm, op het eiland Resarö, dat onderdeel uitmaakt van de Scherenkust van Stockholm. De meeste van de zeldzame aarde elementen werden ontdekt in het gesteente van deze groeve. Veel van deze elementen werden in Ytterby voor het eerst gevonden.  De naam van de groeve is gebruikt voor een 4-tal elementen uit het periodiek systeem: . Yttrium (Y); Terbium (Tb); Erbium (Er); Ytterbium (Yb)

 

De kennis over elementen is  een basisonderdeel van de geo-chemische en de geologische kant van Aardwetenschappen. Veel vakken leren je over de verschillende elementen en wat voor invloed ze uiteindelijk hebben op het ontstaan van mineralen. Zo ben ik ook afgelopen periode er weer bijna mee doodgegooid en dit keer ging het in het bijzonder over de zeldzamen aarden of zeldzame metalen, zie figuur 2. Voor het gemakt refereer ik naar deze groep met de Engelse term, de Rare Earth Elements, afgekort als “REE”.

 

De REE groep, wat is het en wat kunnen we ermee?

De REE groep is een groep metalen die altijd worden samengenomen omdat ze vergelijkbaar zijn  in hun chemische eigenschappen. Bovendien komen Yttrium, scandium en de 15 lanthaniden altijd samen voor in mineralen, zij het in wisselende onderlinge hoeveelheden.
Hun gedrag maakt ze vervolgens uiterst bruikbaar voor het bestuderen van mantel materiaal wat omhoog gekomen is zoals bijvoorbeeld  bij vulkanen en intrusies.
De groep bestaat uit 17 metalen wanneer men Scandium (Sc) en Yttrium (Y) meerekent doordat ze vaak samen met de REE groep voorkomen. Met oplopend atoomnummer bestaat de REE uit: Lanthanium (La), Cerium (Ce), Praseodymium (Pr), Neodymium (Nd), Promethium (Pm), Samarium (Sm), Europium (Eu), Gadolinium (Gd), Terbium (Tb), Dysprosium (Dy), Holmium (Ho), Erbium (Er), Thulium (Tm), Ytterbium (Yb) en Lutetium (Lu). Zie figuur 3

Hoewel de naam suggereert dat de elementen vrij zeldzaam zijn valt dit eigenlijk best mee. Zo is een van de elementen, Cerium, de 25ste in de lijst van meest voorkomende elementen in de aardkorst. Ongeveer even algemeen als het element koper en vaker voorkomend dan lood. Echter clusteren de metalen van de REE groep niet op een ideale manier samen om winstgevend gewonnen te worden als erts.

De elementen van de REE groep worden in de Aardwetenschappen veelal gebruikt bij het bekijken van mineralen die komen uit magmatische bronnen zoals vulkanen of de Mid Oceanische Rug (MOR). Een storende bijkomstigheid: de gehele mantel van de aarde is geen mooie homogene soep die overal precies hetzelfde is. De mantel van de aarde is zelfs heel erg slecht gemixt en heeft grote verschillen. Daarover misschien een andere keer meer, maar onthoudt dit. De grote verschillen zijn niet makkelijk op te merken als men kijkt naar de gebruikelijke elementen als Silicium (Si) of IJzer (Fe) of Aluminium (Al) en zo kan het rijtje nog wel even doorgaan. Van deze elementen zijn er zoveel aanwezig dat de verschillen in concentraties te klein zijn om te meten, (dit laatste hoeft niet per se) immers het verschil van 6000 tot 6010 is niet zo groot, maar tussen 1 en 10 wel. Deze hoeveelheid deeltjes hoeft men overigens gelukkig niet met de hand te tellen, maar met een zeer ingewikkelde apparaat (zoals een massa spectrometer) die, afhankelijk van het ‘type’ apparaat zelfs de losse atomen kan meten. Oftewel ze zijn heel erg precies. Dit is prettig aangezien er in vulkanische mineralen ook elementen zitten die niet in grote getalen aanwezig zijn. Dit worden trace elements genoemd. Een element dat in zijn gehele tijd in kleinere concentraties aanwezig is dan 1000 ppm. Ppm is een term die staat voor parts per million, oftewel één deel van 1 000 000. De apparaten kunnen deze zeer kleine hoeveelheid  meten. En een verschil tussen 1 deeltje, 20 deeltjes of 100 deeltjes is dus gemakkelijk te meten. De REE groep wordt in de geologie vaak als trace elements gebruikt om een chemisch onderscheid te maken in gesteentes die anders teveel op elkaar zouden lijken. Dit onderscheid kan dan aantonen dat het vulkanisme in IJsland niet van dezelfde mantelbron komt als het vulkanisme op Hawaii omdat ze chemisch een ander signatuur hebben.

De REE groep heeft een onderscheidend kenmerk. De elementen zijn namelijk vergelijkbaar maar verschillen net genoeg om een onderscheid te maken tussen de lichte, La tot Pm, en de zwaardere, SM tot Lu, REEs. Dit kleine maar belangrijke verschilt zorgt ervoor dat er een chemische variatie is en dat Light Rare Earth Elements (LREE) zich anders gedragen dan de Heavy Rare Earth Elements (HREE). Door dit verschil zijn er mineralen die een voorkeur hebben om elementen op te nemen  als er ruimte over is in hun kristalstructuur. Mineralen als amfibool en granaat prefereren de HREE. Wanneer uit een magma onder de juiste omstandigheden een mineraal  gevormd wordt  als bijvoorbeeld granaat, dan is in het residu wat achterblijft uitgeput voor wat betreft de HREE. Dit is vervolgens terug te vinden in metingen op het residu of mineralen die uit dit residu zijn gevormd. Mede dankzij de REE groep kunnen we dus onderscheid maken tussen verschillende reservoirs van magmatische gesteente uit de mantel. Dit helpt weer om de geschiedenis van de aarde te begrijpen.

Dit zijn overigens niet de enigste dingen die je met REE kan doen. Dateren van gesteente is een ander belangrijk onderwerp wat de REE groep aan kan bijdragen, maar dat is misschien voor een andere keer.

Meer weten:   Zie het artikel  “ 92 ELEMENTEN, BOUWSTENEN VOOR 4200 MINERALEN door E.A.J. Burke en H. van Dennebroek uit Gea. . Het betreffende tijdschrift kan ook besteld worden via de GEA website.

We zijn inmiddels allemaal bekend met klimaatverandering, rijzende temperaturen en verhoogde concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer. Het lijkt redelijk simpel en recht door de bocht: een verhoging in de concentratie broeikasgassen leidt tot hogere temperaturen.

Een veelvoorkomend en toch mysterieus mineraal

Soms lijkt het net of bepaalde begrippen of verschijnselen waar we nu iets van af weten, altijd al vanzelfsprekend zijn geweest. Tot het moment dat je je iets meer gaat verdiepen in de geschiedenis van bijvoorbeeld een theorie of een mineraal. Een tijdje geleden moest ik een presentatie geven over de ontdekking van het mineraal dolomiet. In dit college van de maand zal ik jullie meer vertellen over dit mineraal, wanneer het ontdekt is en de verschillende verklaringen die wetenschappers hadden voor de vorming van dit mineraal. Daarnaast zal ik ook ingaan op hoe dikke pakketten dolomiet gesteente gevormd kunnen worden.

Wat is dolomiet?

Dolomiet is een mineraal met de chemische formule CaMg(CO₃)₂ en behoord tot de carbonaten. Perfect euhedrisch gevormde kristallen zijn kleurloos of melkwit van kleur (ook andere kleuren komen voor, vaak veroorzaakt door insluitsels of bijmenging van vreemde elementen) en zijn hoekig van vorm (afb.1). Primaire dolomietvorming vindt in het heden nauwelijks plaats en als het om carbonaat houdende mineralen gaat, wordt calciet gevormd (CaCO₃) in plaats van dolomiet. In het verleden werd echter wel veel dolomiet gevormd en vond juist calcietvorming in mindere mate plaats (verderop meer over de oorzaken hiervan). Dolomiet komt over de hele wereld voor, zowel als mineraal in mooie kristalvorm en als bestandsdeel van gesteente (dolosteen) en is een van de meest bekende mineralen, maar dit is niet altijd zo geweest.

De ontdekking van dolomiet

Dolomiet werd ontdekt in Oost-Tirol. Het mineraal werd voor het eerst beschreven door Déodat Guy Silvain Tancrède Gratet de Dolomieu, een geoloog die veel onderzoek deed in de Alpen. In 1791 gaf Nicolas Théodore de Saussure definitief de naam dolomiet aan het materiaal als eerbetoon aan Dolomieu. De naam van het gebergte Dolomieten is afgeleid van de mineraalnaam (afb.2).

In de jaren hierna werden veel theorieën ontwikkeld die de vorming van dolomiet zouden kunnen verklaren. De eerste theorie was gebaseerd op de ‘Coral Reef Theory’ oftewel de ‘Koraalrif theorie’ van Charles Darwin. De sedimentaire structuren van atollen (koraaleilanden) die door Darwin beschreven werden, leken erg op de structuren die men terug zag in de Dolomieten. Wetenschappers dachten daarom dat de Dolomieten bestonden uit koraalriffen die over de tijd versteend zijn geraakt en door tektonische krachten zijn gedeformeerd en omhoog gedrukt zodat hoge bergen konden vormen.

Later, in de 20e eeuw, begonnen wetenschappers hun twijfels te krijgen bij de Coral Reef Theory aangezien er nauwelijks fossielen te vinden waren in de Dolomieten. Als het gebergte van oorsprong een koraalrif was geweest, dan zouden geologen grote aantallen fossielen moeten kunnen vinden. Echter waren er in deze tijd nog onvoldoende uitgebreide analysetechnieken om verder onderzoek te doen naar hoe het gesteente dan wel gevormd kon zijn. Hierdoor moesten geologen helaas nog zo’n 50 jaar wachten op een betere verklaring.

Een wetenschappelijke verklaring voor Dolomiet vorming

In het begin van de 21e eeuw kon er meer onderzoek gedaan worden naar de vorming van dolomiet door vele technische ontwikkelingen. Onderzoekers deden veel experimenten en ontwikkelden de hypothese dat dolomiet vormde wanneer een calcium ion (Ca2+) in het kristalrooster van calciet werd vervangen door magnesium (Mg2+). Dolomiet zou een secundair mineraal zijn wat ontstaat door een chemische verandering van -in dit geval- calciet. Dit gebeurd bijvoorbeeld wanneer kalkrijk gesteente lange tijd wordt blootgesteld aan diagenese. Diagenese is het allesomvattende woord voor de processen die na afzetting en tijdens het begraven van kalkgesteente gebeuren. Het gesteente warmt op, wisselt componenten uit met vloeistoffen in de ondergrond en herkristalliseert.

Daarnaast zou dolomiet in het verleden ook als primair mineraal afgezet kunnen zijn. Dit was mogelijk wanneer het Mg2+ gehalte in de oceanen hoog was. De samenstelling van de oceanen op Aarde varieert van magnesiumrijke perioden (ook wel calciet gedomineerde oceanen genoemd) tot calciumrijk (aragoniet gedomineerde oceanen) (Afb.3). Dit heeft te maken met toevoeging van elementen door hydrothermale systemen in de korst en erosie van continenten. Beide factoren kunnen door de tijd heen variëren. Gedurende de magnesiumrijke periodes zou op grote schaal dolomiet gesteente gevormd kunnen worden, in tegenstelling tot de magnesiumarme periodes. Echter is deze theorie moeilijk te bewijzen en onderzoekers weten nog niet precies hoe deze chemische afwisseling zorgt voor periodes van veel dolomietvorming of juist geen dolomietvorming.

Verder onderzoek wordt gedaan naar de invloed van bacteriën en microben op dolomietvorming. Specifieke bacteriën zouden namelijk kunnen zorgen voor de precipitatie (neerslaan vanuit het (zee)water) van dolomiet, zelfs onder hele extreme omstandigheden zoals hoge saliniteit en watertemperatuur. Bacteriën kunnen ook een symbiose vormen met een dolomiet kristal, waardoor het kristal wordt omringd met een zogenaamde ‘bio film’, een soort membraam (afb.4). Deze bio film is vervolgens weer een nucleus (kern) voor verdere dolomiet neerslag/kristallisatie. Echter is ook deze theorie in volle ontwikkeling en laat een duidelijke verklaring waarschijnlijk nog even op zich wachten.

Afb. 3: De wisselende samenstelling van de oceanen door de tijd heen (Precambrium tot Kenozoïcum). A. laat de zeespiegel zien, B. laat zien wanneer er een aragoniet gedomineerde oceaan is en wanneer er een calciet gedomineerde oceaan is. Een Aragoniet oceaan houdt in dat er nauwelijks dolomiet gevormd wordt. In een calciet oceaan wordt er wel grootschalig dolomiet afgezet. McKenzie & Vasconcelos, 2009.

Moderne dolomietvorming

Tot slot wil ik nog kort ingaan op plekken op Aarde waar vandaag de dag dolomiet gevormd wordt e. Er zijn maar weinig plekken in de wereld waar dit gebeurd. Een van die plekken is het Manito meer in Canada. Ook in Australië, Saudi-Arabië en Brazilië zijn er gebieden gevonden waar kleinschalige dolomietvorming plaatsvindt. Deze plekken worden veel onderzocht, en het is gebleken dat dolomiet makkelijker vormt wanneer de pH van het water hoog is (8-9), de temperaturen hoog zijn en de Mg²⁺:Ca²⁺-ratio hoog is. Andere factoren, waaronder de aanwezigheid van sulfaat (SO₄^2-) en hydrothermale systemen kunnen de dolomietvorming mogelijk verder beïnvloeden.

Kortom, met moderne onderzoekstechnieken, laboratoria die experimenten kunnen nabootsen en bemonstering van dolomiet uit het heden en het verleden, kunnen we hopelijk snel de vraag beantwoorden hoe dolomietgevormd wordt en welke factoren hier invloed op hebben. Tot vandaag de dag blijft dolomiet echter een van de meest mysterieuze mineralen op onze Aarde. Voor mijn Master Thesis ben houd ik me onder andere bezig met dolomiet gevormd in het Archeïcum en welke invloed bacteriën hebben gehad in een wereld zonder zuurstof. In de loop van mijn onderzoek hoop ik dan ook wat meer te leren over hoe deze dolomiet gevormd is en wat het ons kan vertellen over de wereld zoals hij vroeger (ongeveer 3 miljard jaar geleden) was. Wilt u hier meer over weten, lees dan mijn voorgaande college van de maand over Zuid-Afrika, Botswana en de eerste zuurstof in de atmosfeer.

Aragoniet en Calciet Aragoniet en calciet hebben dezelfde samenstelling (CaCO3). Echter, aragoniet is veel minder stabiel en zal sneller oplossen of omgezet worden in calciet. Zoals in de tekst beschreven staat, is het afhankelijk van de samenstelling van de oceanen of aragoniet of calciet gesteente wordt gevormd. Daarnaast beïnvloedt de samenstelling van het water ook of schelpen en andere organismen die kalk inbouwen in hun skelet. Meer informatie over aragoniet is te vinden in Mineraal van de Maand: Aragoniet, het broertje van calciet.

Bron

• McKenzie, J. A., & Vasconcelos, C. (2009). Dolomite Mountains and the origin of the dolomite rock of which they mainly consist: historical developments and new perspectives. Sedimentology, 56(1), 205-219. doi.

In de geologie wordt bij de uitleg van diverse processen veel gebruik gemaakt van de leeftijd van stenen en mineralen. Maar hoe weet men precies hoe oud alles is. Vandaag hoop ik dat mysterie een beetje te ontrafelen door de theorie achter het dateren van gesteente uit te leggen.

Nog maar een maandje te gaan en dan breekt het winterseizoen weer aan. De huidige weersverwachtingen geven echter nog geen zicht op het wandelen door besneeuwde parken en het drinken van warme chocolademelk onder een dekentje. Om jullie toch alvast een beetje in de stemming te brengen zal ik het in dit college hebben over een vorm van ijs dat ook niet altijd te zien is. Dit college gaat over naaldijs.

Normaal gesproken zit er een verplicht veldwerk onderdeel in de master opleiding Geology and Geochemistry aan de VU. Gezien de uitzonderlijke omstandigheden dit jaar, was het nog maar de vraag of dit door zou kunnen gaan. Wonder boven wonder is het mijn docenten toch gelukt om iets te regelen; eind augustus zaten we met 20 studenten en twee docenten in het vliegtuig naar Cyprus! Ondanks dat we allemaal van tevoren twee coronatests hebben moeten laten doen, zat de sfeer er goed in. Na maanden thuis zitten, konden we eindelijk als studenten onder elkaar weer overleggen en kregen we fysiek onderwijs van de docenten. En bovendien niet zomaar in de collegebanken, maar op het prachtige eiland Cyprus.

