Geo-Bio-evolutie van aarde 4.5 Ga van continue veranderingen: permanente global changes

Geo-Bio-evolutie van aarde 4.5 Ga van continue veranderingen: permanente “global changes” Aarde is een complex systeem: fysische en biologische factoren in permanente interactie

• Ontstaan van nieuwe species en andere verdwijnen : T-rex komt niet terug (tof !) • Continenten vormen, migreren en komen samen: Wilson Cyclus, bv. Massief van Brabant lag in de zuidelijke hemisfeer tijdens het Cambrium, vlak bij Mauritanië

• Vorming van gebergeketens en erosie van bergen: 360 Ma geleden waren de Ardennen zo hoog als de Alpen vandaag

• Zeespiegelschommelingen: zeeniveau daalt en stijgt • Klimaat verandert: greenhouse versus icehouse perioden: Snowball Earth 600 Ma geleden • Atmosfeer evolueert van extreem CO2 en CH4 rijk tot vandaag 21% O2 Alle deze veranderingen worden geregistreerd in gesteenten maar met veel gaatjes! hoe jonger het gesteente, hoe beter de “record” Wednesday 27 April 2011

Hadeaan 4.5 tot 3.8 Ga 1ste Maan was maar 20000 km van aarde

1 mm

(384 000 km vandaag)

Maan vormt door grote inslag ~ 4.5 ga

Anorthosiet teruggebracht door de Oudste mineraal ZrSiO4 :4.4 Ga U/Pb Apollo 16 Zirkoon wordt in jongere sedimenten gevonden

Geen gesteenten op Aarde, maar 4.4 Ga oud anorthosiet op de maan Deze atmosfeer had hogere densiteit dan vandaag (~ 250x)

4.4 ga Degassing: ATM: H2O, CH4, NH3, H2, N2, CO2, SO2

Vorming van 1ste basaltische korst, drijvend op een magma oceaan, % korst stijgt met tijd Wednesday 27 April 2011

Archeaan 3.8 - 2.5 Ga 1ste duidelijk bewijs van continenten: in Isua, Zuid Groenland, oudste gesteenten op aarde 3.8 Ga en platentektoniek is zeer actief (veel sneller dan vandaag) want mantel was warmer (snellere convectie) Eilandenboog

hot spot

Vorming van lichter graniet Veel mid-oceanische rug zones en subductie zones compressie: licht materiaal stijgt = protocontinent

Wednesday 27 April 2011

Hot spot vulkanisme en mantel pluim In Archeaan en later dragen hot spots bij aan de groei van continenten door de vorming van grote vulkanische structuren Vandaag veroorzaakt een “hot spot” vulkanisme in het midden van een plaat (bv. Hawaii). Dat is basaltisch vulkanisme, van materiaal uit de diepe mantel, aangevoerd door een hete mantelpluim, waarschijnlijk van de mantel-kern grens afkomstig.

Een hot spot moet zijn weg door de korst boren, en een enorm volume lava wordt afgezet.

Model van de IJsland pluim, hier komt de hot spot bovenop de rug-zone Als de pluim door de oppervlakte breekt, is de uitbarsting zeer heftig. Pluim is ± 200ºC warmer dan rest van mantel en is normaal 300 km in doorsnede, materiaal stijgt met een snelheid van ± 2 m / jaar


Hawaii vandaag: de oceanische plaat verplaatst zich over de vaste pluim

Hawaii: actieve hot spot : vulkanische eilanden liggen in een reeks (hoe verder van Hawaii, hoe ouder) en tonen dat de Pacifische plaat langzaam over de onbeweeglijke hot spot heen beweegt. Deze hot spot is nu al gedurende meer dan 65 miljoen jaar actief op dezelfde plaats.

Traject van Pacifische plaat kan gevolgd worden voor > 60 miljoen jaar 40 Ma geleden verandering in richting van de Pacifische plaat Oudere eilanden verder van de pluim

Wanneer het vulkanische eiland te ver ligt van de pluim, ontstaat subsidentie van het eiland maar het koraalrif blijft bestaan.

Vorming van vulkanische eilanden en atollen. In Stille Oceaan worden “vakantie paradijzen” zo gevormd. Wednesday 27 April 2011

Hot spots vandaag

Als de pluim aan de oppervlakte komt gebeurt er een massale uitvloeiïng van basaltische lava : ~ >> 106 km3 basalt Ex. Deccan trap in India = oppervlake vergelijkbaar met Frankrijk bedekt door 2.5 km basalt

In Archeaan met een warmere mantel, waren er waarschijnlijk meer hot spots dan vandaag. Deze basaltische oppervlakken droegen bij aan de vorming van continenten


Archeaan nog altijd te vinden in centra van de continenten = oude “kratons”


Hoe ontstaan continentale en oceanische korsten Korst = 0.2 tot 0.6% van de aarde, maar zeer belangrijk ! Oceanische korst = gesteenten: basalt + gabbro, FeO+MgO, 5 km dikte, hogere voortplantingssnelheid van seismische golven P= 7km/s. Continentale korst = gesteenten: graniet, heterogener, minder mafische, meer SiO2, Al2O3, K2O, Na2O: graniet, tot 60 km dik onder de grote gebergeketens, Pgolven = 6 km/s.