Sinds kort ben ik eindelijk weer begonnen met mijn lessen. Helaas gaan alle lessen digitaal, tot in ieder geval januari. De stof waar de les over gaat vind ik weer helemaal geweldig. Zo heeft mijn docent het laatst gehad over mijn favoriete laag in de aarde. De D’’ layer, uitgesproken de D double prime layer. Voor zover ik weet is er geen Nederlandse naam voor dit begrip.

Wat leren aardbevingsgolven ons?

Wat betreft de temperaturen doet Nederland deze zomer niet onder voor een zonige vakantie aan de Costa del Sol. Zo’n vakantie in eigen land is zo gek nog niet. Daarbij zijn er aan onze kust ook genoeg fossielen te vinden voor de verzamelaar. Alleen de grote gebergtes missen we hier. Gelukkig hebben we altijd de foto’s nog van voorgaande tripjes. Speciaal voor deze zomer heb ik een duik genomen in het archief en ben ik op zoek gegaan naar de overblijfselen van vroegere kusten (afb. 1).

Geleidelijk komt het eind van het collegejaar in zicht. Dat betekent voor mij dat ik me bezig moet gaan houden met mijn Master project; een project waar ik vijf maanden mee bezig ga zijn. Samen met nog drie medestudenten ga ik onderzoek doen naar de eerste zuurstof in de atmosfeer en hoe dit te zien is in de samenstelling van verschillende mineralen en sedimenten. Het leek mij leuk om jullie hierover iets meer te vertellen in dit ‘College van de maand’.

Nederland is een vulkaan rijker. Het zal jou vast niet ontgaan zijn in het nieuws van de afgelopen maand. De Geologische Dienst Nederland, onderdeel van TNO, is tot de conclusie gekomen dat Nederland een tweede vulkaan heeft. Als geoloog vind ik dit natuurlijk superleuk nieuws om te horen.

Ze hebben de vulkaan Mulciber genoemd, een andere naam voor Vulcanus. Vulcanus is een Romeins, mythologische god en de tegenhanger van de Griekse god Hephaistos. Hij is een smid voor de andere goden en getrouwd met Venus.
Volgens de verhalen was Vulcanus zo lelijk bij zijn geboorte dat zijn moeder, Juno, hem in de zee wierp waar hij gevonden werd door nimfen en door hen werd groot gebracht. Later bouwde hij een smidse onder de vulkaan Etna. Omdat de vulkaan nu onderwater ligt, hebben de wetenschappers van TNO hem Mulciber genoemd.

Deze maand nemen we een klein antropogeen uitstapje. In onze colleges hebben we het vaak over grootse landschappen die over duizenden jaren heen door de geologie gevormd zijn. Het is natuurlijk erg mooi om alleen op de natuurlijke vormingsprocessen te focussen, maar de mens heeft ook veel invloed gehad op zijn omgeving en daarmee het landschap veranderd. Door de tijd heen is de mens op verschillende manieren actief geweest. Sommige kleinschalige landschapsvormen zijn bijvoorbeeld ontstaan door de behoefte aan brandstof.

Op zoek naar de verklaring voor het Noorse landschap

De wetenschapswereld kan hard zijn. Om eerlijk te zijn had ik daar nog nooit bij stil gestaan. Wetenschappers zijn toch altijd beschaafd en bereid om tot een goede, gezamenlijke conclusie te komen? Of toch niet? Recentelijk heb ik mij verdiept in een wetenschappelijke strijd, genaamd ‘ The Scandinavian Battle’. En een ‘Battle’ is het ook écht. De Scandinavian Battle is een jarenlange discussie tussen een groep Noorse wetenschappers en een groep Deense wetenschappers met betrekking tot de vorming van het reliëf (oftewel, het resterende gebergte) in West Noorwegen. Dit interesseerde mij in eerste instantie omdat ik in het desbetreffende gebied (Bergen, Noorwegen) heb gewoond, maar na het lezen van de verschillende theorieën besloot ik me vol in de discussie te verdiepen. Naast interessant, vond ik het voornamelijk verrassend hoe aanvallend wetenschappers naar elkaar kunnen zijn. Een wetenschappelijke battle kun je het zeker noemen als je het mij vraagt. In dit College van de Maand zal ik jullie uitleggen waar deze jarenlange discussie over gaat.

Vanwege de stormen, die gepaard gingen met veel regen, in de afgelopen maand, wil ik het graag hebben over iets actueels: “ Het weer”. Het weer heeft een onstuimig karakter. Soms komt er geen druppel water uit de lucht wanneer we het nodig hebben, andere momenten komt het met bakken uit de hemel. Maar hoe komt dat water in de lucht terecht? Vandaag ga ik het een en ander uitleggen over hoe wolken en regen ontstaat.

Sinds mijn verhuizing naar Bergen probeer ik zoveel mogelijk van Noorwegen te zien en altijd uit te kijken naar interessante geologie. Zo viel mijn oog afgelopen zomer op een patroon in de blokkenvelden boven op de Prestholtskartvet. Deze berg bevind zich vlak bij Geilo, een van de grotere steden op de treinroute tussen Bergen en Oslo. Door mijn familie werd Prestholt onthouden als de ‘pretselberg’ maar vanuit het Noors betekent het ‘priesterhout’. Momenteel is er geen boom in de buurt te bekennen, maar ik vermoed dat de naam te herleiden valt naar een warmere periode in het Holoceen, toen delen van het gebied bedekt waren met berk- en dennenbos. Skarvet, wat staat voor ‘kale rots’, is een beter passend onderdeel van de naam.

Voor een eindpresentatie van een van mijn mastervakken moest ik een ‘paper’ lezen over de groei van continentale korst in het Archean (4 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden). Aanvankelijk vond ik het een erg ingewikkeld ‘paper’ om te lezen en wist ik niet hoe ik het in een presentatie allemaal moest gaan vertellen. Tot ik, uren later, eindelijk het ‘ Aha-moment’ had. Ik snapte hoe het in elkaar zat! En vanaf dat moment zag ik in hoe interessant het onderwerp eigenlijk is en zie ik in hoeveel vragen er nog zijn rondom het ontstaan van de continenten. Vandaar dat ik dit met jullie wil delen in dit College van de Maand.

Plaattektoniek is onderhand een bekend begrip. Volgens dit principe is er alleen vulkanisme mogelijk rond de rand van twee bewegende platen. Door het bewegen van de platen, subduceren of divergentie, wordt het vulkanisme verklaard. Echter is vulkanisme ook waarneembaar ver van de rand van een plaat af. Denk aan Yellowstone of Hawaii. Er moet een verklaring zijn waarom er vulkanisme is op een plek waar je het eigenlijk niet zou verwachten.

Na mijn vorige college over föhn winden in South Georgia blijf ik in de koude gebieden hangen. Deze maand zal het college gaan over de verschillende soorten gletsjers die er op Aarde te vinden zijn. Van een afstandje mogen ze misschien allemaal op elkaar lijken, maar van dichtbij zijn er vele verschillen te ontdekken. Niet alleen in hoe ze er van buiten uit zien, maar ook hoe ze intern werken en wat voor landschapsvormen ze achterlaten.

Door: Vera Hoogland

Afgelopen augustus hebben mijn ouders met mijn broer een magische reis door IJsland gemaakt. Aangezien IJsland voor geologen een indrukwekkend en interessant land is, was ik natuurlijk super jaloers. Ondanks dat ik niet mee kon, heb ik dankzij hun uitgebreide verhalen en vele foto’s (zie afbeelding 4 t/m 8) toch mee kunnen genieten van het landschap, de geologie en de historie van het eiland. IJsland heeft zo een grote indruk op mijn ouders en broer gemaakt dat ik heb besloten dit college van de maand aan de geologie en geschiedenis van dit mysterieuze eiland te weiden.

Een Mars studie
De vorige keer heb ik beloofd om het resultaat van mijn thesis onderzoek te delen. Het resultaat van mijn onderzoek vertel ik zo dadelijk. Eerst wil ik graag vertellen wat ik van mijn onderzoek vond!

Ik heb enorm genoten van het onderzoek zelf. Uiteindelijk heb ik zes experimenten uitgevoerd. Voor elk experiment moest ik zelf alles maken zoals beschreven staat in mijn vorige college. Dit kost een hoop tijd, maar het geeft wel voldoening omdat mijn experiment dus bijna volledig eigenhandig in elkaar is gezet.

Tijdens het uitvoeren van de experimenten heb ik wel een beetje pech gehad. Elk experiment maken en in elkaar zetten kost een hoop tijd, maar het experiment uitvoeren ook. Er zijn een aantal dingen waar je telkens op moet wachten.

Van college volgen, naar zelf lesgeven. Tijdens de colleges van de maand was ik daar al een beetje mee bezig, maar binnenkort ga ik er ook in het dagelijks leven mee aan de slag. Na het studeren ga ik nu de Noorse wetenschappelijke wereld in als PhD kandidaat om onderzoek te doen naar de klimaat- en vegetatie-geschiedenis van twee eilanden in de Zuidelijke Oceaan. Een beetje tegenstrijdig zou je denken, om dichter bij de Noordpool te gaan wonen terwijl het onderzoek over het Zuidelijk Halfrond gaat. Maar het wil dat de Noren heel erg van sneeuw, kou en walvissen houden, onafhankelijk van op welk halfrond ze zitten. Speciaal voor jullie duik ik deze maand nog even verder de geologische geschiedenis van Zuid-Georgia in, verder dan de laatste 11.700 jaar die ik ga bestuderen. Maar bovenal wil ik jullie in dit college iets leren over een interessant proces; warme föhn winden die er voor zorgen dat het zelfs zo dicht bij de Zuidpool meer dan 23 °C kan worden.

Zuid-Georgia (afb. 1) werd ontdekt in 1675 door Antoine de la Roche en werd later geclaimd door Groot Brittannië nadat James Cook in 1775 bij het eiland aan kwam. Tijdens de 19e en 20e eeuw werd het eiland regelmatig aangedaan door voornamelijk Noorse walvisvaarders, die er in 1904 een permanente basis bouwden. Na de zestiger jaren, toen veel landen de walvisvangst verboden, werd de basis verlaten. Momenteel zijn het, naast een kleine militaire basis, enkel wetenschappers en avonturiers die het eiland aandoen. Gedurende de zomer is er een continue wisselende samenstelling van onderzoekers aanwezig in de wetenschappelijke basis op King Edward Point. Op de onderzoeksbasis op Vogeleiland, een kleiner eiland aan de Noordwestpunt van Zuid-Georgia, zijn er zelfs in de winter 4 stafleden aanwezig. Naast geologen, zijn er ook veel biologen te vinden die het leven van de vele soorten pinguïns, vogels en zeeolifanten in kaart brengen. Zuid-Georgia is met haar afgelegen en geïsoleerde ligging in de Zuidelijke Oceaan een perfecte plek voor veel land- en zeedieren om beschutting, voedsel en een broedplaats te vinden. Een continue wind en ijzige kou maken het leven van de eilandbewoners niet erg gemakkelijk zie afbeelding 2.

Door de inspanningen van de wetenschappers weten we langzaam steeds meer over dit ruige eiland. Zuid-Georgia is gelegen op de Scotia Rug, een grotendeels onderzeese bergrug die de Andes van Zuid-Amerika en de Tierra del Fuego via een grote boog verbindt met de bergrug van het Antarctisch , zie nogmaals afb. 1.
Lang geleden was Zuid-Georgia verbonden met Tierra del Fuego (Vuurland, het puntje van Zuid-Amerika), waarbij het zowel boven als onder de zeespiegel heeft gelegen als gevolg van de vele plaatbewegingen. Vanaf 50 miljoen jaar geleden begon de Scotiaplaat richting het oosten te bewegen, totdat de verbinding tussen Zuid-Amerika en het Antarctisch Schiereiland verbroken werd en de Drake Passage ontstond, de oceanografische doorgang tussen de twee continenten in.

Momenteel beweegt de plaat weer richting het westen (afb. 3). Het lijkt erop dat Zuid-Georgia inmiddels aan de Zuid-Amerikaanse Plaat is verbonden, maar dat is nog niet helemaal vastgesteld.

Het geologische verleden van South Georgia heeft geresulteerd in een lange bergketen die zich uitstrekt over twee-derde van het 160 km lange eiland, met als hoogtepunt Mount Paget die 2934 meter boven zeeniveau uitsteekt. De steile hellingen van de ruige bergketen op Zuid-Georgia zijn veelal het resultaat van erosie door de vele gletsjers op het eiland. Sneeuw en ijs bedekken momenteel meer dan 60% van het oppervlak. Helaas toont huidig onderzoek aan dat ook hier 97% van de gletsjers sinds 1950 langzaam in lengte afnemen. Vanuit de kust gezien is het eiland omgeven door fjorden met steile wanden en uitgestrekte gletsjers, die het eiland vanaf de zuidwestelijke kant bijna geheel ontoegankelijk maken.

De grootste reden voor dit verschil tussen de zuidwest- en noordoostelijke kant van het eiland is de windrichting. Rondom Antarctica waait een continue westenwind. De precieze ligging en sterkte van deze windgordel veranderd op een tijdschaal van enkele honderden jaren, deels afhankelijk van warme en koude periodes in de klimaatgeschiedenis, maar blijft steevast vanuit het westen over de Zuidelijke Oceaan waaien. De hoge bergrug die het eiland in de lengte verdeeld vormt een grote barrière voor deze wind. Dit zorgt er voor dat de noordoostkant veel beschutter is en het klimaat iets aangenamer. Daarbij speelt het föhn effect nog een extra rol in de warme temperaturen aan de noordoostzijde zie afb. 4.

Föhn winden ontstaan als een luchtstroom met hoge luchtvochtigheid een topografisch obstakel tegenkomt, de lucht wordt dan omhoog gedwongen. De stijgende lucht koelt af doordat de lucht uitzet en de luchtdruk daardoor verlaagd, dit wordt ook wel adiabatische koeling genoemd. Wanneer de lucht dusdanig is afgekoeld dat het dauwpunt is bereikt treedt er condensatie op en kan het gaan regenen op de loefzijde (de kant waar de wind vandaan komt) van de berg. In het geval van Zuid-Georgia is dit de westkant van de bergen. Door de regen neemt de luchtvochtigheid van de luchtstroom af, wanneer de lucht vervolgens aan de lijzijde van de berg weer daalt wordt de lucht verwarmd door adiabatische compressie. Omdat de vervalratio van droge lucht (10 °C/km) hoger is dan die van vochtige lucht (6 °C/km) zal de lucht onder aan de lijzijde van de berg warmer en droger zijn dan op gelijke hoogte aan de loefzijde zie afb 5).

Föhn winden kunnen ook ontstaan zonder neerslag aan de loefzijde van de barrière. Wanneer een stabiele koude luchtlaag een blokkade vormt aan de loefzijde kan een warme, en vaak droge, luchtlaag over de barriere worden gedwongen. Wanneer deze lucht vervolgens aan de lijzijde afdaalt treed weer dezelfde adiabatische compressie op.

Ongeacht het precieze mechanisme van de föhn winden hebben metingen op Zuid-Georgia aangetoont dat ze binnen enkele uren voor een temperatuurverhoging tot meer dan 20 °C kunnen zorgen op de lijzijde. De gemiddelde temperatuur in de zuidelijke zomer (januari) is 4 °C, dus wanneer de temperatuur plotseling zeer snel stijgt en een aantal uur hoog blijft, kan dit grote effecten hebben op het eiland. Niet alleen het planten- en dierenleven wordt beïnvloed, sneeuw en ijs reageren ook razendsnel op veranderingen in temperatuur. De gletsjers aan de noordoostkant van Zuid-Georgia trekken zich sneller terug dan die aan de zuidwestkant. Föhnwinden op Zuid-Georgia komen gemiddeld om de 4 dagen voor en zijn daardoor zeker een verschijnsel om rekening mee te houden bij mijn onderzoek. Of de sedimenten daadwerkelijk door de jaren heen een verschil in de windsterkte laten zien, kunnen jullie hopelijk over vier jaar teruglezen in mijn proefschrift.

Bronnen:

• www.gov.gs
• Bannister, D., King, J., 2015. Föhn winds on South Georgia and their impact on regional climate. Weather 70, 324-329
• Eagles, G., & Jokat, W. (2014). Tectonic reconstructions for paleobathymetry in Drake Passage. Tectonophysics, 611, 28-50.
• Galbraith, D., Lewis-Smith, R., & Burton, R. (2011). Field guide to the flora of South Georgia. South Geogia Heritage Trust.
• Thomas, Z., Turney, C., Allan, R., Colwell, S., Kelly, G., Lister, D., ... & Herold, N. (2018). A New Daily Observational Record from Grytviken, South Georgia: Exploring Twentieth-Century Extremes in the South Atlantic. Journal of Climate, 31(5), 1743-1755.

Als student Aardwetenschappen, in het laatste studiejaar, ben ik bezig met een onderzoek project. Bij onze studie wordt er van je verwacht dat je onderzoek doet en hier vervolgens een uitgebreid verslag van schrijft. Ik heb er voor gekozen om onder leiding van een van mijn docenten onderzoek te doen naar planeten. Het leuke aan dit project is dat het drie maanden duurt. Ik kan jullie dus nu alles uitleggen over wat ik ga doen en bij mijn volgende college kan ik hopelijk de resultaten gaan beschrijven van dit onderzoek!

Samen met nog drie andere studenten ben ik bezig met onderzoek over de planeet Mars. Wij willen graag meer informatie krijgen over hoe de kern en mantel van Mars met elkaar reageren. Omdat het nog niet mogelijk is dit onderzoek zelf uit te voeren op Mars, doen wij experimenteel onderzoek. Dit houdt eigenlijk in dat we aan de hand van voorafgaande studies een experiment opzetten waarin we het grensgebied van kern en mantel van Mars nabootsen.

Het nadeel is, is dat we weinig zeker weten over Mars. We hebben verwachtingen over de druk en temperatuur die zich op deze grens moet bevinden, maar wat de precieze samenstelling is van de kern en mantel weten we niet. We weten het niet eens van onze eigen aarde. Gezamenlijk hebben we twee chemisch verschillende kernen en mantels gemaakt. Verspreid over de verschillende studenten doet iedere student het onderzoek met een verschillend (gesimuleerd) Mars gesteente. Het idee is dat we uiteindelijk onze resultaten gaan vergelijken met elkaar. Hierdoor kunnen we hopelijk wat beter begrijpen wat er gebeurt daar binnen.

Nu vraag je je vast af, waarom doe je dit onderzoek voor Mars? Waarom doe je dit niet voor de Aarde? Daar wonen we immers op. De reden dat we dit onderzoek niet naar aardse omstandigheden doen, is omdat de condities op deze de grens kern-mantel in de aarde technisch de simulatie onmogelijk maken. De druk aan de onderkant van de mantel zal rond de 140 GPa liggen. Vrij weinig machines kunnen dit nabootsen en het gebruik hiervan is niet bedoeld voor maar een bachelor thesis onderzoek. Mars heeft maar een druk van ongeveer 23 GPa op dezelfde plek. De machine die wij voor ons onderzoek gaan gebruiken kan tot 3 GPa. Dit komt niet in de buurt van de druk van Mars, maar het is veel dichter in de buurt van Mars dan van de Aarde. Vandaar de voornaamste reden waarom wij geen onderzoek doen naar de Aarde.

Voorbereiding voor het onderzoek

Zoals ik eerder zei, ben ik bezig met experimenteel onderzoek. Ik ga uitleggen wat allemaal nodig is om een experiment te doen en hoe de machine te werk gaat tijdens een experiment. Het idee is dat elke student ongeveer tien experimenten doet.

Ik begin bij het kleinste. Om het experiment te starten, hebben we iets nodig waarmee we kunnen experimenteren. Er moet een mantel en een kern van Mars gemaakt worden. Dit gebeurd vrij simpel door verschillende soorten poeders bij elkaar te gooien en goed te mixen, zie figuur 1.

De kern van Mars die ik maak heeft 70 wt.% ijzer, 10 wt.% Nikkel en 20 wt.% zwavel. Wt.% staat voor het gewicht percentage. Het gewichtspercentage zorgt ervoor dat de verhoudingen tussen de poeders hetzelfde blijven. Het maakt dan niet uit of je een kilo maakt of maar honderd gram.

Voor de mantel van Mars is het als volgt:

SiO2	42 wt. %
Al2O3	3 wt. %
Na2O	0,5 wt. %
CaO	3 wt. %
MgO	30 wt. %
FeO	20 wt. %
TiO2	0,10 wt. %
Cr2O3	1 wt. %

In de eerste kolom staat de chemische samenstelling van het betreffende ingrediënt, de tweede kolom geeft de te gebruiken hoeveelheid weer.

Deze poeders vormen het kleinste gedeelte van de experimenten. Voor elk experiment zijn maar een paar korrels nodig van elk poeder. De kern die gemaakt is weegt anderhalve gram en de mantel weegt twee gram. De hoeveelheden poeder die nodig zijn, waren dus ook erg klein.

Het gemaakte poedermengsel wordt geplaatst in onderdeel A, zie figuur 2. Onderdeel A is een emmer gemaakt van grafiet. Op deze emmer zit een deksel gemaakt van grafiet. Dit emmertje functioneert als een oven. Tevens zorgt het afgesloten emmertje er voor dat je experiment zuiver blijft. Dus ter bescherming van contaminatie van je experiment; hier zal ik later wat meer op terug komen. Het grafiet komt binnen als een dikke staaf. Zelf moet je deze staaf  afdraaien en boren om het gewilde emmertje te verkrijgen.

De deksel moet je zelf ook boren, zie figuur 3. Zoals je kan zien op dit figuur is het allemaal erg klein. Dit vraagt tijdens het boren om veel concentratie en precisie. Ondertussen zijn er al heel wat emmertjes gesneuveld doordat er iets mis ging tijdens het boren of afdraaien. Ook zijn er al menige dekseltjes kwijt geraakt helaas. Als je emmertje dus goed is, mag je een paar korrels poeder in je emmertje stoppen, zie figuur 4.

Vervolgens plaats je het dekseltje er ook op. Voor het vullen gebruiken we een microscoop om goed naar vullen te kijken.

Het schaven en boren van het grafiet gebeurt op een draaibank. De grafieten staaf draait, terwijl het mes (de snijbeitel) en de boor stil staan, zie figuur 5.

Wanneer het grafiet dicht zit, wordt deze geplaatst in een buisje van platina, onderdeel B, zie figuur 6. De platina buisjes moet je zelf van een langere staaf afsnijden. Ze moeten tussen de zeven en een halve millimeter tot 9 millimeter lang zijn. Vervolgens sluit je een kant van het buisje af door met een platte kop tang een vredeteken te knijpen, onderdeel B.A, zie figuur 6 onderaan. Je last deze kant ook nog eens dicht om er voor te zorgen dat er niks in of uit kan. Het grafiet buisje wordt zo geplaatst dat de deksel tegen het vredeteken aan zit. Nu heb je aan de open kant van de platina nog zo een twee millimeter over. Hier knijp je de platina opnieuw dicht, dit maal gewoon een rechte streep. Deze kant las je ook weer dicht opdat er niks in of uit kan gaan. Uiteindelijk heb je dus een soort platina envelopje gemaakt.

De platina envelop gaat vervolgens in een buis van MgO, onderdeel C, zie figuur 7. Deze komt ook dikker binnen en moet je dus ook weer zelf afdraaien en boren op de draaibank. Het gat moet ongeveer twee millimeter in doorsnede zijn en precies even lang als dat je platina envelop uiteindelijk geworden is.

Bij het boren moet rekening gehouden worden met de boor die een punt heeft. Je wilt dat je platina precies aan het oppervlakte komt, dus hij moet precies plat staan in het MgO. Hierdoor moet je 0,3 millimeter dieper boren dan de lengte van je platina envelop is. Uitvoering van het experiment. Al het boren voor een experiment is nu gelukkig klaar. Nu moet alleen alles nog in de machine gezet worden.

In de machine kunnen experimenten onder hoge druk worden uitgevoerd. De machine is vrij groot, maar de druk wordt alleen maar sterk opgevoerd op een klein stukje. Hier zijn twee onderdelen voor. Een boven gedeelte wat de machine naar beneden toe kan duwen en een onder gedeelte. Het onder gedeelte kan naar boven toe worden geduwd door de machine. In het onder gedeelte past een grote schijf van zacht metaal aan de buitenkant en het hardste metaal aan de binnenkant, mocht het harde metaal uit elkaar spatten door de druk dan wordt het opgevangen door het zachte metaal. In dit harde metaal zit weer een gat van een halve inch. Hier gaat uiteindelijk je experiment in.

Het MgO buisje gaat niet zomaar in dit gat. Het gaat eerst in een buisje bestaande uit drie lagen, zie figuur 8. De buitenste lagen zijn er om te isoleren en contaminatie te voorkomen. Wanneer de MgO in de grote buis zit, komt hier een dun schijfje van robijn op. Op het robijn komt weer een buisje waar twee draden door lopen. Deze twee draden raken elkaar pas aan als ze tegen het robijn aan zitten. Hierdoor kunnen ze precies te temperatuur meten die zich bevindt aan je platina envelop.

De machine is nu dus helemaal klaar om het experiment te gaan uitvoeren. Als alles goed in elkaar zit en veilig is, voer je langzaam de druk op. Ondertussen kijk je op de verschillende meters naar de gegevens van de machine, zoals hoeveel volt de machine nog heeft, en schrijf je deze op om te controleren of er niks mis gaat, zie figuur 9. Als de druk hoog genoeg is, laat je het daar een tijdje op staan. Je moet dan nog wel controleren elk uur of alles goed blijft gaan.

Als het experiment lang genoeg geduurd heeft, halen we in een keer de stroom van de machine af. Hierdoor koelt je “experiment” zo snel mogelijk. Hierna kun je gaan onderzoeken wat er met het imitatie Mars materiaal gebeurd is. Hier zijn we voorlopig nog wel mee bezig dus een verslag hierover bewaar ik voor een volgende keer. Alle foto’s zijn gemaakt door de auteur, tenzij anders vermeld.

*Figuur 4: Docent en begeleider Wim van Westrenen laat ons zien hoe het moet.

Stel je voor, je bent verzamelaar van fossielen in de 18e eeuw, toen de paleontologie nog een heel nieuw veld van de geologie vormde. Enkele vondsten van vreemde stenen met daarop afbeeldingen van een blad, boom of beestje worden omschreven als ‘figuurstenen’. Elk nieuw fossiel biedt weer een nieuwe vreemde vorm die toentertijd verklaard werd als het werk van God. De vormen in deze stenen zouden uitingen zijn van zijn scheppende hand.

Johann Beringer was een van deze verzamelaars. Hij werkte als professor in de filosofie en geneeskunde aan de Universiteit Würzburg, maar in zijn vrije tijd zocht hij verwoed naar fossielen in het kalksteen rondom Würzburg. Onder zijn collega’s was Beringer niet erg geliefd, hij bezat weliswaar veel kennis binnen zijn vakgebied, maar werd ook erg arrogant gevonden. Twee collega’s; Professor Ignatz Rodercik en bibliothecaris Johann Georg von Eckhart besloten daarop in 1725 een grap met Beringer uit te halen, welke naderhand enorme gevolgen heeft gehad voor de reputatie van Johann Beringer.

De Muschelkalk rondom Würzburg waarin Beringer veel naar fossielen zocht werd gevormd in het Midden-Trias (~240-230 miljoen jaar geleden). Noord-Europa lag in die tijd net boven de evenaar en bestond grotendeels uit een continentaal bekken dat het grootste deel van het huidige Noord-Duitsland, Denemarken, Nederland en de Noordzee besloeg. Het bekken is ontstaan gedurende het Perm (de periode voor het Trias, die van ~230-254 miljoen jaar geleden duurde). In het Vroeg Perm vulde dit bekken zich met vulkanische afzettingen die gerelateerd zijn aan het openen van de bekkens. Daaropvolgend werden de welbekende zanden van het Rotliegend afgezet, die hedendaags een belangrijk reservoirgesteente vormt voor de petroleumgeologie. Het Groninger gasveld (Slochteren) bevindt zich ook in deze laag.

Gedurende het Perm bewoog het supercontinent Pangea langzaam richting het noorden. Hierbij smolten de ijskappen op de Noordpool. Vervolgens liep als gevolg van een stijgende zeespiegel de depressie vol met water en ontstond er in het Laat Perm een ondiepe binnenzee ter hoogte van de evenaar. Deze periode wordt ook wel de Zechstein transgressie (transgressie = een landwaartse verschuiving van de kustlijn) genoemd. Het bijbehorende gesteentepakket bestaat uit evaporieten, voornamelijk gips. Heden ten dage vormt dit pakket niet alleen een goede afsluitende laag die het reservoir van het Rotliegend afsluit, maar wordt het gips ook op verschillend plekken in de Noord-Europese ondergrond gewonnen.

Voorts komen we aan in de periode die voor Beringer zowel een enorme fascinatie als een dieptepunt in zijn carrière was; het Trias. In Noord-Europa heerste grotendeels een warm woestijnklimaat en op het land ontwikkelde zich na de enorme massaextinctie op de Perm-Triasgrens een pioniervegetatie.

Gedurende de drogere periodes groeide op het land voornamelijk naaldbomen en grote zaadvarens. Dit waren bomen met grote varenachtige bladeren. In tegenstelling tot de varens die we tegenwoordig kennen, produceerden deze bomen zaden in plaats van sporen. Tijdens deze continentale fase werd de Bundsandstein formatie afgezet. Op het moment dat het natter werd tijdens een transgressie in het Midden Trias groeiden er struiken en bos met langs het water enorme paardenstaarten en varens die wel twee meter hoog werden. Het dierenleven bestond uit een verzameling reptielen die tot de archosauria behoorden, waaronder de voorouders van krokodillen, vliegende reptielen en dinosauriërs. De reptielen keerden in het Trias ook terug naar het water en pasten zich aan tot een verscheidenheid aan vormen. Het mariene milieu dat ontstond tijdens de transgressie was echter voornamelijk rijk aan een enorme hoeveelheid schelpen en ongewervelde dieren waaraan de Muschelkalk die in deze periode werd gevormd zijn naam te danken heeft (Muschel is duits voor schelp). Het hele pakket bestaat uit een afwisseling van kalksteen, mergel en evaporieten. De transgressie eindigt met de Keuper formatie van het Laat-Trias.

Later in het Jura en Krijt worden er voornamelijk mariene sedimenten afgezet in het grootbekken dat tegen die tijd heel Noord-Europa besloeg. De Alpiene opheffing heeft er vervolgens voor gezorgd dat het bovengenoemde gesteentepakket in zijn geheel werd opgeheven en geplooid. Erosie van de geplooide lagen heeft er vervolgend voor gezorgd dat Johann Beringer in de bergen rondom Würzburg op zoek kon gaan naar alle fossielen die zich in de Muschelkalk bevinden.

Beringer zocht niet alleen naar fossielen in de Muschelkalk, hij huurde een paar jongens in om op zoek te gaan en elk fossiel dat ze vonden mee terug te nemen. Op 31 mei 1725 kwamen de jongens met drie hele vreemde ‘fossielen’ terug vanaf een wijngaard in de buurt van Eibelstadt. De stenen waren nog vreemder dan de onbekende planten en dieren die Beringer eerder had gevonden. Op de stenen die de jongens mee hadden genomen stonden namelijk afdrukken van planten en dieren waarbij niet alleen de harde delen bewaard waren, maar ook de zachte delen. Beringer vertrouwde het niet helemaal en besloot daarop zelf op onderzoek uit te gaan. Op de berg aangekomen vond Beringer zelf ook een aantal van deze stenen in situ (in het gesteente zelf). Dit was het begin van een reeks vondsten van meer dan 2000 vreemde fossielen. De vondsten waren zeer spectaculair, Beringer vond overblijfselen van insecten, reptielen en vogels waar de huid en veren van te zien waren. Zelfs een spin te midden van haar web was bewaard (afb 1 en 2). Daarnaast vond hij ook afdrukken van sterren en kosmologische tekens. Waarachtig kwam hij delen van Hebreeuwse teksten tegen! (afb 3 en 4).

Tegenwoordig zouden we dit misschien te gek voor woorden vinden en als we de fossielen zien geloven we niet dat deze echt uit de kalksteen zijn gekomen. Maar je moet bedenken dat in de 18e eeuw de theorieën over het fossiliseren van organismen nog niet bekend was en er geen verklaring bestond over de oorsprong van de afbeeldingen die in steen bewaard waren gebleven. Beringer geloofde desalniettemin dat de stenen echt waren omdat hij ze zelf ook tijdens excavaties (uitgravingen) vond. Daarnaast was hij ook voorstander van de theorie dat God de fossielen zelf in de aarde geplaatst had en Beringer zag de Hebreeuws teksten als bewijs dat ze door een intelligent wezen gecreëerd moesten zijn.