Graniet Wednesday 27 April 2011

Gabbro

Hoe ontstaan continentale en oceanische korsten Korst = 0.2 tot 0.6% van de aarde, maar zeer belangrijk ! Oceanische korst = gesteenten: basalt + gabbro, FeO+MgO, 5 km dikte, hogere voortplantingssnelheid van seismische golven P= 7km/s. Continentale korst = gesteenten: graniet, heterogener, minder mafische, meer SiO2, Al2O3, K2O, Na2O: graniet, tot 60 km dik onder de grote gebergeketens, Pgolven = 6 km/s. Mineralogie: Olivijn Pyroxeen Anorthiet Spinel


Gabbro

Hoe ontstaan continentale en oceanische korsten Korst = 0.2 tot 0.6% van de aarde, maar zeer belangrijk ! Oceanische korst = gesteenten: basalt + gabbro, FeO+MgO, 5 km dikte, hogere voortplantingssnelheid van seismische golven P= 7km/s. Continentale korst = gesteenten: graniet, heterogener, minder mafische, meer SiO2, Al2O3, K2O, Na2O: graniet, tot 60 km dik onder de grote gebergeketens, Pgolven = 6 km/s.

Mineralogie: Kwarts Albiet Orthoklaas Mica’s

Mineralogie: Olivijn Pyroxeen Anorthiet Spinel


Gabbro

Hoe ontstaan continentale en oceanische korsten Korst = 0.2 tot 0.6% van de aarde, maar zeer belangrijk ! Oceanische korst = gesteenten: basalt + gabbro, FeO+MgO, 5 km dikte, hogere voortplantingssnelheid van seismische golven P= 7km/s.

Mineralogie: Kwarts Albiet Orthoklaas Mica’s

Continentale korst = gesteenten: graniet, heterogener, minder mafische, meer SiO2, Al2O3, K2O, Na2O: graniet, tot 60 km dik onder de grote gebergeketens, Pgolven = 6 km/s.

Peridotiet = ultramafische gesteenten


Mineralogie: Olivijn Pyroxeen Anorthiet Spinel

Gabbro

1ste sporen van leven

• Fossiel: 1ste levensvormen (bacterie of archeae) moeilijk te herkennen in sedimenten, geen echte fossielen. Zelfde morfologie kan ook puur anorganisch zijn • Chemical fossiel / biomarkers: moleculen die enkel door het metabolisme van organismen kan worden geproduceerd (bv. sterol) • Isotopische signaturen: organismen kiezen liever voor 12C in plaats van 13C: dus analyse van C isotopen verhouding in koolstof-rijk sedimenten wijst naar aanwezigheid van biologische activiteit (13C/12C is laag). Controversiële aanwijzingen voor 1ste leven in Isua Groenland 3.8 Ga. Biologische activiteit, 1st prokaryoten, zeker rond 3.5 Ga, vroeger ?? bacteria groeien aan top

Lagen van gestorven bacteria en sediment

Sferische bacteria rond 3.2 Ga Wednesday 27 April 2011

Stromatoliet gemaakt door cyanobacteria die sedimentdeeltje vangen: bio-constructie, vanaf ~3.5 Ga

Evolutie van atmosfeer Oorspronkelijk ontgassing + komeet en meteoriet input: H2O, CH4, NH3, H2, N2, CO2, SO2 PCO2 = > 103 - 104 x PCO2 vandaag (380 ppm v)

N2 + CO2, CH4 (greenhouse gases)

+ O2

ATM: Anoxic en greenhouse

+ O2

+ O2

+ O2

ATM: O2

fotosynthese start Als O2 concentratie stijgt vanaf ~ 2.5 Ga: CO2 en CH4 concentratie dalen Archeaan - Proterozoicum transitie = groot oxidatie event Wednesday 27 April 2011

Lectuur: O2.pdf

Groot oxidatie event: 2.5 - 2.2 Ga

• Aanwezigheid van pyriet in sediment ouder dan 2.5 - 2.2 Ga wijst naar anoxische condities • 1st “red beds” = geoxideerde zandsteen starten rond 2.2 Ga • BIF “Banded Iron Formaties” = vorming van enorme Fe-oxides afzettingen als Fe-ionen zijn opgelost in de oceaan, kunnen ze reageren met O2 en precipiteren als Fe3O4 en Fe2O3, zeldzaam voor 2.5 Ga, en verdwijnen na 1.9 Ga.