Op 4 oktober 1725 kondigde Beringer daarom een publicatie over de spectaculaire stenen aan. In 1726 werd de Lithographiae Wirceburgensis gepubliceerd, een 137 pagina’s tellend boekwerk met zeer fraaie afbeeldingen van de stenen. Echter, terwijl Beringer in 1732 een tweede volume van het boek aan het schrijven was kwam hij erachter dat de stenen vervalst waren. Er wordt verteld dat dit kwam doordat Beringer een steen vond met zijn naam in Hebreeuwse letters. Hoe hij hier precies achter kwam is onduidelijk. Wat wel aan het licht kwam was dat de stenen gemaakt waren door zijn twee collega’s professor Rodercik en bibliothecaris von Eckhart. Zij poogden een grap uit te halen met Beringer omdat ze zijn arrogantie zat waren. Ze creëerden de valse fossielen en verstopten ze tussen lagen in de Muschelkalk die Beringer onderzocht. De grap was helaas volledig uit de hand gelopen en inmiddels stond de reputatie van Beringer zelf op het spel. Toen de vervalsing eenmaal aan het licht was gekomen poogde Beringer de volledige eerste uitgave van zijn boek terug te kopen en vernietigde hij veel van de exemplaren in zijn bezit. De stenen waren ondertussen al zeer beroemd geworden en kregen de naam Würzburger Lügensteinen. Het werden geliefde verzamelobjecten. Momenteel zijn er nog enkele honderden van de leugenstenen bewaard gebleven. Tot opluchting van Beringer wist hij zijn naam als fraudeur te zuiveren tijdens een rechtszaak. Zowel Roderick en Eckhart als een van de jongens die Beringer hielp bij het zoeken, werden schuldig bevonden aan vervalsing. Beringer zelf behield zijn academische positie op de Universiteit van Wurzburg.

Een aantal van de vervalste fossielen zijn in Nederland te bewonderen in het Teylers museum in Haarlem. Daarnaast zijn er een aantal te zien in het Senckenberg Naturmuseum in Frankfurt en kwam ik tijdens een excursie naar de Harz ook een vijftal van deze stenen tegen tussen de mineralen en stenencollectie van de Technische Universiteit Clausthal-Zellerfeld (afb. 5).

De afbeeldingen 1 t/m 4: courtesy of University of Bologna, BiGeA Library; digital version by AlmaDL, AMS Historica.
Gebruikte literatuur:

• De Excursiegids Harz & Sauerland Flex bv. bv. 2017
• Vertabrate Life, F.H. Pough, C.M. Janis & J.B. Heiser, 9th edition
• http://www.geologievannederland.nl

College van de maand: Uluru; Een wetenschappelijke verklaring voor een legendarische rotsformatie
Door: Vera Hoogland

Uluru, ook wel ‘The Ayers Rock’; een heilige plaats volgens de Aboriginals. Een plek die eeuwen lang vereerd wordt, waar verhalen verteld worden en mythes en legendes worden doorgegeven van generatie op generatie. Uluru zou de plek zijn waar alle goden op de aarde verschenen, ontstaan als gevolg van een decennia durende strijd tussen twee oude stammen die vochten om de hand van een prinses. Als gevolg van deze strijd zou moeder Aarde overspoeld raken van verdriet, waarna zij Uluru creëerde als teken van haar rouw.
Vandaag de dag is Uluru, evenals zijn iets minder bekende ‘broertje’, de Kata Tjuta zeer in trek bij toeristen en reisorganisaties. Op de foto staan bij deze fenomenale rotsformaties is een ‘must-do’ voor iedereen die Australië bezoekt. Aangezien ik een reis naar Australië in het vooruitzicht heb, leek het mij leuk om van tevoren al wat onderzoek te doen naar deze twee mystieke rotsen. Zo kwam ik erachter dat er naast een interessante legendarische verklaring óók een nuchtere geologische verklaring te vinden is voor het ontstaan van Uluru en Kata Tjuta (afbeelding 1).

Australië in het Paleozoïcum
Zo’n 550 miljoen jaar geleden tijdens het Cambrium, maakte Australië deel uit van het supercontinent Gondwana (zie afbeelding 2). Binnen dit supercontinent ontwikkelden verschillende subductiezones, waardoor er in midden Australië lange tijd transpressie plaats vond. Transpressie houdt in dat er langs een transversale breukzone (waarbij twee aardplaten langs elkaar bewegen) plaatselijk compressie plaats vindt. Door bochten en andere obstructies in de breuk wordt de beweging als het ware een beetje tegengehouden waardoor er ter plaatse een grote druk ontstaat. Als gevolg van deze transpressie ontstond het Petermann gebergte, oftewel het Petermann-Orogen. Dit gebergte strekte zich uit over een groot deel van het binnenland van Australië en restanten hiervan vormen de huidige Petermann Ranges. De vorming van dit gebergte zorgde voor uplift en vervorming van het basement-gesteente. In de tijd van het Cambrium en Ordovicium waren landplanten, grassen en struikgewas echter nog afwezig, waardoor het Petermann-gebergte geheel was blootgesteld aan verwering en erosie. Bacterieel leven en verschillende primitieve algen droegen bij aan de afbraak van het gebergte, waardoor er snel grote hoeveelheden sediment werden afgevoerd. Hierdoor ontstonden er twee soorten alluvial fans (grote gebieden bestaande uit aangevoerde sedimenten) aan de voet van het gebergte. Een van de alluvial fans bestond voornamelijk uit arkosische zanden, terwijl de tweede fan voor een groter deel uit rotsachtig materiaal bestond. De aanvoer van erosiemateriaal uit het Petermann gebergte duurde ongeveer 50 miljoen jaar, waardoor er twee dikke pakketten van ongeveer 2,5 tot 3 kilometer sediment vormden. Dit proces is te zien in het bovenste plaatje van afbeelding 3, waar de gele en bruine kleuren de alluvial fans aangeven.

Van woestijn naar zeebodem
Rond de 500 miljoenjaar geleden begon de zeespiegel te stijgen, ervoor zorgde dat midden Australië onder water kwam te staan. Het gewicht van het zeewater in combinatie met het gewicht van aangevoerde zee-sedimenten (denk aan restanten van zeedieren, instroom van fijne modder- en kleideeltjes) zorgde voor consolidatie van de alluvial fans. De arkosische zanden werden omgezet in zandsteen, oftewel arkosische areniet, en het rotsachtige materiaal werd met behulp van modder aan elkaar gekit tot conglomeraat. Dit consolidatieproces duurde rond de 100 tot 200 miljoen jaar, en toen de zeespiegel zich begon terug te trekken, bleven twee stevige ‘versteende’ pakketten over.

In het Siluur brak er een nieuwe periode van intercontinentale plaattektoniek aan, de zogenaamde Alice Springs Orogeny. Deze periode van voornamelijk compressie in het binnenland van Australië hield aan gedurende het hele Siluur, Devoon en vroeg Carboon. Deze compressie zorgde opnieuw voor deformatie van het gesteente waaronder nu ook het zandsteen-pakket en het conglomeraat-pakket gevormd uit de alluvial fans. Het zandsteen-pakket ondervond hierbij de meeste deformatie waardoor het bijna geheel verticaal is komen te liggen. Het conglomeraat-pakket werd onder een hoek van ongeveer 30 graden scheef gesteld. Dit is weergegeven in het derde plaatje van afbeelding 3.

De afbraak van een oer-gebergte
Het droge klimaat wat lange tijd heerste in het binnenland van Australië zorgde voor erosie van een groot deel van het gesteente wat toen der tijd aan het oppervlak lag. Echter, rond de 65 miljoen jaar geleden werd het klimaat steeds vochtiger en ontstond er een moerassig, nat gebied waarin onder andere ook koolafzettingen zijn terug gevonden. Pas gedurende de laatste 500.000 jaar werd het klimaat droger en vond er sedimentatie van fijn zand plaats wat voornamelijk door de wind is aangevoerd (de blauwe laag in afbeelding 3). Gelijktijdig bleef het oppervlak sterk onderhevig aan erosie, waardoor het grootste deel van het ontstane reliëf gedurende miljoenen jaren is afgevlakt. Het eindresultaat is te zien in het onderste plaatje van afbeelding 3.

Maar wat is dan nu de link tussen de magische Uluru Rock en Kata Tjuta? Urulu is het tipje van de zandsteen laag die net boven het oppervlak uitkomt. Kata Tjuta is daarentegen het puntje van de conglomeraat laag. Dit is ook terug te zien in de geologische details van beide rotsen. De Uluru heeft een kenmerkende verticale gelaagdheid (de ‘Ribs’ zoals de Australiërs het noemen). Kata Tjuta heeft dit niet, maar bestaat in tegenstelling tot Uluru uit grover materiaal, de conglomeraat. Beide rotsen bezitten over een dieprode kleur die veroorzaakt is als gevolg van ijzer oxidatie. Hierdoor lijken de twee rotsen op het eerste gezicht erg veel op elkaar, ondanks dat ze qua lithologie dus vrij verschillend zijn!

Afbeelding 3: Van boven naar beneden de chronologische gebeurtenissen die Uluru en Kata Tjuta vormde. De rechthoekjes geven rechts de positie van Uluru en links de positie van Kata Tjuta aan. In het bovenste twee plaatjes is de vorming van de alluvial fan te zien, waarna de deformatie in het derde plaatje zichtbaar is. Het vierde plaatje geeft de erosiefase weer en het onderste plaatje is de huidige staat van Uluru en Kata Tjuta. Bron: Environment.gov.au

Realiteit versus de oude legende
Ondanks de uitgebreide geologische onderzoeken die men heeft uitgevoerd omtrent deze twee magische rotsen, blijven de verhalen van de Aboriginals, hun verklaringen en rituelen erg interessant voor menig bezoeker. Gidsen en tour-guides vertellen dan ook graag déze verhalen om de reizigers toch nog iets mee te geven van de magische traditionele cultuur. Zelf ben ik zeer benieuwd hoe het is om de rotsen in het echt te mogen aanschouwen en wat mijn gids mij over het ontstaan zal vertellen. Ook vraag ik me af in hoeverre er nog iets te voelen is van de magie waar de oude Aboriginals het over hebben. Uiteindelijk blijft het aan de lezer om te beslissen welk ‘scheppingsverhaal’ de voorkeur heeft.

Bronnen:

• Uluru kata tjuta national park
• Ancient places oceania
• Ayersrockresort.com
• beautifulplacestovisit.org
• Tourismlandscape.blogspot.com

Momenteel volg ik een vak op de VU dat Structural Geology heet. Het vak gaat over hoe de aardkorst vervormd wordt door spanning en stress die op het oppervlak staat. Doordat de spanning en stress op het gesteente niet overal even groot is en ook de hoek waarmee de kracht intreedt verschilt, ontstaan er complexe breuken en plooien en uiteraard ook combinaties daarvan.

Vandaag ga ik het hebben over "breuken".

Breuken zijn te verdelen in verschillende types. Je hebt een afschuiving (Engels: normal fault) (zie figuur 1). Hierbij is er eigenlijk te weinig kracht om het gesteente tegen elkaar aan te blijven duwen. Er ontstaat vervolgens een depressie in het gesteente die vaak opgevuld wordt met sediment. Ook bestaat er zoiets als een opschuiving (Engels: reverse fault) (zie figuur 1). Dit is eigenlijk het tegenovergestelde van een afschuiving. Er is zoveel spanning op het gesteente komen te staan dat het ruimte te kort komt. Een opschuiving wordt een overschuiving (Engels: thrust) genoemd wanneer het breukvlak een helling heeft die kleiner is dan 30 graden.
Ten slotte is er een zijschuiving (Engels: Strike-slip fault). Hierbij bewegen de componenten zich horizontaal ten opzichte van elkaar. De beweging kan twee verschillende kanten op. De “bovenkant” verplaatst zich naar links ten opzichte van de “onderkant”, dit wordt sinistraal genoemd (zie figuur 2). Of de “bovenkant verplaatst zich naar rechts ten opzichte van de “onderkant”, dit wordt dextraal genoemd (zie figuur 3). Ook al kijk je naar de breuk vanaf de andere kant, de beweging blijft hetzelfde. Aan dit laatste type breuken, een zijschuiving, zal ik in deze aflevering speciale aandacht aan besteden.

Bij een zijschuivings breuk schuiven er dus twee eenheden horizontaal langs elkaar. Dit kunnen aardplaten zijn, maar ook gewoon twee rotsblokken die onder druk staan. Zijschuivingen staan vaak niet op zichzelf. Meestal bevinden ze zich tussen andere soorten breuken. De breuken staan vaak los van elkaar, maar doen hetzelfde. Een zijschuiving verbindt deze breuken dan met elkaar (zie figuur 4). Waar je dit het meest duidelijke ziet is bij een MOR (=Mid Oceanische Rug). Hier is een spreiding rug die telkens verder opengaat. Hoewel het vaak wordt geportretteerd als een rechte lijn is het dit niet. Het zijn losse segmenten die verbonden worden door strike-slip breuken. Hier hebben deze strike-slip breuken een speciale naam n.l. een transforme breuk. Als je een vergelijkbare breuk op een andere plek ziet dan bij een MOR dan noem je het gewoon een strike slip breuk of transfer breuk.

Een zijschuivings breuk kan ook zelf verspringen. Doordat er een verspringing in de breukzone is, zijn er plekken waar er minder druk op staat en plekken waar veel meer druk op staat. Hier kan dan een pull apart basin ontstaan of juist een push-up basin (zie figuur 5). De lagere gedeeltes die ontstaan kunnen helemaal opgevuld worden met sediment. Het kan ook gebeuren dat er afschuivingen plaatsvinden in deze pull-apart basin. In het gedeelte wat omhooggeduwd wordt kunnen juist opschuivingen ontstaan doordat er steeds minder ruimte gecreëerd wordt.

De schaal waar op dit alles gebeurt kan heel verschillend zijn. Zo kan je dit soort dingen zien door een microscoop, maar er zijn ook grootschalige voorbeelden zoals de Alpine Fault in Nieuw-Zeeland (zie figuur 6). Dit is een dextrale strike-slip breuk. Door een gebrek aan ruimte aan de zuidelijke kant van de breuk zijn de Nieuw-Zeelandse Alpen ontstaan. De breuk splitst zich in het noorden op in kleinere parallelle breuken die samen de Marlborough Fault System worden genoemd. Een hiervan wordt de Hope Fault genoemd, waarvan men denkt dat deze de trend van de Alpine Fault representeert.

Een ander voorbeeld van een gebergte dat ontstaan is door een zijschuiving zijn de Pyreneeën.
Transforme breuken bestaan er dus in vele soorten en mate. Door hun unieke manier van bewegen maken ze het mogelijk dat breuken zich kunnen draaien zonder dat ze dit zelf moeten doen. Maar deze breuken kunnen ook flinke aardbevingen veroorzaken. De film "San Andreas" gaat over de San Andreasbreuk die zorgt voor een allesverwoestende aardbeving in Californie. Maar de film slaat wel een beetje door.

De figuren 1 t/m 5 zijn door de auteur zelf gemaakt.

Een paar jaar geleden ben ik met mijn ouders afgereisd naar de prachtige Auvergne in Frankrijk. Reden hiervoor was dat, na enkele jaren niet meer in de zomer met mijn ouders mee te zijn gegaan, ze me een reisje aanboden naar een geologisch zeer interessant stukje van Frankrijk. Hier kon ik natuurlijk geen ‘nee’ tegen zeggen. Vol vulkanen, basaltzuilen, gletsjerdalen en bruisende waterbronnen is het gebied zeker een bezoekje waard. Het was dan ook niet toevallig, dat we het jaar daarop met de studie tijdens een excursie door Frankrijk ook in dit gebied terechtkwamen. Naast de kenmerkende ‘Puys’ de lavakoepels met typische kegelvorm, zijn de rotsen Tuillière en Sanadoire een van de meest herkenbare punten van het gebied. Hoe deze rotsen hun kenmerkende vorm hebben gekregen zal ik uitleggen in dit “college van de maand”.

De Auvergne is gelegen in het Massif Central; een deel van Frankrijk dat bestaat uit glooiende heuvels, bergen en hoogvlaktes. De berggroep is door plooiing van de granieten en metamorfe gesteenten ontstaan tijdens de Variscische orogenese van ~480 tot ~290 Ma geleden (toen het supercontinent Pangea werd gevormd). Deformatie vond plaats van noord naar zuid en door de verdikking smolt het onderste deel van de korst gedeeltelijk waarbij granitoiden ontstonden die in een latere fase van de gebergtevorming (360-280 Ma) ook omhoogkwamen. Nog later trad er juist extensie op. Er ontstonden vele breuken als gevolg van het oprekken van de korst, hierdoor werd de korst ook minder dik.
Een groot graben (slenken) systeem ontstond van oost tot west, reikend van de Eger graben in Tsjechie tot de Rijngraben in Duitsland en het Franse Massif Central.

Vanaf zo’n 65 miljoen jaar geleden werd het pas echt interessant! Het gebied werd toen vulkanisch actief. Een mogelijke oorzaak van dit vulkanisme zijn de tektonische bewegingen die de graben creëerden in het gebied. Veel vulkanisme is namelijk zichtbaar in of langs de randen van de grabens. Er kunnen door de tijd heen drie periodes worden onderscheiden van vulkanische activiteit. Allereerst het ‘pre-rift’ vulkanisme, gedurende het vroeg Paleoceen en het einde van het Eoceen (66 Ma – 33 Ma). De lava’s van deze vulkanische fase zijn sterk onderverzadigd en bestaan uit alkali basalten tot melilitite. (een fijnkorrelig mafisch stollingsgesteente,dat relatief weinig silica bevat) Dit komt waarschijnlijk doordat een CO2- en H2O- rijke mantelbron maar gedeeltelijke is gesmolten. Vervolgens gedurende het eind Eoceen tot Mioceen, toen er extensie van het Massif Central plaatsvond en de grabens werden gevormd, was er een kortdurende vulkanische activiteit in het noordwesten van het massief. Vulkanisch gesteente van deze actieve fase bestaat uit alkalische basalten tot nefeliniet (een fijnkorrelige basalt die nefelien bevat in plaats van plagioklaas). Als laatste (vanaf 6 Ma geleden) kwam de grootste vulkanische fase, beginnend in het zuiden en later ook in het noordelijk deel van het massief. Deze grote magmatische provincies werden in deze fase gevormd. Kenmerkende vulkanen zoals de Monts Dore en Puy de Sancy ontstonden in deze periode. De lava’s zijn sub-alkaline tot alkaline van samenstelling. Lange ketens van kleine vulkaantjes, zoals de Chaîne des Puys (afb 1), zorgden voor rivieren van lava die door de bergdalen naar beneden stroomden. Nadat de lavastromen verharden, zorgden ze voor een reliëfinversie, daar waar eerst het dal lag, was het land nu verhoogd. Hierdoor zijn vele meertjes ontstaan in dalen die door vulkanen zijn afgesloten door de vulkaankegel en/of lavastoom in het lagere deel van het dal.

Tijdens deze laatste fase begon de vorming van de Roches Tuilière en Sanadoire. Ze bestaan beide uit fonolieten maar zijn toch zeer verschillend. Roche Tuillière is zo’n 2,1 miljoen jaar geleden gevormd en bestaat uit een nefelien-fonoliet die nu prachtig zichtbaar is als lange zuilen (oostkant van de rots in afb 2). Roche Sanadoire is iets jonger met een ouderdom van 1,8 miljoen jaar en is gevormd uit een noseaan-fonoliet die zeer dunne “orgelpijpjes” vormt. Deze felsische lava’s, met een hoge viscositeit zorgen voor een zeer stroperige lava.

Nu is deze kenmerkende verschijning niet alleen door het vulkanisme ontstaan. Beide rotspunten zijn namelijk resten van de oorspronkelijke vulkaankoepels. Door erosie zijn alleen de kraterpijpen blijven staan. Zeer grote hoeveelheden vulkanisch gesteente en as zijn over duizenden jaren afgevoerd door de eroderende werking van een gletsjer. Hierdoor is ook de kenmerkende U-vorm tussen de rotsen ontstaan, welke typerend is voor erosiedalen van gletsjers. Zo’n 12.000 jaar geleden warmde het klimaat op na de laatste ijstijd en smolten de gletsjers in het gebied. De bodem van het dal was nog steeds nat en bestond uit veenmoerrassen. Onderin het glaciale dal is de granitische ondergrond ontsloten. Hoger gelegen in het dal ligt het Lac de Guéry, dit meer is van origine glaciaal, maar door een dam van trachybazalt die dwars in het dal is gestroomd, is dit meer veel groter geworden. De vulkanische activiteit in dit gebied is namelijk nog lang doorgegaan. De laatste activiteit vond slechts ~6.000 jaar geleden plaats. Het kan daarom ook nog niet met zekerheid gezegd worden dat alle vulkanen volledig uitgedoofd zijn. Een uitbarsting zal in de toekomst zeker nog een mogelijkheid zijn. Een teken dat er nog steeds wat gebeurt in de ondergrond zijn de waterbronnen die verspreid door het gebied voorkomen. Bij het vullen van onze waterflessen bij de bron van St-Marguerite tijdens een wandeling kwamen we erachter dat er koolzuurhoudend water omhoogkomt. Omdat we dat dit niet hadden verwacht, was de eerste slok een behoorlijk nare ervaring!

Het prachtige uiterlijk van de rotsen is zeer goed zichtbaar als je noordelijk kijkt vanaf de parkeerplaats van de Col de Guéry (afb 2). Hiervandaan kan je ook enkele wandelroutes volgen die langs de voet van de rotsen lopen. Zo valt van dichtbij te zien dat de orgelpijpen van Roche Tuillière (1288 m, afb 3) verdeeld zijn in dunne platen door een intensieve dwarssplijting. Tot het begin van de 20ste eeuw werden deze platen gebruikt als dakbedekking in de omliggende dorpen, dit is ook waar de rots zijn naam van heeft verkregen. Bij de rots ligt ook nog een groeve waar deze lauzes werden gekapt. Roche Sanadoire (1286 m, afb 4) heeft zijn naam verkregen door het bijzondere geluid dat de rots maakt als je er met een hamer op slaat, welke overigens kenmerkend is voor fonolieten en dus ook bij Roche Tuillière te horen is. De kolommen die aan orgelpijpen doen denken, geven een heldere toon. Daarnaast is ook een ander duidelijk verschil zichtbaar, waar Roche Tuillière bestaat uit een enkele kraterpijp, is Roche Sanadoire opgebouwd uit meerdere kraterpijpen.

Dit uitzichtpunt, maar ook de wandelroutes waarbij je langs de rotsen loopt en zelf even uit kan testen of het gesteente daadwerkelijk zo helder klinkt, zijn zeker een bezoekje waard. En met een beetje geluk begint het in de ondergrond toch weer te rommelen en kan je écht actieve vulkanen gaan bewonderen.

Alle foto’s in dit artikel zijn genomen door de auteur..

Meer weten over de geologie van Auvergne? Kijk dan bij GEOREIS AUVERGNE op onze site.

De droom van iedere vrouw, mineralenliefhebber of miljonair: in het bezit zijn van een prachtige diamant. Het liefst een van zo veel mogelijk karaat. Diamanten worden gezien als een van de meest waardevolle materialen. Er heerst bijna een magische sfeer rondom dit mineraal, zowel in de dagelijkse industrie als in sprookjes, mythen en geloofsgebruiken uit het verleden. Eind september bezocht ik de NGV/GEA ‘Vulkanische Mineralen’ themadag en woonde een lezing bij over diamanten. Dit wakkerde nieuwsgierigheid in mij aan. Zijn diamanten wel echt zo zeldzaam als wij denken? En hoe kunnen we het voorkomen van diamanten koppelen aan de geologie? In dit college zal ik deze vragen beantwoorden op basis van de diamanten-industrie in het zuiden van Afrika.

Waar vormen diamanten?
Diamanten vormen in de lithosferische mantel van de aarde onder specifieke omstandigheden. Er moet een hoge druk en een hoge temperatuur heersen. Dit is vaak het geval onder oude continentale korst die al lange tijd geen deformatie heeft ondergaan. Dit zijn de stabiele Kratons die voornamelijk stammen uit het Archeïcum (zo’n 4 tot 2,5 miljard jaar geleden). Normaal gesproken bevindt zich onder continentale of oceanische korst een rigide laag van peridotitische samentelling die deel uitmaakt van de mantel. Samen met de korst vormt deze rigide laag de lithosfeer. Onder jonge continentale korst en onder oceanische korst, rijkt deze rigide laag van de mantel slechts tot 110 kilometer diep. Onder de oude kratons is deze laag echter veel dikker en kan tot wel 200-300 kilometer diep rijken. Dit noemt men de ‘mantel kiel’ (afb. 1). Doordat deze dikke mantel kiel zo diep rijkt, kunnen de temperaturen hier gemakkelijk oplopen tot zo’n 1500 graden. De gebieden waar deze hoge temperaturen ook nog eens gepaard gaan met een hoge druk vormen de ‘Diamond Stability Regions’ (afb. 2 en 3). Oftewel, de gebieden waar diamanten kunnen vormen en stabiel zijn.

Naast de hoge druk en temperatuur is een derde vereiste voor het vormen van diamanten, n.l. de aanwezigheid van koolstof ( C ). Deze koolstof atomen kunnen afkomstig zijn uit CO2 of CO3. CO2 is voornamelijk afkomstig uit de mantel en komt vrij als gevolg van ontgassing. CO3 wordt vaak tijdens de subductie in de vorm van sedimenten meegenomen de mantel in. De hoge druk en temperatuur in de mantel zorgen voor herschikking van de koolstof atomen, waardoor een kubisch kristalrooster vormt. Dit kristalrooster is te zien in afbeelding 4. De vorm van het kristalrooster en de sterke covalente bindingen die de koolstof atomen onderling kunnen aangaan zorgen ervoor dat diamant een van de hardste mineralen op aarde is. Grafiet, wat ook opgebouwd is uit koolstof atomen maar een ander kristalrooster heeft, is daarentegen een erg zacht mineraal. De omzet van diamant naar grafiet kost erg veel energie en zal dus nauwelijks spontaan in de natuur gebeuren. Dit is dan een van de redenen dat diamanten stabiel aan het oppervlak kunnen zijn en niet zomaar omgezet zullen worden in grafiet.

Hoe komen diamanten aan het oppervlak?
Diamanten kunnen op verschillende manieren aan het oppervlak komen: door middel van Kimberlites, Lamproiten en Lamphophyren. Aangezien Kimberlites het meest voorkomend zijn, zal er in dit college enkel hierop in gegaan worden en zullen Lamproiten en Lamphophyren buiten beschouwing gelaten worden.
Kimberlites, of Kimberlieten vormen voornamelijk verticale structuren in de aardkorst, ook wel magmatische dikes genoemd (afb.5). De magma’s van Kimberlieten zijn anders van samenstelling in vergelijking met de gemiddelde continentale magma’s. Zo is de concentratie van gassen (waaronder CO2, fluorgas, chloorgas en waterdamp) vele malen hoger en is het gehalte magnesium oxide (MgO) hoger. Bovendien is het magma minder oxiderend dan een gemiddeld basaltisch magma. Deze magma eigenschappen gepaard met het feit dat een Kimberliet-eruptie zeer snel plaatsvindt, zorgt ervoor dat er nauwelijks tijd is voor de resorptie van diamanten. Wanneer een diamant langdurig in contact komen met een magma van gemiddelde basaltisch samenstelling, zal de diamant niet in chemisch evenwicht zijn met de magma en geresorbeerd worden. Dit zorgt ervoor dat de diamanten in deze gevallen het oppervlak nooit zullen bereiken.

Diamantmijnen in Afrika
In verschillende landen in het zuiden van Afrika komen Kimberlieten in grote aantallen voor. Zo heeft Zuid-Afrika een grote diamantenindustrie, maar ook landen als Namibië, Botswana en Congo mijnen de edelsteen in grote aantallen (Afb 5). Hier bevinden zich dan ook vele Kimberliet-intrusies in de korst. Op sommige plekken heeft na de intrusie en de eruptie van de Kimberliet nog uplift van het landschap plaats gevonden. Toename van erosie heeft ervoor gezorgd dat de Kimberlieten uit-geërodeerd konden worden, waardoor diamanten simpelweg los raakten en konden worden meegevoerd met rivieren. Op andere plekken bevinden de diamanten zich nog grotendeels onder de grond, waardoor hier enkel door uitgraven en intensieve mijnbouw diamanten gewonnen kunnen worden.

Per jaar wordt er per mijn tot wel 10 miljoen karaat aan diamanten gemijnd, echter zijn niet al deze diamanten geschikt voor de sieradenindustrie. De diamanten worden uitgezocht en gesorteerd, en enkel de mooiste zijn geschikt voor de verkoop als edelsteen. De andere, minder mooie diamanten worden gebruikt voor de wetenschap en voor de technologie. Zo zijn er afgelopen jaar een aantal masterstudenten van de Vrije Universiteit naar Botswana afgereisd om hier voor hun onderzoek zelf een aantal diamanten uit te kiezen. Zij zullen de groeiringen van diamanten gaan bestuderen en hieruit afleiden hoe de condities diep in de aarde door de tijd heen zijn veranderd. Ook kunnen de diamanten gedateerd worden, waardoor men meer te weten kan komen over de ouderdom van het Afrikaanse Kraton en de tektonische geschiedenis.

Kortom, er gaat een heel geologisch verhaal vooraf aan de prachtige diamanten die in de etalage liggen bij de plaatselijke juwelier. Ook is het dus eigenlijk zo dat diamanten op zich niet per se veel geld waard hoeven te zijn, het is maar net welke kwaliteit er verwacht wordt. De magie rondom dit ‘Edele mineraal’ is dus uiteindelijk zeer geologisch te verklaren.

Bronnen

• Hobart M. King, P. R. (2018). How do diamonds form. Opgehaald van geology,com: https://geology.com/articles/diamonds-from-coal/
• Michaud, D. (2016). Kimberlite Deposits and Geology of Diamonds. Opgehaald van 911metallurgist.com.
• Winter. (2013). Recent Advances in Understanding the Geology of Diamonds. 49(4).

De actualiteit van onderwerpen in de geologie is niet altijd makkelijk na te streven. Vele processen die het landschap vormen duren vaak duizenden of wel miljoenen jaren. Daarnaast vinden er processen diep in de aarde plaats waarvan het resultaat niet altijd te zien is op de aardoppervlakte. Hierdoor is het moeilijk om een actueel beeld te krijgen van processen die nu aan de gang zijn.

Ik vind het dan ook erg interessant wanneer er processen zijn die wij wel kunnen gadeslaan. Vulkanen barsten overal ter wereld uit. We hebben het smelten van de gesteentes dan wel niet mee gemaakt, maar het spektakel dat volgt kunnen we wel zien. Verder kan je de uitwerking van de kracht van een aardbeving zien, de energie die in zo’n beweging zit is enorm. De manier waarop deze kracht dan het land kan veranderen is een wonder op zich.

Ik wil het graag hebben over zo een kracht. Een tsunami. Tsunami’s zijn interessante gebeurtenissen. In één keer komt er heel veel kracht vrij die uiteindelijk leidt tot een golf van verwoesting. Deze golf heeft verschrikkelijke gevolgen voor de mensen die aan de kust wonen waar deze vloedgolf het land bereikt.

Op 28 september trof er een tsunami het eiland Sulawesi van Indonesië. Eerder vond hier een aardbeving plaats met een kracht van 7,5 Mw of 7,2 op de schaal van Richter. De gevolgen hiervan zijn verschrikkelijk. Naar aanleiding van deze ramp leek het mij gepast om meer uitleg te geven over tsunami’s.
Het woord tsunami komt uit het Japans en letterlijk vertaald betekent het “haven golf”. Dit fenomeen heeft deze benaming gekregen doordat vissers op zee de golf nauwelijks merken. De haven heeft alleen wel erg last van de golf, omdat het water daar ondieper wordt dan op volle zee. Hierdoor ontstaat er bij de haven een enorme vloedgolf die verwoestende krachten heeft. De vissersboten die terugkwamen van de zee konden vervolgens niet geloven wat voor ravage er had plaatsgevonden in de haven.

Tsunami’s ontstaan doordat in korte tijd een enorme hoeveelheid water verplaatst wordt. Dit kan worden veroorzaakt door een zeebeving, maar ook door een vulkanische uitbarsting onder het wateroppervlak of doordat er een grote hoeveelheid materiaal in een klap de zee in stort. Dit materiaal kan dan verschoven zijn door een aardverschuiving of een modderstroom. In een zeer zeldzaam geval kan het ook gebeuren dat een meteorietinslag groot en zwaar genoeg is om hetzelfde effect te geven.

Zeebevingen zijn onderzeese aardbevingen waarvan het epicentrum op de zeebodem ligt (Figuur 1) . De plek waar de aardbeving dus daadwerkelijk plaatsvindt, het hypocentrum, ligt dus loodrecht onder de zeebodem. De zeebodem schiet plots omhoog of omlaag door de beving. De waterkolom die zich hier direct boven bevindt, moet ook mee bewegen. Hierdoor beweegt het water eromheen ook mee als in een kettingreactie. Dit kan in ondiepe wateren leiden tot een vloedgolf. Dit is geen gewone vloedgolf. De golf van een tsunami bevat veel meer kracht doordat de gehele waterkolom in beweging is geraakt.