BIF in Australia

Fe-Ox en chert Wednesday 27 April 2011

Proterozoicum 2.5 Ga - 0.54 Ga Continenten migreren en komen samen: 1st paleogeografische reconstructie van continenten migratie en duidelijke bewijzen van zeebodemspreiding (sea-floor spreading)

De fragmenten van continenten bewegen tussen twee extremen: (1) max. spreiding en (2) alle continentale massa samen: laatste ‘supercontinent’-event was de vorming van Pangea 250 Ma geleden Lectuur: paleogeografische kaarten en platen-toekomst


~ 400 Ma Wilson cyclus opening en sluiting van oceaan


Van continentendrift tot zeebodemspreiding Alfred Wegener, (1915) een Duitse meteoroloog, stelde voor dat miljoenen jaren geleden alle continenten samen een groot supercontinent vormden dat hij Pangea noemde. Een zeer goede theorie die voor de tijd absoluut onaanvaardbaar was ! Wegener had geen motor om de platen te bewegen Zijn bewijzen: • Bijna perfecte “fit” van de kustlijnen aan beide kanten van de Atlantische oceaan • Zelfde fossielen worden gevonden op verschillende continenten • Verlenging van gebergeketen en geologische structuren tussen Europa, Afrika en Amerika.

Toch was Wegener correct !


Magnetisme van de zeebodem Na 1945 is de oceaanbodem beter gekend dankzij veel mariene kartering. Oceanische bergen (rugzone) en kloven wijzen op een complexe topografie Aan beide kanten van de centrale rugzone: identieke veranderingen van de magnetische intensiteit. Alternerende zones met sterke en zwakke intensiteit van het magneetveld Waarom ?.

Verandering van oriëntatie van het magneetveld van de aarde tijdens de vorming van nieuwe basaltische oceanisch korst in de rug zone


Aardmagnetisme De planeet heeft een magneetveld met een + en - pool die vandaag bijna samenvallen met de geografische polen (11º van rotatie as van de aarde). Oorsprong van dit magneetveld ligt in de fysische eigenschappen van de buitenkern: Dynamo theorie: convectie in de buitenkern veroorzaakt het magneetveld. De beweging van dit vloeibare materiaal induceert elektrische stromen net als een onophoudelijke elektromagnetische dynamo.

Lectuur: Generating field Wednesday 27 April 2011

Computer modelering van omkering

Magnetisme van mineralen en gesteenten

• Ijzermineralen oriënteren zichzelf volgens het magneetveld van de aarde, b.v. als een lava afkoelt (beneden de Curie-punt temperatuur ± 550º C), oriënteren de Fe-rijke mineralen hun magnetische polen volgens het magneetveld. In een sediment gebeurt hetzelfde met de zeer fijne korrels (klei) gedurende afzetting. • Veel gesteenten registreren dus de conditie van het magnetisch veld. Ze “fossiliseren” het magneetveld van wanneer ze gevormd worden. In sommige gesteenten is de oriëntatie van het opgemeten magneetveld tegengesteld aan het huidige veld ! • In de loop van de geologische tijd, keren de magnetische polen af en toe om (zie stratigrafie). • Normaal veld: magnetische en geografische noord en zuid polen liggen bij elkaar (normaal) vandaag tot 0,7 miljoen jaar geleden de “Brunhes normal epoch” • Omgekeerd veld: magnetische noordpool ligt in de zuidelijke hemisfeer (reverse) b.v. de “Matuyama reverse epoch” tussen 0,7 en 2,5 miljoen jaar geleden


• De zebrapad-intensiteit van het magneetveld, opgemeten in de zeebodem, kan uitgelegd worden door de vorming van een ononderbroken basaltische lava stroom gedurende perioden van verschillende magnetische oriëntatie. • De nieuwe lava registreerde de oriëntatie van het magnetisch veld wanneer ze gevormd werden. Vandaag tonen lava met normaal veld dus een hogere intensiteit. De lava met omgekeerd veld tonen een lagere intensiteit vergeleken met het huidig veld. • Zeebodem moet spreiden aan beide kanten van de rugzone, dus de platen bewegen Normale periode

= theorie van de platentektoniek

Omgekeerd

Normale periode

Zeebodemspreiding : oceaan groeit weg van de rug zone Subductie zone compenseren anders wordt de aarde groter en groter....

+ Wednesday 27 April 2011

-

+

-

+

Veld intensiteit in vergelijking met het veld van vandaag

Inclinatie van het magnetisch veld De helling van een magnetisch mineraal volgt de helling van de krachtlijnen van het magneetveld van de aarde: 0º op de magnetische evenaar en 90º op de polen.

De hoek van de helling geeft de afstand tussen de pool en het mineraal op het ogenblik van vorming. Dit is de paleo-latitude.


De identificatie van de verschillende posities (latitude) van een continent ten opzicht van de polen (die vast blijven) doorheen de geologische tijd maakt het mogelijk om het traject van de continenten te reconstrueren van het Proterozoicum tot vandaag.

Europa en Noord America kwamen samen rond 280 Ma (Pangea) en scheidden opnieuw rond 180 Ma met de opening van Atlantische oceaan...