 

Bij subductie zones komen veel breuken in de aardkorst voor. Hierbij subduceert een aardplaat onder een andere {zie college subductiezone} Hierbij beweegt de bovenliggende plaat vaak een beetje mee, maar als er een aardbeving plaatsvindt, dan schiet hij weer terug naar zijn oude plek. De aardplaat schiet dan omhoog en veroorzaakt de beweging van de bovenliggende waterkolom waardoor de kettingreactie start.

De tsunami die Sulawesi heeft getroffen werd niet veroorzaakt door beweging in een subductie zone. De aardbeving die plaatsvond was die van een transforme breuk, ook wel een “strike slip” breuk genoemd. Bij een transforme breuk schuiven de aardplaten langs elkaar. Hierdoor vindt er eigenlijk niet genoeg beweging plaats waardoor een hele waterkolom zich verplaatsen kan. Dat er vervolgens toch een tsunami het eiland trof was dus eigenlijk een beetje gek. Via mijn social media platforms ben ik hierachter gekomen doordat ik een geoloog volg op Instagram. Hij geeft vaak wat meer achtergrondinformatie bij ontsluitingen of recente gebeurtenissen uit het nieuws. Hij gaf de uitleg dat dit fenomeen wel kan ontstaan bij een transforme breuk als de topografie van de zeebodem rond de breuk grote hoogteverschillen heeft (Figuur 2).

Het water beweegt mee met de verschuiving van de topografie. Deze beweging in het water kan ertoe leiden dat de waterkolom een kettingreactie in beweging zet waardoor er een tsunami ontstaat.

Een tsunami kan ook een afzetting leveren. Een tsunami bestaat uit meerdere golven waardoor je ook meerdere afzettingen achter elkaar krijgt. De afzettingen zullen vaak goed zichtbaar zijn in kust sedimenten. De tsunami is zeer erosief dus dat zal het eerste zijn wat je kunt waarnemen als je een bepaald gebied onderzoekt. Vervolgens zal er dus een laag sediment zitten met materiaal uit de oceaan. Dit wordt afgezet als de eerste golf over het land heen spoelt. Wanneer deze golf zich terugtrekt kan er een tweede laag worden afgezet met wat meer materiaal vanaf het land (Figuur 3).
Een tweede golf komt eraan. Deze kan het land bereiken terwijl de eerste golf zich nog niet volledig heeft teruggetrokken. De afzetting zal vergelijkbaar zijn met de eerste golf, maar zal meer materiaal dat oorspronkelijk op het land lag afzetten dan de eerste golf. De tweede golf kan ook de eerste afzetting gedeeltelijk weg eroderen vanwege zijn kracht.

Bevingen aan de kust en tsunami’s zijn evenementen die een correlatie kunnen hebben. Beide evenementen zijn niet kleinschalig. Hierdoor is het mogelijk om deze gegevens te extrapoleren naar andere gebieden. Hierdoor is het mogelijk te achterhalen dat het verschillende gebied uit dezelfde tijd komen.

Tsunami’s en bevingen zijn verwoestende fenomenen. Daarom werden ze al snel door wetenschappers gedocumenteerd. Een vulkaaneruptie van het Griekse eiland Santorini rond 1650 voor Christus wordt bijvoorbeeld gelinkt aan het Bijbelverhaal over de zee die zich terugtrok voor Mozes tijdens de uittocht uit Egypte. Ook zou deze tsunami de Minoïsche beschaving op Kreta ten onder hebben gebracht. En in het jaar 365 vond er nabij Kreta opnieuw een zware zeebeving plaats. Hierdoor werd de Egyptische stad Alexandrië zwaar getroffen. Ammianus Marcellinus, een historicus van Griekse afkomst, noteerde deze hele gebeurtenis. Hij beschreef de beving, het terugtrekken van het water en de vloedgolf die neerkwam op het land. En rond het jaar 800 werd de westkust van Ierland getroffen door een tsunami. In 1755 werd Lissabon getroffen door een aardbeving. Na de tsunami die volgde ontstond er een brand die bijna heel Lissabon vernietigd heeft. De mens heeft in de loop der tijd geprobeerd om aardbevingen te voorspellen.

Het vak, seismologie, biedt de mogelijkheid trillingen in de aardkorst te meten. Met steeds verfijndere technieken en een grote hoeveelheid aan meetpunten weet men steeds meer over “trillingen in de aardkorst”. Maar echt voorspellen dat er morgen in een bepaald gebied een aardbeving komt, kan men nog niet.

Meer lezen?
In de Gea van september 2009 staat een artikel dat ook aandacht besteedt aan het voorspellen van geologische disasters. Zie: tsunami

Bronnen

Figuur 1: Wiki_Tsunami de figuur is gemaakt door Gebruiker: Aliekens
Figuur 2: Instagram

De Markerwadden: Een waddengebied zonder getijden.

Een nieuw stukje Nederland in het Markermeer.

In het weekend van 8 en 9 september vond de opening van de Markerwadden plaats en ik kon het niet laten om tijdens deze eerste openstelling voor publiek ook een kijkje te nemen. Vanaf de haven in Lelystad vertrok ik met een boot vol natuur- en vogelliefhebbers met verrekijkers en afritsbroeken, om na een klein uurtje aan te komen in de haven van het eerste eiland. Er staat een band klaar om ons te verwelkomen met een vrolijk deuntje en een pad omgeven door vlaggen leidt ons richting de grote uitkijktoren de ‘Steltloper’. Ik kies ervoor om de menigte die direct naar de toren stroomt, aan me voorbij te laten gaan en sla zo snel mogelijk een rustig zandpad in. Het pad slingert de andere kant op, richting de grote opgespoten slibplaten die al enige tekenen van begroeiing vertonen. Eenmaal op de zandpaden en vlonders langs de oostrand van het eiland aangekomen, is het een stuk rustiger en kan ik eens echt goed om me heen kijken. Op de slibplaten is hier en daar een schelpenstrandje aangelegd en ondanks al het water is ook hier de klei gebarsten tot een prachtig polygoon netwerk. Maar ondanks dat het er hier al behoorlijk op een zoetwaterversie van de Waddenzee begint te lijken vraag ik me toch af waar de dynamiek van dit nieuwe ‘waddengebied’ vandaan komt.

Het ontstaan van de Markerwadden.
Oorspronkelijk zou het Markermeer ingepolderd worden tot de Markerwaard in opeenvolging van de Noordoostpolder en Flevoland. Hiervoor werd de Houtribdijk tussen Enkhuizen en Lelystad aangelegd in 1976. Echter werd later van de drooglegging af gezien vanwege de grote ecologische waarde van het gebied voor de vogelstand, de effecten die de drooglegging zou hebben op de grondwaterstand van Noord-Holland en het veelvuldig gebruik van het Markermeer voor waterrecreatie. Maar na de scheiding van het Markermeer met het IJsselmeer is het Markermeer steeds troebeler geworden door de grote hoeveelheid slib die als een deken op de bodem blijft liggen. Vroeger werd het slib door stroming afgevoerd naar diepere delen van het IJsselmeer, maar na aanleggen van de dijk was dit niet meer mogelijk. Vooral bij harde wind wordt veel slib opgewoeld van de bodem. Daarnaast veroorzaakt het hoge slibgehalte van het Markermeer ook een ander probleem. Vlokvorming van algen met slibdeeltjes zorgt ervoor dat algen sneller bezinken. Hierdoor verdwijnt een deel van deze algen als voedselbron voor watervlooien en mosselen die daarop weer dienen als voedselbron voor diverse vissen en vogels. Bovendien is door de strengere regels en bestrijding van eutrofiering in de afgelopen decennia het water in het Markermeer steeds voedselarmer geworden. Hierdoor is de kwaliteit van de algen als voedsel voor andere dieren verslechterd. Deze factoren hebben er samen voor gezorgd dat de vis- en vogelstand in het Markermeer de laatste paar decennia sterk zijn achteruitgegaan.

De aanleg van de Markerwadden zou deze problemen tegen moeten gaan. De twee doelen die dit project moet realiseren zijn het verbeteren van de bodem- en waterkwaliteit en het faciliteren van broedvogels. In de luwte van de eilanden zal het slib gaan bezinken en dit moet de helderheid van het meer bevorderen. Tegelijkertijd moeten de eilanden met moerassen plaats geven aan foerageer- en broedlocaties voor diverse soorten vogels en vis.

Het eerste eiland van de Markerwadden is aangelegd door eerst een omtrek van zanddammetjes aan te leggen. De ruimte hiertussen is later opgevuld met slib en klei. Door het materiaal van een bepaald punt op te spuiten wordt er reliëf gecreëerd. Dit gebeurt doordat grotere deeltjes sneller bezinken dan kleinere lichtere deeltjes. Door uitdroging van de bovenste laag slib ontstaat er uiteindelijk een gebied dat stevig genoeg is voor planten om op te kunnen gaan groeien. Terwijl ik over de wandelpaden op de stevige zanddijkjes loop zie ik om mij heen nog verscheidene borden staan met ‘Pas op, drijfzand’. Ondanks dat er al een hoop planten groeien en ook de ganzen al over de slikken kunnen lopen, is het eiland nog niet heel stevig.

Het materiaal voor de bouw van het wad is afkomstig uit het Markermeer zelf. De bovenlaag van het sediment in het Markermeer bestaat vooral uit slib, een mengsel van klei en organisch materiaal dat gedurende het Holoceen is afgezet (<11.800 jaar geleden). Het gehele Holocene pakket bestaat uit afwisselend kleiige, venige en zandige afzettingen van de Formaties van Naaldwijk en Nieuwkoop. Deze laag is in het noordwesten van het Markermeer bijna 20 m dik en wordt steeds dunner naar het zuidoosten. (Voorheen was er op de plaats van de Zuiderzee een groot veengebied. Door onder andere de erosie van golven die grote stukken van het veen afsloegen langs de randen van veenmeren is er echter een groot meer ontstaan (“Aelmere” genoemd) dat later ook in verbinding kwam te staan met zee.) Hieronder ligt een zandlaag van materiaal dat tijdens het Laat-Pleistoceen is afgezet. Dit zand behoort tot de Formatie van Boxtel en Krefteneheye, dat bestaat respectievelijk uit dekzand (door wind afgezet) en fluviatiele zanden (door rivieren afgezet).

Golven als getijdewerking?
Het gevaar van erosie op de Markerwadden komt vooral door de golven ontstaan door de wind. De eilanden zijn zo ingericht dat ze zo goed mogelijk beschermd worden tegen erosie veroorzaakt door de zuidwestenwinden en noordwestelijke stormen. Op het IJsselmeer en Markermeer zijn de golven meestal rond de 40 cm hoog. Maar deze meren zijn bekend om golven die soms razendsnel op kunnen komen. Bij storm en zware regenval kunnen de golven binnen een uur tot wel 1,5 m hoog worden en kan de waterstand ook snel stijgen en dalen. Stormen en onweersbuien komen echter erg onregelmatig voor en deze snelle wisselingen in waterstand die de buien met zich mee kunnen brengen zijn dan ook geen vervanging voor de waterstandschommelingen die de getijden met zich mee brengen op zee.

Echter om van de Markerwadden echte wadden te maken, moet er toch ergens dynamiek vandaan komen die ervoor zorgt dat het slib van het troebele Markermeer in de luwte van de Markerwadden bezinkt. Natuurlijke peilschommelingen moeten hiervoor zorgen. De locatie voor de Markerwadden in het diepste deel van het Markermeer is niet voor niets zo dicht langs de Houtribdijk gekozen. Opstuwing van het water langs de dijk zou voor natuurlijke schommelingen in de waterspiegel moeten zorgen. De dynamiek die hierdoor ontstaat zou volgens de projectontwikkelaars moeten zorgen voor de ontwikkeling van ‘Windwadden’. Modelstudies hebben tot nu toe nog niet goed kunnen laten zien of deze dynamiek voldoende zal zijn om slib daadwerkelijk in de luwte van de Markerwadden te laten bezinken om het Markermeer iets minder troebel te maken.

Vastleggen van slib door beplanting.

Een deel van het opgespoten slib waaruit de Markerwadden is opgebouwd is voor de aanleg van het wad uitvoerig geanalyseerd. Omdat dit nieuwe stukje natuur in Nederland een foerageer en broedgebied voor diverse vogelsoorten moet worden, wil Natuurmonumenten een geschikte vegetatie voor deze vogels. De zaden in het slib van 5 meter diepte bleken niet meer kiemkrachtig te zijn, ideaal voor het project om het gebied naar eigen inzicht in te richten. Boskalis en Witteveen en Bos hebben een mix gecreëerd van zaden van zowel riet als lisdodde (rietsigaar) dat zou worden ingezaaid. Deze mix is een ideale combinatie om de bodem vast te houden en een goede bodemstructuur te ontwikkelen. Om competitie met wilgen tegen te gaan is een groot deel van het Markerwadden binnen de zanddijken tot eind juli onder water gezet. De droge delen zijn in augustus met een hovercraft ingezaaid met de ‘Markerwadden-zadenmix’ op specifieke plekken in het moerassige gebied. Vanwege de grote droogte deze zomer is de waterstand binnen de zanddijkjes extra hoog gehouden om uitdroging van de zaden te voorkomen (Afb. 3).
Daarnaast zijn er met de hand meer dan 20.000 wortelstokken van schoon riet uit Lelystad (zonder watercrassula, een invasieve soort uit Australië) in de grond gestopt. De bedoeling is dat deze wortelstokken flink gaan groeien voordat de winter begint want de wortels zijn de enige delen die het overleven als de ganzen alles boven de grond opeten. Afb. 4. Als de gewenste vegetatie eenmaal stabiel is zullen delen van de zanddijkjes doorbroken worden. Zo zal het hele gebied in contact komen te staan met het Markermeer en kan er interactie plaatsvinden tussen het water en het ‘wad’.

Het verschil met ‘echte’ wadden.

Nu blijft nog steeds een beetje de vraag of de Markerwadden wel echte wadden zijn. De dynamiek die eb en vloed normaal creëren op de slikken (tijdens hoogtij onderwater) en schorren (alleen bij hoog springtij onderwater) wordt in het Markermeer vervangen door natuurlijke peilschommelingen in het waterpeil. Deze schommelingen zijn echter niet diurnaal (geen cyclus zoals bij eb en vloed bewegingen). Dus mogen de Markerwadden wel echt wad genoemd worden? Of kunnen ze beter, zoals Toine Heijmans vorig jaar met ongenoegen verwoordde in de Volkskrant, opgespoten bulten in een zoetwatermeer genoemd worden? Vooralsnog zal dit grote project zichzelf op dat gebied nog moeten bewijzen. Maar dit stukje nieuw Nederlands land is in ieder geval nu al een groot succes onder de vogelliefhebbers die op de bootreis terug vol trots hun foto’s van de dag nog even terugkijken.

Tenzij anders vermeld zijn alle foto’s afkomstig van de auteur.

Van vulkaan tot caldera

Figuur 2: De vulkanische cyclus. Bron: Vera Hoogland

Figuur 5: de caldera van Nisyros. Bron: melanopetra.gr
Figuur 6: een van de vulkanische wandelingen van Santorini. Bron: WikiVisuality	Figuur 7: Een vulkanische bom op Santorini. Bron: greek-islands.us

Bron: Lezing Singapore University department of Geology, SlideShare.net.

• http://eurasiatectonics.weebly.com/adriatic-and-aegean-plates.html
• https://www.mysteriousgreece.com/travel-guides/islands/dodecanese/nisyros

In mijn college van maart 2018 heb ik geschreven over het verborgen Nederland. Ik heb toen geschreven over de Caledonische en Variscische orogenese waardoor Pangea bij elkaar kwam. Dit speelt zich af vanaf 500 miljoen jaar geleden. Ik heb ook al geschreven over het uit elkaar vallen van Pangea. In dit college ga ik hier verder op in en zal ik doorgaan met de Alpiene orogenese. Het uiteenvallen van Pangea is niet een proces dat een vast begin en eind punt heeft. Men kan vinden dat dit proces klaar is wanneer Pangea uit losse brokstukken bestaat, maar een andere mening is dat het uiteenvallen pas stopt op het moment wanneer de losse brokstukken weer een geheel gaan vormen. We weten in ieder geval dat het opbreken en het weer samenkomen van sommige brokstukken leidt tot de huidige verdeling van de continenten op aarde. In dit college probeer ik zoveel mogelijk te vertellen over de laatste grote tektonische fase.

De Alpiene orogenese is de laatste grootschalige tektonische fase van Europa. Nederland ligt al op het Noordelijk halfrond. We bevinden ons in het Krijt (Figuur 1), vanaf 150 miljoen jaar geleden tot 66 miljoen jaar geleden. De Atlantische oceaan is bezig met zich te openen en Noord en Zuid-Amerika te scheiden van Europa en Afrika. Vanwege het opbreken van Pangea stijgt de zeespiegel. Hierdoor ligt Nederland, maar ook een groot deel van de rest van Europa onder water. Er werd veel kalksteen afgezet. Op sommige plekken was er zo een snelle sedimentatie snelheid dat er enorm dikke pakketten zijn ontstaan. Denk hierbij aan de White Cliffs of Dover. In Nederland is ook kalksteen afgezet, alleen niet precies op dezelfde manier zoals in Engeland. In Nederland komt het in Limburg redelijk dicht aan het oppervlakte. Het kalksteen zit in de rest van Nederland enkele kilometers onder het oppervlak. Er was veel leven in de oceanen. In het gebied dat nu Nederland is zwom er in deze tijd een bekend fossiel rond. De Mosasaurus. Dit enorme beest kan wel 15 meter lang worden en is gevonden in Limburg.

In het Krijt breken veel continenten verder uit elkaar. Zo komt Iberia, het huidige Spanje en Portugal, als een soort eiland los te liggen in de Tethys oceaan. Ook maakt India zich los van Afrika om vervolgens heel erg snel naar het Noorden toe te bewegen. Noord en Zuid-Amerika liggen ook nog niet vast aan elkaar. Uiteindelijk ontstaat er een grote "waterweg" die van Oost naar West loopt.

In het Paleogeen is de Atlantische oceaan nog steeds bezig met opengaan. Het Paleogeen begon 66 miljoen jaar geleden. De Mid-oceanische rug maakt veel nieuwe oceaanbodem aan. Op een bepaalde plek komt veel meer materiaal omhoog. Op den duur is er zoveel materiaal omhooggekomen dat het boven het oceaanoppervlak uit komt. Waardoor o.a. IJsland is gevormd. Vulkanisch as is erg vruchtbaar dus het is niet gek dat dit eiland uiteindelijk bewoond werd. De Tethys oceaan werd steeds verder dicht gedrukt. Van Spanje tot aan Zuidoost-Azië wordt de oceaan dicht gedrukt en is er sprake van een orogenese gordel. De Afrikaanse plaat botst samen met de Arabische plaat tegen de Euraziatische plaat aan. Hierbij ontstaan de Alpen. Bij deze botsing zijn ook meerdere kleine platen aanwezig die een bijdrage leveren aan het vormen van de Alpen.

Zoals in Figuur 2 te zien is, is het nogal een rommeltje met subductiezone en verschillende landmassa’s. Een andere kleine plaat die een rol speelt, is de Iberische plaat waar Spanje en Portugal op liggen. De botsing van Iberia met Eurazië leidt ook tot het vormen van de Pyreneeën. Het botsen van Afrika met Eurazië leidde ook tot het vormen van het Atlasgebergte in Afrika.
De Alpen zelf bestaat uit vier units, ook wel dekbladen genoemd of nappe. Een dekblad kan gezien worden als een relatief dunne eenheid. Dekbladen komen vaak als overschuiving voor op andere geologische eenheden. De Oostelijke Alpen, ook wel Austroalpine nappe; de Zuidelijke Alpen, waarbij het gesteente bestaat uit ondiepe kalksteen uit het Laat Carboon-Trias en diep water afzettingen uit het Jura; De Penninic nappe bevat een continental high (Brianconnais zone) en een diep water domein (Valais Zone); De Helvetic nappes bestaande uit kalkgesteente van een ondiep marine milieu tot een meer open en dieper marine milieu (Figuur 3).

Ondertussen werd ook de Himalaya gevormd. India kwam met een rap tempo naar het Noorden toe (Figuur 4). Hierdoor botste het met China. Helaas was er een probleem, zowel de Indiaanse plaat als de Euraziatische plaat bestaan voornamelijk uit mafisch gesteente. Omdat ze een vergelijkbare samenstelling hebben zijn ze ook ongeveer even licht. De Euraziatische plaat is veel groter, maar op het punt waar de Indiaanse plaat botste met de Euraziatische plaat wilde geen van beide onder de andere plaat subduceren. Mogelijk heeft er op kleine schaal wel subductie plaatsgevonden, maar tijdens het vormen waren platen te licht voor een echte subductiezone. Hierdoor is er geen vulkanisme ontstaan maar is er wel een hoop seismische activiteit. De Himalaya is in de afgelopen jaren niet gestopt met groeien.

De huidige mens zal waarschijnlijk nooit mee maken dat de continenten die wij nu kennen weer uit elkaar zullen vallen. De gevolgen van het opbreken en samenkomen van continenten merken wij echter wel. Zo zijn er nog met enige regelmaat aardbevingen rond de Himalaya en de Alpen die het nieuws halen. Bovendien komen wij aan grondstoffen doordat de contineten zich verplaatst hebben. Ook al heeft niemand Pangea ooit met zijn eigen ogen gezien, toch weten we er best veel van af. Ik vind het daarom ook leuk dat ik met deze studie verder kan kijken dan een mensen leven.

Kiki du Pau.
Alle afbeeldingen komen uit een PowerPoint presentatie van mijn docent.

Meer dan twaalf jaar geleden publiceerde GEA een themanummer over de Geologie op Mars waarbij er aandacht was voor allerlei verschillende geologische processen die zich op de rode planeet afspelen. Inmiddels zijn wetenschappers alweer een stuk verder en is er een ongelofelijke hoeveelheid data beschikbaar gekomen van alle ruimtevluchten naar Mars (afbeelding 1). Met de recente lancering van InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) zullen we straks nog veel meer te weten komen over de geologische historie van Mars.

Wat we met onze nieuwsgierigheid al te weten zijn gekomen

De vierde planeet vanaf de zon is met een diameter van ~6.794 km net ietsje kleiner dan de Aarde en heeft qua geologische geschiedenis waarschijnlijk dezelfde fases doorlopen als onze thuisplaneet. Maar Mars loopt inmiddels op ons voor; waar de aardkorst op de Aarde nog bewegelijk is, is er nauwelijks tektonische activiteit meer op Mars.

De binnenkant van Mars is net als de Aarde verdeeld in een centrale kern van metaalijzer en nikkel, omgeven door een silicaat mantel en korst (afbeelding 2). In vergelijking met de Aarde is Mars veel rijker aan ijzer. De aanwezigheid van het vele ijzer is eveneens de oorzaak van de rode kleur. Daarbij wijzen analyses van Martiaanse meteorieten en in situ analyses van Marsrovers erop dat de kern van Mars veel meer zwavel bevat dan de kern van de Aarde, dat de mantel rijker is aan kalium en fosfor, en dat de korst veel meer vluchtige elementen bevat zoals chloor en zwavel. De meeste kennis over de geologie van Mars is afkomstig van het bestuderen van landvormen door middel van foto’s genomen met ruimtevaartuigen die in een baan on Mars bewegen.

Dat op Mars in het verleden mogelijk tektonische beweging heeft plaatsgevonden kan van een afstandje onderbouwd worden op basis van een aantal verschillende kenmerken. Een van de duidelijkste is het grote verschil tussen de noordelijke en zuidelijke hemisfeer van Mars. Ongeveer een derde van het oppervlak op het noordelijk halfrond van Mars ligt enkele kilometer lager dan het zuidelijk halfrond en heeft een behoorlijk plat oppervlak met maar weinig grote kraters. Het hoogteverschil is van vergelijkbare grote als het hoogteverschil tussen de continenten en oceaanbodem op Aarde. Dit verschil, dichotomie genoemd, werkt ook door in de korst van Mars. Data die beschikbaar is gekomen van zwaartekrachtmetingen, laat zien dat de korst in de zuidelijke hooglanden maximaal 58 km dik blijkt te zijn, terwijl in de noordelijke laaglanden de korst maar 32 km dik is.
Verder is zuidelijke hoogland van Mars bedekt met behoorlijk veel oude kraters die waarschijnlijk nog afkomstig zijn van het ‘Late Heavy Bombardment’ (LHB). Dit was een periode van ongeveer 4,0 tot 3,8 miljard jaar geleden waarin er zeer veel meteorieten insloegen op de planeten in het binnenste gedeelte van ons Zonnestelsel (Mercurius, Venus, Aarde, Mars en bijbehorende manen). Het LHB werd ontdekt door de vele kraters op de Maan te bestuderen. Voor de lagere ligging van het noordelijke laagland zijn verschillende verklaringen bedacht.

Twee theorieën geven een verklaring aan de hand van een impact van een of meerdere zeer grote objecten ter grootte van de Maan. Een derde hypothese verklaart het hoogteverschil aan de hand van plaattektoniek. Hierbij wordt gedacht dat er een verdunning in de korst is ontstaan, veroorzaakt door convectie van het mantelgesteente (een hele langzame, stroperig beweging van gesteente waardoor het op de lange termijn vloeibare eigenschappen heeft waarbij warm materiaal omhoog beweegt en koud materiaal zinkt).

Vervolgens wordt er nieuwe korst aangemaakt en verdwijnt oude korst onder het marsoppervlak op een vergelijkbare manier als er op Aarde oceanische korst verdwijnt onder continenten en weer wordt gevormd bij Midoceanische ruggen (zie College van de maand over subductie). In 2001 werd er een studie gedaan die aangaf dat een ‘degree-1 mantle convection’, een specifieke vorm van convectie in de mantel, voor de dichotomie kan zorgen mits Mars een zwakke asthenosfeer (bovenste deel van de mantel direct onder de lithosfeer) had.

Verder is er ook veel vulkanisch gesteente aanwezig op Mars, zoals de vulkanen die nog steeds zichtbaar zijn op Mars aangeven. Maar ook een aantal op Aarde neergekomen Martiaanse meteorieten bestaan uit vulkanisch gesteente. Zo is er in 2012 een meteoriet gevonden die aangeeft dat er al meer dan 2 miljard jaar vulkanische activiteit is op Mars. Vanaf de missie van Mariner 9 in 1972 zijn wetenschappers bekend met de aanwezigheid van vlaktes die zijn opgebouwd uit lava, die een groot deel van het marsoppervlak bedekken. Verder zijn de grootste vulkanen van ons Zonnestelsel op Mars te vinden, waarvan enkele zeer grote te vinden zijn in de Tharsis en Elysium vulkanische Mars provincies.

Wetenschappers denken dat de vulkanen zo groot kunnen worden doordat er zo weinig plaatgrenzen zijn op Mars. Lava van een hotspot kan zo voor miljoenen jarenlang op dezelfde plaats door de aardkorst heen komen om een enorme schildvulkaan te vormen. In oktober 2012 was er voor het eerst bevestiging van verweerd vulkanisch gesteente op Mars, de Curiosity rover, (een ruimte exploratie voertuig) voerde toen de allereerste X-Ray analyse uit op de Martiaanse bodem en vond mineralen die vergelijkbaar zijn met de verweerde basaltische bodem van vulkanen op Hawaii. Overigens heeft Curiosity na lange problemen met zijn motor te hebben gehad, afgelopen februari voor het eerst sinds meer dan een jaar weer in een steen geboord. Curiosity maakte daarbij een boring van 1,3 cm diep. Helaas kan de rover geen monsters meer nemen voor analyse, omdat het materiaal niet meer naar de mini-laboratoria binnen in Curiosity kan worden gebracht.

Het gewicht van de enorme vulkanen zorgt voor behoorlijk wat druk op de lithosfeer en er zijn dan ook vele breukzones zichtbaar langs de flanken van de vulkanen. De breukzones rond Tharsis rijken zelfs tot halverwege de planeet. Bij deze breukvorming kunnen ook aardbevingen plaatsvinden.

InSight – op zoek naar nieuwe inzichten

Helaas is de plaattektoniek op de Aarde zelf ook nog niet volledig begrepen, het blijft nog onduidelijk hoe processen in de mantel de plaattektoniek aan het oppervlak beïnvloed. Dit is een van de redenen waarom de NASA InSight naar Mars heeft gestuurd om te ontdekken hoe de evolutie van stenige planeten in ons Zonnestelsel heeft plaatsgevonden. InSight is een Mars lander die gaat kijken naar het binnenste van Mars; de kern, mantel en korst. Afgelopen 5 mei is de lander succesvol gelanceerd voor zijn zes maanden durende ruimtereis (afbeelding 3).

Mars is zeer geschikt als laboratorium om nieuwe inzichten te verkrijgen over de vorming van terrestrische planeten (planeten die zijn opgebouwd uit vaste stoffen) omdat de planeet niet te groot of te klein is, het kan daardoor een goede documentatie van zijn vorming bevatten. Bij grotere planeten is dit archief verdwenen door voortdurende plaattektoniek, als planeten kleiner zijn, hebben er geen differentiatieprocessen plaatsgevonden die die scheiding van de kern, mantel en korst veroorzaken. Terwijl het juiste deze processen zijn die we willen bestuderen. Het is al bekend dat er geologische activiteit is op Mars, maar InSight kan ons laten zien hoe actief de rode planeet precies is. De bedoeling is dat de data die de Lander verzamelt ons antwoorden kan geven over de grootte van de kern, waar hij uit bestaat en of hij vast of vloeibaar is en de dikte en structuur van de korst en mantel. InSight meet hiervoor ook de warmte die ontsnapt uit het binnenste van Mars.

InSight

Naast de interne structuur van Mars zal InSight kijken naar tektonische activiteit en meteorietinslagen. Als de ruimtereiziger in november succesvol op Mars landt, zal InSight dieper dan ooit tevoren in het marsoppervlak boren (afbeelding 4). Aan de hand van seismiek, trillingen in het gesteente, kan de lander informatie geven over hoe vaak seismische activiteit plaatsvindt op Mars en hoe krachtig deze is, maar ook hoe vaak er meteorieten inslaan op het oppervlak. De kennis over de evolutie en stollingsgeschiedenis van Mars kan ons helpen om een voorspelling te maken over hoe de toekomstige afkoeling van de Aarde er uit kan gaan zien.

• Meer informatie over InSight: https://www.youtube.com/watch?v=yWIajORElz4 
• De lancering van InSight: https://www.youtube.com/watch?v=VKQ-6WCbHis

‘Een magisch, paars, hemel-verlichtend lint’ Zo omschreef een amateurgroep Canadese ‘Noorderlichtjagers’ het fenomeen wat zich in de nacht van 25 op 26 juni 2008 aan de hemel voordeed. Ze wisten niet wat het was, maar eending wisten ze wel. Dit was iets wat nog niet eerder was gezien en zeker niet het normale noorderlicht. Onder begeleiding van hun groepsleider stapten de groep met de foto’s naar NASA. De waarneming van dit nieuwe, mysterieuze fenomeen opende deuren naar een nieuw onderzoek. Wat houdt deze nog nooit eerder waargenomen variant van het noorderlicht in? Waar komt het vandaan? ‘I’m not trying to be funny, but the sky is the limit in this case’ sprak Professor Donovan van de University of Calgary toen hij met zijn collega’s begon aan het onderzoek naar het mysterieuze paarse lint, wat inmiddels de name ‘STEVE’ had gekregen. 

Het noorderlicht, wat is dat precies?
Ondanks zijn prachtige verschijning, is het noorderlicht vandaag de dag niet meer zo mysterieus. Wetenschappers hebben een goed beeld van wat er gebeurt tijdens het noorderlicht, welke processen er een rol spelen en kunnen zelfs voorspellingen maken. Simpel gezegd kan het noorderlicht worden verklaard aan de hand van elektrisch geladen deeltjes (elektronen en ionen) afkomstig van de zon die met hoge snelheid en energie onze atmosfeer binnendringen. Wanneer een zwerm geladen deeltjes in de buurt van de aarde komt, zal deze worden ingevangen door het aardmagnetisch veld. Door deze aantrekking zullen de deeltjes zich voornamelijk naar de polen toe bewegen, waar deze in onze atmosfeer botsen met zuurstof- en stikstofmoleculen. Door de botsing raken deze zuurstof- en stikstofmoleculen in een hogere staat van energie, wat inhoud dat ze een deel van de energie van de geladen deeltjes overnemen. Hierna zullen de moleculen deze energie weer ‘loslaten’ en zal straling van een bepaalde golflengte worden uitgezonden. Deze straling kunnen wij in de noordelijke en zuidelijke hemel waarnemen als een vaak groen/rood, bewegend licht. 