Paleogeografische kaarten worden geproduceerd doorheen de geologische tijd (zie ook http:// www.scotese.com/)

Pangea van Wegener


Met isotopen datering wordt ook de ouderdom van de oceaan bepaald

180-200 MA

Oudste oceanische korst is maar ~ 200 Ma, dus juist na scheiding van Pangea Wednesday 27 April 2011

Proterozoisch klimaat 1ste bewijzen van koud klimaat en sterke glaciaties: waarschijnlijk minder greenhouse gassen door daling concentratie van CO2 en CH4 en meer en meer O2

CH4


CO2

Snowball Earth events Bewijzen van glaciale condities tot aan de evenaar. Hypothese: de hele planeet werd door ijs bedekt Misschien oorzaak in brutale CH4 en CO2 dalingen, gekoppeld aan onder andere het ijs-albedo terugkoppelingseffect (feedback mechanisme) Glaciaal afzetting diamictiet in Namibia ~ 700 Ma Gevolgen voor het leven ? Moeilijk te modelleren

hypothese is controversieel en misschien blijft de oceaan ijs-vrij ? Een Snowball Earth event duurt tussen de 10 en 60 Myr Wednesday 27 April 2011

Naar het einde van Proterozoicum werd het leven meer en meer complex

• Zonder O2 (of met lage O2) concentraties enkel maar eencellige organismen mogelijk ? • Waarschijnlijk biedt een op O2 gebaseerd metabolisme nieuwe mogelijkheden: “aerobic respiration” is efficiënter en meercellige eukarioten komen voor het eerst voor rond ~ 1 Ga,

• Ozonlaag absorbeert dodelijke UV-straling van de zon, kolonisatie van het continent is mogelijk • Meercellige organismen, 1ste eukarioten, en soft body fauna starten, veel grotere organismen ook

• Red algae eukarioten rond 800 Ma • Veel “sporen” fossiel • Verschillende embryo’s en organische fossielen (acritarchs etc.): Doushanto fossiel in China • Is er een link met de verschillende Snowball events in zelfde periode ? Bangiomorpha pubescens, Spitsbergen, red alge

Ediacara soft body fauna Wednesday 27 April 2011

Ediacara soft body fauna

• 600 Ma Ediacara fauna: soft body organismen zonder echt skelet. De vele fossielen wijzen op een zeer hoge biodiversiteit van deze soft body organismen ! • Geen (weinig) bewijzen van beweging, vast op zeebodem

• 1ste gevonden in Flinders Range, Australia maar nu gevonden overal ter wereld • Verdwijnen ~ 540 Ma : overgang naar Cambrium fauna is echt onduidelijk • Twee visie 1) apart uitgestorven fylum , 2) Cnidarians maar blijft veel onzekerheid over fylogenese, misschien vinden we hier alle voorouders van Cambrium fyla?

(A) reconstructie of Ediacaran environment; (B) Chania (Cnidaria?); (C) Dickensonia (worm? cnidaria?); (D) Mawsonites (medusa).


Dickensonia geen harde delen = fossiel afdrukken

Phanerozoïcum Eon “zichtbaar leven”

• In 3 era te verdelen: • Paleozoïcum: oude leven (540 tot 250 Ma, Primair) • Mesozoicum: middelste leven (250 tot 65 Ma, Secundair) • Cenozoicum: recent leven (65 Ma tot vandaag, Tertiair) met verder indeling in Quartair tussen 1.8 Ma tot vandaag • Elk era is gekarakteriseerd door veranderingen in de biota van de aarde Paleozoïcum

Trilobiet


Mesozoicum

Cenozoicum

Paleozoïcum : 540 Ma • Cambrische explosie van het leven • Organismen met hard skelet = veel betere bewaring in de geologische record, dus meer te leren over paleobiologie van deze organismen • Fossielen van alle moderne fyla aanwezig • Veel complexer ecosysteem met plankton, filter feeders, rooforganismen zoals Anomalocaris rif gemaakt door algae en sponzen Trilobiet (Arthropoda) en nautiloids (Cephalopoda = nautilus van vandaag )

Walking cactus: Diania cactiformis: voorouder van Arthropoda Wednesday 27 April 2011

Vroeg Paleozoïcum: Ordovicum tot Devoon

• Meer biodiversiteit, nieuwe “ecologische niche” en complexiteit •1ste vertebraten: agnathans vissen en haai, crinoïdes, brachiopoden, bivalven, eurypterids etc. •1ste Planten op het continent: Eerst korstmossen (lichenen) en mossen, dan vaatplanten, dan Archaeopteris de 1ste boom in de Devoon jungles vaatplanten

eurypterids (=mega schorpioen)


Brachiopode

Archaeopteris tot 10 m

Crinoïden

Devoon: vertebraten op het land Tiktaalik : zowel kieuwen als longen : 375 Ma

overgang van vissen naar amfibieën en tetrapoda Warm klimaat en extreem rif-bouwen periode Stromatoporoïds (Porifera)

Beauchateau groeve (excursie hard) Wednesday 27 April 2011

Eind Paleozoïcum

• Meer en meer biodiversiteit op het land tot aan grootste massa extinctie aan de Perm-Trias grens, rond 250 Ma

• Mega-jungle op alle continenten, vandaag kolen afzettingen • Giga-insecten en 1ste reptielen • Amniota ei maakt voortplanting mogelijk op het continent

• Eind Perm: 90% van de organismen verdwijnen:

einde van de Paleozoïcum fauna/flora • Klaar voor de “moderne” fauna volgens sommige paleobiologen • Continent komen terug samen en vormen Pangea