Wat maakt STEVE anders?
Naast de andere kleur en vorm die STEVE heeft vergeleken met het noorderlicht (een paars lint versus een groen/rood bewegend gordijn), zijn ook zijn fysische eigenschappen anders. Sinds het ontdekken van STEVE is er een grote hoeveelheid aan data verzameld met behulp van satellieten en camera’s. Het verzamelen van gegevens is pas sinds korte tijd mogelijk, omdat voorheen de apparatuur nog te onderontwikkeld was om STEVE te kunnen waarnemen. Met de nieuwe satellieten en camera’s hebben wetenschappers nu ontdekt dat de snelheid van de geladen deeltjes die STEVE veroorzaken vele malen hoger is dan die van het noorderlicht. Namelijk wel 6 kilometer per seconde. Ook kan de temperatuur oplopen tot 6000 graden, wat vergelijkbaar is met de temperaturen in het binnenste van de aarde. STEVE kan, in tegenstelling tot het noorderlicht, ook dichter bij de evenaar worden waargenomen en de zwerm deeltjes beweegt zich voornamelijk oost-west. Dit is loodrecht op de algemene beweging van het noorderlicht, waar de deeltjes zich noord-zuid bewegen. Het feit dat STEVE vaak gepaard gaat met het noorderlicht maar zich wel anders gedraagt, is een sterke aanwijzing dat het wel degelijk te maken heeft met andere, onbekende fysische processen in de atmosfeer.

Hoe kan Steve verklaard worden?
De snelle stroom van geladen deeltjes lijkt sterk overeen te komen met de stroom van deeltjes die onderzoekers kennen als ‘SAID’- Sub Auroral Ion Drift. Dit is een zeer snelle, hete en smalle stroom van ionen en geladen deeltjes die zich kortstondig voordoet op lagere breedtegraden. De zwerm deeltjes van een SAID kunnen – net als bij STEVE- een vrij hoge temperatuur en snelheid behalen en beweegt zich in oost-westelijke richting. Tot nu toe gingen wetenschappers er echter vanuit dat een SAID geen waarneembare, visuele aspecten had en niet per definitie aan het noorderlicht gekoppeld kon worden. Het zou kunnen zijn dat door de ontwikkeling van betere camera’s en satellieten met een hogere sensitiviteit en resolutie een SAID nu wel waargenomen kan worden en dat STEVE dus eigenlijk een zichtbare SAID is. Net als het noorderlicht hangt het voorkomen van een SAID nauw samen met de zonneactiviteit. Wanneer de zon een hogere activiteit laat zien en vervolgens meer geladen deeltjes uitstoot, doet zich vaker een SAID voor. Tot nu toe lijkt dit de meest waarschijnlijke verklaring. Het verder bestuderen van STEVE zou op deze manier kunnen bijdragen aan meer kennis over de ingewikkelde, fysische processen die zich in de atmosfeer voordoen. 

Afsluitend feitje over STEVE
STEVE is vernoemd naar een mysterieuze verschijning in een van de scenes van de animatiefilm ‘Over the Hedge’. De fotograaf die STEVE ontdekte, is namelijk een grote fan van de film zodat hij de naam wel gepast vond voor het nieuwe fenomeen. Hieronder vindt u de link naar de scene: Youtube (Scene STEVE)

Bronnen:

• MacDonald Et. All (2018): ‘New science in plain sight: Citizen scientists lead to the discovery of optical structure in the upper atmosphere’ 18/03/2018, Science Advances Vol. 4 No. 3
• J. Fortin, ‘Steve, a Famous Northern Light, Stays Mysterious (and Keeps His Name) 15/03/2018 NYtimes.com/science 
• K. Patel, ‘Mystery of Purple Lights in Sky Solved With Help From Citizen Scientists’ 14/03/2018 Nasa.gov

Wanneer je denkt aan Nederland denk je aan fietsen door de polders of zwemmen in de Noordzee, zeilen over het IJsselmeer of wandelen over de Veluwe. Als het weer natuurlijk mee zit. Maar vroeger zag het gebied er heel anders uit. Nederland heeft bergen, zeeën en woestijnen gehad. Nu is daar weinig van te zien, het zit allemaal verstopt in de ondergrond (fig.1).

Ik wil jullie meenemen op een college dat als vogelvlucht door de geologische geschiedenis van Nederland gaat. Hierbij probeer ik de belangrijkste dingen uit te leggen. Sinds de jaren 60 zijn er in Nederland veel boringen uitgevoerd tijdens de zoektocht naar aardolie en gas in de bodem. Hierdoor is er over de ondergrond van Nederland veel bekend geworden.

Er zijn vier belangrijke tektonische fases geweest die Nederland hebben gevormd. De Caledonische orogenese, de Variscische orogenese (ook wel Hercynische genoemd), de opening van de Atlantische oceaan en de Alpiene orogenese. In figuur 2 kun je aan de zwarte balken de duur van deze orogenese aflezen. 

De opening van de Atlantische oceaan vond ongeveer 150 miljoen jaar geleden plaats, tijdens het opbreken van Pangea. Over het koppelen van een tijd aan een gebeurtenis is mij altijd een ding goed bijgebleven van mijn colleges; een langdurige gebeurtenis, zoals een orogenese, gebeurt nooit “pats boem, klaar” en het gebeurt ook niet in een strakke rechte lijn.

Zo kunnen er aardbevingen plaatsvinden ten gevolge van de schuivende aardplaten, maar kan het vervolgens 20 Miljoen jaar lang ‘stil’ blijven. Waarna de orogenese op een andere plek, bijvoorbeeld 100 km verder, vervolgt met de vorming van breuken of aardverschuivingen.
Dus wanneer men in literatuur exacte data vindt die niet overeenkomt met andere exacte data van een ander gebied, dan kunnen beide nog steeds correct zijn.

Het is gewoon een oneindig traag proces en er wordt een tijdsduur aangehangen die ongeveer zal kloppen en locatie-afhankelijk is.

Tijdens de Caledonische orogenese (van ~520 tot ~400 miljoen jaar geleden) is Avalonia (het microcontinent waar Nederland op ligt) vanaf de zuidpool richting de evenaar bewogen. Dit kon gebeuren doordat de Tornquist Zee subduceert (Voor meer informatie over subductie, zie college van de maand subductiezones) Avalonia botste met Baltica en de zee werd in zijn geheel gesloten. Ondertussen kwam Laurentia ook steeds dichterbij doordat de Iapetus Oceaan zich sloot tussen Laurentie en Baltica en Avalonia. Deze drie micro continenten vormden samen Laurussia (fig 3 rechtsboven en links onder), ook wel Laurazië of Euramerika genoemd. Gedurende deze orogenese kwam het Londen-Brabant massief omhoog. Het erosiemateriaal hiervan wordt nu de Old Red Sandstone genoemd en is onder andere terug te vinden in de Ardennen en Devonshire (fig. 4). Het meeste hiervan kwam terecht ten Zuiden van het massief in het Rhenohercynian bekken, ook wel het Rijns Bekken genoemd. De gevormde bergketens waren niet minder groot dan de huidige Himalaya. Dit was ook de eerste plooiingsfase die de Ardennen vormde. 

Vlak nadat de Caledonische orogenese in geologische tijdstermen voorbij was, kwam de volgende orogenese er alweer aan. Tijdens de Variscische orogenese (van ~390 tot ~300 miljoen jaar geleden) bewoog het laatste restje van het oude supercontinent Gondwana ook richting de evenaar. Het botste met Laurussia en samen vormde het Pangea (fig. 3 rechts onder) waarbij de Rheic Oceaan zich sloot. Deze orogenese leidde tot een foreland basin (volg de link voor uitleg) in Nederland.

Het bassin was niet per se heel diep, maar doordat de orogenese door bleef gaan, zakte het bassin steeds dieper. Hierdoor kwam er genoeg ruimte vrij voor de accumulatie van sediment, waardoor er nu een heel dik pakket sediment ligt. Het Londen-Brabant massief bleef hoog en droog liggen tijdens deze periode. Tijdens het Dinantien (vroeg Carboon) stond Nederland nog steeds grotendeels onderwater en er werden veel organisch rijke kalklagen afgezet. Uit het organische materiaal is aardolie gevormd. 

In het Silesien (laat Carboon) werd Nederland een kustgebied. In deze tijdsperiode werd de vorming van veenpakketten afgewisseld met de afzetting van kleilagen. Dit veen uit het Westfalien vormde de bron voor de steenkool die in de vorige eeuw in Limburg gewonnen werd als steenkool (fig.1). Tijdens de vorming van steenkool ontstaat ook aardgas wat in het noorden van Nederland gewonnen kan worden.

Begin Perm was Pangea ongeveer een geheel. Het klimaat werd in Nederland steeds warmer en droger. In Nederland kon hierdoor een heel belangrijk soort gesteente worden afgezet. Het Rotliegend: een reservoirgesteente dat voornamelijk bestaat uit zandsteen.

Rond de 200 miljoen jaar geleden begon Pangea alweer uiteen te vallen. Het uiteenvallen van Pangea komt mede door het openen van de Atlantische oceaan rond de 150 miljoen jaar geleden. Hierdoor begon Nederland weer te dalen. Doordat het klimaat nog steeds zo warm en droog was ontstond er een zoutmeer. Door de bodemdaling kwam het Nederlandse gebied onder de zeespiegel te liggen. In het Zechstein werd in dit zoutmeer evaporieten (volg de link voor uitleg) afgezet op de bodem. Er moet een flinke hoeveelheid water kunnen verdampen voordat evaporieten kunnen neerslaan. Zowel de aardolie als het aardgas ontstaan tijdens het Carboon, zit grotendeels opgeslagen in het Rotliegend en kan hier niet uit omdat het Zechstein zout een ondoordringbare laag vormt die de fossiele brandstoffen tegenhoudt.

Doordat Pangea uit elkaar begon te drijven werden de bergketens die eerder ontstaan waren instabiel. Ze zakten ineen wat ervoor zorgde dat een deel van de aardkorst instabiel werd. Er ontstonden er breukzones die zorgden voor slenken.

Dit zorgde voor meerdere bekkens door heel Europa. In het Nederlandse bekken ontstond een opeenvolging die Vera Hoogland en ik hebben mogen terugzien tijdens ons tweedejaars Spanje veldwerk in Bronchales. In het Trias is het Buntsandstein (fig. 5) afgezet waarna de Muschelkalk is afgezet met daarbovenop het Keuper. Dit zijn verschillende formaties die ik nu verder niet zal uitleggen. 
Tijdens het Mesozoicum zijn er lokaal rifts ontstaan. Hierdoor hebben wij nu in Nederland een vulkaan. De vulkaan ligt onder de Waddenzee en is een stratovulkaan (volg de link voor uitleg), maar was alleen actief tijdens de Jura. De Zuidwalvulkaan is ontdekt doordat men op zoek was naar andere olie- en gasvelden na de ontdekking van het Groningse gasveld. Helaas is er niks meer van de vulkaan te zien aan het oppervlakte. 

De riften ontstonden door heel Pangea. Uiteindelijk heeft dit ervoor gezorgd dat Noord-Amerika gescheiden werd van Afrika en Europa en later ook Zuid-Amerika losraakte van Afrika. De Atlantische Oceaan begon met openbreken en het was even spannend of Engeland met Amerika mee zou gaan of dat het bij Europa zou blijven. Er is namelijk ook een grootschalige rift die ter hoogte van IJsland tussen Noorwegen en Engeland door de Noordzee naar Europa loopt. Dit was ooit een actieve zijtak van wat nu de Mid Oceanische Rug van de Atlantische Oceaan is. 
Nederland lag ondertussen ongeveer rond de plek waar het nu ligt. 

Nu resteert alleen de Alpiene orogenese nog, maar deze wordt bewaard voor een volgende keer. Tijdens deze orogenese zullen de Alpen ontstaan doordat Afrika naar het noorden opschuift.

We lopen allemaal wel eens over het strand om lekker uit te waaien, te zonnebaden en te genieten van de zilte zeelucht. Waarschijnlijk ben je ook wel eens turend naar beneden een eindje langs de vloedlijn gelopen. Maar naast gebroken schelpen, aangespoelde kwallen en stukken zeewier zijn er her en der ook hele oude dingen te vinden, en dan bedoel ik niet een oude petfles die al jaren op de golven heeft rondgedobberd.

‘Verwoestende bosbranden in Indonesië’, ‘Doden bij overstromingen Chili’ of ‘Economische problemen door verminderde visvangst Zuid-Amerika’. Op het eerste gezicht lijken deze nieuwskopjes niets met elkaar te maken te hebben. Toch verschijnen ze om de aantal jaren –ongeveer tegelijkertijd- in de kranten. Wellicht is er mogelijk toch een verband tussen deze verschijnselen?

Momenteel ben ik in mijn derde jaar en volg een college genaamd Planetary Sciene. Hierin leren we over de planeten in ons zonnestelsel. Dit is een minor studie, dus een vrij keuzevak en ik voel me alsof ik weer in mijn eerste jaar zit. Alles is nieuw en interessant en geweldig. Daarom in dit College van de Maand een stukje over de maan.
Over het ontstaan van de maan kan je een dag lang debatteren, er zijn veel verschillende theorieën. Een van de theorieën voor het ontstaan van de maan is: de “Giant Impact”, zie fig. 1.

Ik ben altijd al gefascineerd geweest door druipstenen, de organische vormen spreken me heel erg aan. Vroeger op het strand begon het met zandkastelen vol druiptorentjes, waarbij mijn vader grote stevige blubberbergen maakte en ik kleine gedetailleerde versiersels erbovenop droop. De allereerste keer dat ik een druipsteengrot bezocht was ik nog veel meer gefascineerd. Deze bouwsels, die zo leken op de torentjes van zand, waren vele malen steviger. Als je er tegenaan duwde bleven ze gewoon nog staan. Naast deze stalagmieten en stalactieten zijn er nog veel meer
wonderlijke vormen in druipsteengrotten te vinden, die op door allerlei specifieke processen ontstaan.

Afgelopen augustus heb ik de Vrije Universiteit van Amsterdam ingeruild voor de Universitet in Bergen (Noorwegen) om hier een half jaar aardwetenschappelijke vakken te gaan volgen. Aangezien Noorwegen voor aardwetenschappers en natuurliefhebbers een wonder is, kon ik er natuurlijk niet aan ontkomen om een paar van de meest bekende rotsformaties met eigen ogen te gaan bekijken. De eerste missie; de indrukwekkende, 700 meter hoge Trolltunga (ook wel de Trollentong). De 12-uur durende tocht nam ons mee op een reis door de geologische geschiedenis van Noorwegen. In dit college van de maand zal ik jullie naar aanleiding van deze tocht iets meer vertellen over metamorfose, de verschijnselen die hierbij komen kijken en wat dit ons kan vertellen over de geologie.

Het aardoppervlakte is niet statisch. De bovenste laag van de aarde verschuift constant. Een vuistregel die ik leerde bij Aardrijkskunde was dat aardplaten ongeveer net zo snel bewegen, als dat de teennagel van je grote teen groeit in een jaar. Deze snelheid van bewegen verschilt eigenlijk per plek, maar het geeft je een ruimtelijk idee als je bedenkt hoe groot je teennagel op de aardbol is.
De aardbol is opgedeeld in platen, waarop de continenten liggen. De randen van deze platen liggen tegen elkaar aan en worden plaatgrenzen genoemd.

Naast het veldwerkseizoen aan het einde van het collegejaar, over welke Vera vorige maand vertelde, zijn er nog tal van andere mogelijkheden voor veldwerk door het jaar heen. Zo heb ik naast de standaard veldwerkperiode nog een extra excursie gevoegd in de vorm van een zomerschool. Eind juni ben ik naar Drenthe vertrokken om daar ter plaatse een groep andere mensen te ontmoeten die net als ik, geïnteresseerd zijn in pingo’s en die om daar meer over te leren graag een stukje van de zomervakantie opgeven. Bij het woord pingo zal je waarschijnlijk als eerste denken aan een pinguïn, maar pingo is Inuktitut (de taal van de Inuit in Canada) voor ‘heuvel die groeit’. Deze naam komt uit het feit dat de heuveltjes een ijskern hebben, die langzaam steeds groter worden doordat het ijs van binnenuit aangroeit.

Zodra de zomermaanden naderen, wordt het altijd opvallend rustig op de geologische faculteit van de VU. Het veldwerkseizoen is namelijk begonnen, wat betekent dat de meeste aardwetenschappers naar landen als Spanje, Frankrijk, Zuid-Afrika of Hawaï 'vluchten'. Ik mocht dit jaar mee op veldexcursie naar Zuid Spanje. Een van de laatste onderwerpen was het nog niet nader verklaarde vulkanisme rond Cabo de Gata. Dit onderwerp sprak mij zo aan, dat ik het graag in dit College van de Maand met jullie wil delen!

Tijdens mijn studie Aardwetenschappen ben ik op een leerzame en plezierige reis naar Engeland geweest. Wij zijn we onder andere naar Millook Haven en Hartland Quay gegaan. Voor de mogelijke Top Gear fan is Hartland Quay te herkennen als de plek waar Jeremy Clarkson zijn zelfgebouwde caravan vanaf heeft geduwd. In Millook Haven en Hartland Quay zijn gesteente lagen vervormd tot een "chevron" plooi. Over de samenstelling en het ontstaan van de chevron plooi hoop ik jullie iets te kunnen leren.