Trilobiet uitgestorven


Paleozoïcum tektoniek • Platentektoniek van megacontinent Rodinia (mensen spreken ook van Pannotia) naar megacontinent Pangea, tot verspreide continenten van vandaag: verschillende Wilson cycli Vorming van gebergeketen in Paleozoïcum: bv. Caledonische en Hercynische fasen in Belgie

• • Zeeniveau stijging en dalingen • Greenhouse versus icehouse condities, geen snowball aarde maar duidelijke glaciale perioden, zoals bv. eind Ordovicium... alterneren met veel warmer klimaat zoals Devoon en vroeg Carboon Micro-continent “avalonia” zal botsen tegen Baltica (Noord Europa)

VUB

Cambrium Wednesday 27 April 2011

Micro-continent Avalonia geperst tussen 3 grotere blokken in mid-Paleozoïcum: Laurentia (N. America); Baltica (N. Europa) en Gondwana (Afrika-Zuid Amerika) Caledoniaan

Hercyniaan

In de loop van het Siluur botsten Baltica en Laurentia tegen mekaar aan, met Avalonia daar tussen: Massief van Brabant ontstaat als grote en vrij hoge bergen. Eind Paleozoïcum: Opeenstapeling van twee plooiingsfasen: Caledonische orogenese (OnderSiluur) Massief van Brabant en Hercynische orogenese (Devoon-Carboon) ook in de Ardennen. Terug naar 1 mega continent Pangea Wednesday 27 April 2011

Structurele geologie De studie van de secundaire vervormingen onder spanning: van mineraal- (mm) tot korst- schaal (> 100 km). Vervormingen hebben gevolgen voor de topografie! Vormverandering is afhankelijk van de fysische eigenschappen van het gesteente en van temperatuur, druk en tijd. Gesteenten worden vervormd wanneer nieuwe spanning > interne kracht.

Everest Begrijpen van tektonische beweging en vorming van gebergeketen

Geen vervorming, de lagen blijven horizontaal Helling van de lagen als resultaat van vervorming

Plooiing = intenser vervorming

Satelliet beeld van groot schaal plooien in Zuid Iran


Spanning = stress; het resultaat vervorming = strain, de spanning word gemeten in: N/m2=Pascal (Pa) • Elastische vervorming: Als de kracht verdwijnt, nemen de gesteenten hun oorspronkelijke vorm terug aan.

• Plastische vervorming: Als de kracht verdwijnt, behoudt het gesteente zijn nieuwe vorm • Breukvervorming: de kracht > breekpunt, als de twee gesteentemassa’s ten opzichte van elkaar

verplaatst worden, wordt een breuk gevormd (als er geen verplaatsing gebeurt spreken we van een diaklaas)

Brosse (stijf) vervorming tegenover plastische of buigzame vervorming: resultaat een breuk tegenover plooi Factoren: Bij hogere temperatuur en druk: materiaal is meer plastisch. Snellere spanning veroorzaakt breuk. Fysische eigenschappen van de gesteenten: graniet zal breken terwijl schalie eerder zal plooien Vaak worden oppervlakte-gesteenten bros vervormd en diepte-gesteenten plastisch vervormd.


Soort stress Compressie

Compressie, plooien en breuk: Synclinorium van Dinant & Namen, of Hymalia

Rek

Instorting en normaalbreuken: Oost Afrika rift zone; Rijn grabben

Laterale stress

Schuiven en horizontale verplaatsing Wednesday 27 April 2011

Het resultaat is in rode

Plooien

Hinge line=scharnierlijn Axial plan =scharniervlak

Anticlinaal: oudere lagen in het midden

ook plooi met een helling Synclinaal: jongere lagen in het midden Vaak zijn er samengestelde plooien

Monoclinaal


Vaak een reeks van anticlinale en syclinalen (excursie hard) Wednesday 27 April 2011

3 soorten breuken: Afschuiving, opschuiving en horizontaal bepaald door de richting van de schuiving Bovenliggende breukwand naar beneden = Afschuiving (normal fault)

Bovenliggende breukwand naar boven = opschuiving (reverse fault)

Horizontale verplaatsing (strike-slip fault)

Combinatie: (af-) opschuiving + een horizontale verplaatsing = schuin (af-)opschuiving (obliqueslip fault) Wednesday 27 April 2011

Oriëntatie van een breuk

binnen een tunnel in de breuk: - hoofd : naast bovenliggende wand - voeten: op onderliggende wand

Afschuiving of opschuiving ? Wednesday 27 April 2011

Overschuiving (Thrust fault) Opschuiving met hoek < 35º

Massa van oudere gesteenten ligt bovenop jongere lagen

= opschuivingsplooi met een breuk, het bovenliggende deel is het dekblad

Vaak komen breuken samen voor: breuk systeem


Uplift en Gebergtevorming (orogenese) Bv. Caledonische, Hercynische en Alpiene orogneses. Bergen zijn samengesteld door menging van magmatische gesteenten, metamorfe gesteenten en sedimenten, vaak afgezet in mariene omgeving die door tektonische proces kilometers boven het zeeniveau worden gebracht.

Alpen Hoge bergen hebben ook dikkere onderliggende continentale korst (isostasie, zie les inleiding). Korst onder Brussel = 35 km, onder Alpen 60 km !

Gebergtevorming is het resultaat van tektonische beweging. Een orogenese fase duurt tussen 10 en > 100 miljoen jaren, oude bergen werden sterk geërodeerd... skiën niet meer mogelijk op Massief van Brabant of in de Ardennen... had veel vroeger moeten komen... Wednesday 27 April 2011

Himalaya = resultaat botsing van India tegen Azië continent-continent botsing

uplift Einde van subductie Zonder magmabron stopt het vulkanisme, maar metamorfisme wordt belangrijk door de druk van compressie

Geen subductie mogelijk

Er gebeurt geen subductie binnenin de mantel want de 2 platen zijn te licht en hebben te veel drijfvermogen. De gevolgen zijn: fusie van 2 continenten en vorming van continentale korst (bergen) door accretie, metamorfose en vorming van granietlichamen. Wednesday 27 April 2011

Vorming van gebergeketen tot max. hoogte Normaal niet veel hoger dan de huidige Himalaya (8.85 km) op aarde Isostasie en “soft cheese principe”: hoog gebergeketen hebben ook diepe wortels (Moho = 70 km), daar zijn de gesteenten relatief warmer en plastischer. Dus er gebeurt een laterale verplaatsing van de bergen onder hun eigen gewicht Ook hoe hoger de bergen hoe sterker de effect van erosie


Zeespiegelverschommelingen

• Veel epicontinentale zeeen: grote ondiepe zee op

het continentaal plat tot 500 km breed, zoals bekken van Dinant en Namen: vaak “Carbonate factory” • Zeer gevoelig aan stijging of daling van zeeniveau • Mechanismen: water ligt opgeslagen in een ijskap, of zeer actieve rug zones “duwen water naar boven”, of tektonische activiteit als een meer “lokale” factor

regressie Ordovicium Wednesday 27 April 2011

transgressie

Grote ondiepe platformen hebben vandaag geen equivalent (kijk op fysische kaart van wereld)

Mesozoïcum

• Moderne fauna: dino’s, zoogdieren, reptielen, CaCO3 plankton etc. • Studie van zeebodem in mogelijk door “Oceanic Drilling Programs” Splitsing van Pangea in Trias Red beds

Mega continentaal klimaat in het centrum van Pangea: woestijn, extreem droog en extreem warm in zomer en koud in winter Wednesday 27 April 2011

Trias - Jura - Krijt • On het continent: In het Trias: Reptielen, zoogdieren en dino’s samen

• In Het Jura: Dino’s zijn de dominante species op het continent en dat doorheen het hele Mesozoïcum, reptielen in oceaan bv. Plesiosaurus, of vliegende reptielen zoals Pterosaurus; kleine zoogdieren, en Schildpadden. In het Krijt: 1ste Angiospermen • Dino’s waarschijnlijk warm bloed, en een betere botstructuur dan reptielen, lopen sneller • Eind Jura: Enorme Sauropods zijn aanwezig (100 T), samen met vogels (Archaeopteryx)

• De oceaan kent een grotere plankton biodiversiteit (denken we omdat de kennis van Paleozoïsch plankton slecht is !) • Koraal is het meest actieve rif-bouwend organisme

Kleuren en veren zoals vogels, en waarschijnlijk “sociaal” gedrag. Trias zoogdieren niet veel veranderd tot op het einde van het Krijt ? Wednesday 27 April 2011

Mariene reptielen

• Mesozoïcum klimaat is meestal warm, met hoog zeeniveau (~ 120 m hoger dan vandaag) • Zeer greenhouse conditie, 8 tot 10 x meer CO2, misschien ook iets meer O2 in de lucht • Atlantisch oceaan opent zich: eerst in het noorden tussen Amerika en Europa, vervolgen in het zuiden tussen Zuid Amerika en Afrika (zoals een “ritsopening” van boven naar onder) • Gondwana splitst zich op in het Krijt • Grotere rug-zone activiteit dan vandaag, sneller productie van oceanische korst

• Rifting in een rug zone gebeurt eerst op het continent vooraleer een oceaan gevormd wordt • Van de grote subductie zone ten zuiden van Asia (Thetys oceaan) blijft vandaag enkel iets over in de Middellandse zee en in Turkey


Vorming van een nieuwe oceaan

• Wat gebeurt is tussen N. Amerika en Europa in het Jura en tussen Zuid Amerika en Afrika in het

Krijt is nu aan de gang in de Oost Afrikaanse slenk-regio (met zijn vele meren) • Een divergerende rug-zone begint in het midden van een continent • Lange topografische laagtes = slenk zone, met vulkanisme, de lithosfeer is hier zeer dun, de asthenosfeer ligt bijna direct beneden de korst • Breukzones loodrecht (afschuiving, normaalbreuken) met de spreiding, ondiepe aardbevingen open: 0.5 cm/j • Asthenosfeer is hoger, net als in een oceanische rug-zone

Oost-Afrika

Rode Zee


Vorming van een nieuwe oceaan

• Wat gebeurt is tussen N. Amerika en Europa in het Jura en tussen Zuid Amerika en Afrika in het

Krijt is nu aan de gang in de Oost Afrikaanse slenk-regio (met zijn vele meren) • Een divergerende rug-zone begint in het midden van een continent • Lange topografische laagtes = slenk zone, met vulkanisme, de lithosfeer is hier zeer dun, de asthenosfeer ligt bijna direct beneden de korst • Breukzones loodrecht (afschuiving, normaalbreuken) met de spreiding, ondiepe aardbevingen open: 0.5 cm/j • Asthenosfeer is hoger, net als in een oceanische rug-zone In de toekomst nieuwe rug ontmoet oude rug zone ?

Oost-Afrika

Rode Zee


Een transform breuk vormt samen met rug zone, en is actief tussen de 2 ruggen

Contacten: tussen platen-grenzen Transform breuk en driesprong contact ief

f

ief

act t e i N

Actie

act t e i N

Meestal verbinden ze 2 segmenten van een rug zone (ook subductie zones). Ze kunnen ook rug en subductie zones verbinden. Soms lopen ze door het continent : bv. San Andreas, of de Dode Zee transform die de spreiding Rode Zee convergerende Alpijnse zone verbindt

Triple junction: 3 platen-grenzen komen samen 3 rug zones ontmoeten elkaar: Afrika, India-Australia en Antarctica platen)

Zie Platetec the movie


Juan de Fuca ridge brengt de subductie zone in contact met 2 transform breuken (San Andreas)

Eind van Mesozoïcum: Krijt-Tertiair grens Massa Extinctie

• Extinctie gebeurt op korte termijn, geen gradueel proces; er is geen bewijs van extinctie voor of na de “KT grens” • Ongeveer tussen 50 en 60 % fauna & flora species op aarde sterven uit, zowel mariene als continentale, in alle klimaat zones. • Op het land verdzijnen alle dieren > 25 kg, dino’s waren de dominante species voor meer dan 125 Myr! (Australopithecus Afarensis - Lucy - is maar 3.2 Myr oud)

• De Dino’s waren niet aan te verdwijnen, integendeel grootste biodiversiteit einde Krijt • Mariene en vliegende reptielen 100% uitgestorven • Ammoniet en Belemnieten, grote (>m) “inktvissen” verdwijnen ook • 90% mariene CaCO3 plankton uitgestorven; benthos overleeft beter samen met SiO2 plankton • Lage fossiel inhoud van zoogdieren en vogels geeft een onduidelijke beeld van extinctie Food chain before

Food chain during

No food

No food No sunlight


Food chain after impact

Food

Food Detritus

Meteoriet inslag 65 Ma geleden

• Vorming van Chicxulub 200 km kater onder Yucatan, • Tsunami’s en grote aardbevingen worden veroorzaakt • In atmosfeer : SO2 (560 Gt) + CO2 (3500 Gt)+ fijn puin & stof • Aerosolen + puin blokkeren het licht en warmte van de zon • Het wordt donker en kouder, met belangrijke gevolgen voor klimaat en fotosynthese • Zwavel component in de atmosfeer gecombineerd met water: zure regen • Bossen en vegetatie vatten vuur: fijne C deeltjes in atmosfeer, meer blokkage van licht • Gevolgen jaren later door CO2 greenhouse effect : grote opwarming Environmental consequences of the

dichte atmosfeer

Stress

Inslag Resultaat

Krater

Time scale

Air blast near impact site

hours

Heat from re-entering ejecta

hours

Tsunamis near impact site

hours to weeks

Large earthquakes (> 10 R)

days to years

Soot from continent-scale wildfires

months

Nitric + H2SO4 acid rain (pH ocean ?)

months

Darkness from dust, no photosynthesis

> 6 months

Heavy metal poisoning ?

years

Cold from dust

years

Sulfur aerosol cooling (40 - 560 Gt)

years to decades

Destruction Ozone layer (NOx, Cl, Br)

decades ?

H2O greenhouse (200 - 1400 Gt)

> years

CO2 greenhouse (350- 3500 Gt)

> 10 - 103 years

Perturbated oceanic cycles

105 - 106 years

Lectuur : KT story. pdf; boek: T-rex and crater of Doom, Walter Alvarez; Schulte-2010.pdf Wednesday 27 April 2011

KT impact

Cenozoïcum

• 65 Ma tot 35 Ma niet veel verschillen met Krijt, klimaat blijft warm en greenhouse, geen bewijs van ijskap, zeeniveau blijft hoog • Zoogdieren, vogels, en angiospermen domineren de continenten, en Teleostei vissen domineren de oceaan (beenvissen), vogels en zoogdieren worden groter en groter (ex. gastornis; • Verdere evolutie van platentektoniek, grotere Atlantisch oceaan, sluiting van Thetys oceaan • Uplift van Alpen-Himalaya start, Pangea breekt op in stukken, Australia en Antarctica splitsen, India botst tegen Asia Paleoceen Gastornis 2m hoog gevond in België


Twee meeste recent orogenese fasen: Alpen-Himalaya en Cordillera-Andes

Zien: tektoniek movies


Rocky Mountain gezien uit Denver

Rond 33 Ma afkoeling : Eoceen-Oligoceen 10 Ma ijs groei op Antarctica

zuurstof isotopen gelinkt aan Tº van oceaan

Kouder oceaan

hoge latitude “rain forest” ~45 Ma

g n i l o

Co

Ijskap aanwezig “Ice house” conditie 5

2

Warm klimaat, warme oceaan “greenhouse” condities 56

33

23

65

en e

Pl io c

st o Pl

ei

Lucy

ce n

e

0

Dramatisch afkoeling

Miocene

Oligocene

Neogene

Paleogene Cenozoic


Eocene

Paleoceen

Ma

ΔTº

Mid Cenozoïcum Eoceen afkoeling gebaseerd op 18O/16O signaal van fossiel CaCO3 micro-organismen: 2 stappen 33 Ma en ~ 2-3 Ma


ΔTº

Afkoeling gelinkt met Drake passage opening tussen Argentina en Antarctica Wednesday 27 April 2011

ΔTº

Circumpolair stroming: nieuwe klimaat parameter: geïsoleerd Antarctica wordt kouder en kouder


ΔTº NH Ijs

Circumpolair stroming: nieuwe klimaat parameter: geïsoleerd Antarctica wordt kouder en kouder

Ijs in Noord hemisfeer start veel later (2.5 Ma) ? Wednesday 27 April 2011

Mid-Cenozoïcum: de grote “afkoeling” Duidelijke en sterke PCO2 daling in Cenozoïcum maar ijskap start op Antarctica met > 3x meer CO2 in atmosfeer dan vandaag ? Drake passage en nieuwe oceanische stroming is misschien niet genoeg om afkoeling te verklaren. Waarschijnlijk ook sterke verwering en erosie van de hoge Himalaya bergen waardoor een CO2 daling plaatsgrijpt op hetzelfde moment ? (verwering van

PCO2 Afkoeling

Vandaag

silicaten door actie van H2O + CO2 zuur, zie les stratigrafie)

Klimaat is complexer dan wij denken, bv. 10 Ma (Plioceen) geleden Tº stijgen terug maar zonder veel meer CO2 ? Er is nog veel onderzoek nodig in paleoklimatologie om de huidige “global change” te begrijpen


Ijs in de Noordelijke Hemisfeer ~ 2.5 Ma Istmus van Panama rond 2.5 Ma resulteert in verandering van oceanische stromingen en isolatie van warme Atlantische en Stille Oceaan waters. Koudere waters maken glaciaties mogelijk in de Arctische gebieden 30 Ma vandaag

Golfstroom brengt warm water in de Noord Atlantische Oceaan in contact met koud water van de pool.Verschillen in temperatuur en dichtheid veroorzaken de beweging van watermassa’s in de diepe oceaan

Bezinking van water in Noord Atlantische Oceaan: warmte komt vrij in N. Europa Wednesday 27 April 2011

Oceanische stroming als klimaatsparameter vandaag North Atlantic conveyor belt In de Noord Atlantische Oceaan veroorzaakt de overdracht van warmte tussen het oppervlaktewater en de lucht. Hierdoor is het warmer in Noord Europa, in vergelijking met de dezelfde latitude in Noord Amerika. Het koude water bezinkt en begint zijn reis als Atlantisch diep-water. Oceaan en atmosfeer zijn gekoppelde systemen: veel uitwisseling van energie, chemische elementen etc.: Complexiteit van het klimaat,


Evolutie van de mensen Hoe ontstond de evolutie van genus Homo ?

• Minder jungle en meer savanne in Oost Afrika door klimaat en neerslag veranderingen ? • Australopithecus afarensis rond 3.2 Ma (Lucy) • Homo erectus ~ 1.6 Ma

• Homo sapiens ~ 500 ka • Homo sapiens “modern” 150 ka • Massa extinctie van grote zoogdieren: bv. mammoeten rond 11 ka : klimaat verandering of gevolgen van jacht door mensen?


Lucy

Het Quartair 1.8 Ma Pleistoceen glaciaties en ijstijden: afwisseling tussen glaciale en interglaciale perioden

Toendra en katabatische wind in België


Lager zee niveaus zorgt voor “land bridge” tussen Asia en N. America

~ 100 ka periodiciteit

Astronomische parameters : Milankovitch cycli Excentriciteit

Years before present

Oliquiteit

based on ice cores

Precessie 19 - 23 ky

100 ky Wednesday 27 April 2011

40 ky

De laatste ~ 150 jaren

Obvious rise in CO2 and Tº 14

Global average temperature (ºC)

14.6

13.6

Beroemde “Hockey stick curve” door verbranden van fossiele brandstoffen: stijging van CO2


De laatste ~ 150 jaren

Obvious rise in CO2 and Tº 14

Antropogenic effects


last 100 y

Global average temperature (ºC)

14.6

13.6

Planet Earth is in our hands and we only have one

...but need to understand how it works Wednesday 27 April 2011

Geo-Bio-evolutie van aarde 4.5 Ga van continue veranderingen: permanente global changes

Recommend Documents