Geo-Bio-evolutie van aarde - we.vub.ac.bewe.vub.ac.be/~dglg/Web/Teaching/Les/Geologie/Biografie van...

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 gesteentenmaar met veel gaatjes! hoe jonger het gesteente, hoe beter de “record”

Wednesday 27 April 2011

Hadeaan 4.5 tot 3.8 Ga

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

Maan vormt door grote inslag ~ 4.5 ga

1 mm

Oudste mineraal ZrSiO4 :4.4 Ga U/PbZirkoon wordt in jongere sedimenten gevonden

Geen gesteenten op Aarde, maar 4.4 Ga oud anorthosiet op de maan

Anorthosiet teruggebracht door de Apollo 16

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

Deze atmosfeer had hogere densiteit dan vandaag (~ 250x)

4.4 ga

1ste Maan was maar 20000 km van aarde

(384 000 km vandaag)


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)

compressie: licht materiaal stijgt = protocontinent

Veel mid-oceanische rug zones en subductie zones

hot spotEilandenboog

Vorming van lichter graniet


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.

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

Model van de IJsland pluim, hier komt de hot spot bovenop de rug-zone

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.

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


Traject van Pacifische plaat kan gevolgd worden voor > 60 miljoen jaar

Oudere eilanden verder van de pluim

40 Ma geleden

verandering in richting

van de Pacifische

plaat

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

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


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

Hot spots vandaag


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, P-golven = 6 km/s.

Graniet Gabbro






Mineralogie:Olivijn

PyroxeenAnorthiet

Spinel

Graniet Gabbro






Mineralogie:Olivijn

PyroxeenAnorthiet

Spinel

Mineralogie:KwartsAlbiet

OrthoklaasMica’s

Graniet Gabbro






Mineralogie:Olivijn

PyroxeenAnorthiet

Spinel

Mineralogie:KwartsAlbiet

OrthoklaasMica’s

Graniet Gabbro

Peridotiet = ultra-mafische

gesteenten


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.

Sferische bacteria rond 3.2 Ga Stromatoliet gemaakt door cyanobacteria die

sedimentdeeltje vangen: bio-constructie, vanaf ~3.5 Ga

bacteria groeien aan top

Lagen van gestorven bacteria en sediment

Biologische activiteit, 1st prokaryoten, zeker rond 3.5 Ga, vroeger ??


Evolutie van atmosfeer

Oorspronkelijk ontgassing + komeet en meteoriet input: H2O, CH4, NH3, H2, N2, CO2, SO2

ATM: O2

Als O2 concentratie stijgt vanaf ~ 2.5 Ga: CO2 en CH4 concentratie dalen

fotosynthese start

ATM: Anoxic en greenhouse

+ O2

+ O2

+ O2

+ O2

PCO2 = > 103 - 104 x PCO2 vandaag (380 ppm v)

N2 + CO2, CH4

(greenhouse gases)

Archeaan - Proterozoicum transitie = groot oxidatie event 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.

Fe-Ox en chert

BIF in Australia


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)

Lectuur: paleogeografische kaarten en platen-toekomst

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


~ 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

Aan beide kanten van de centrale rugzone: identieke veranderingen van de magnetische intensiteit. Alternerende zones met sterke en zwakke intensiteit van het magneetveldWaarom ?.

Na 1945 is de oceaanbodem beter gekend dankzij veel mariene kartering. Oceanische bergen (rugzone) en kloven wijzen op een complexe topografie

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


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 buitenkernveroorzaakt het magneetveld. De beweging van dit vloeibare materiaal induceert elektrische stromen net als een onophoudelijke elektromagnetische dynamo.

Aardmagnetisme

Computer modelering van omkering Lectuur: Generating field


• 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

Magnetisme van mineralen en gesteenten


Normale periode

Omgekeerd

Normale periode

• 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

= theorie van de platentektoniek

+ ++ - - Veld intensiteit in vergelijking met het veld van vandaag

Zeebodemspreiding : oceaan groeit weg van de rug zone

Subductie zone compenseren anders wordt de aarde groter en groter....


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


http://www.scotese.com




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 PangeaWednesday 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

CH4CO2


Snowball Earth events

Bewijzen van glaciale condities tot aan de evenaar. Hypothese: de hele planeet werd door ijs bedekt

Glaciaal afzetting diamictiet in Namibia ~ 700 Ma

hypothese is controversieel en misschien blijft de oceaan ijs-vrij ?

Misschien oorzaak in brutale CH4 en CO2 dalingen, gekoppeld aan onder andere het ijs-albedo terugkoppelingseffect (feedback mechanisme)

Een Snowball Earth event duurt tussen de 10 en 60 Myr

Gevolgen voor het leven ?

Moeilijk te modelleren


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 faunaWednesday 27 April 2011

(A) reconstructie of Ediacaran environment;

(B) Chania (Cnidaria?); (C) Dickensonia (worm? cnidaria?); (D) Mawsonites (medusa).

Dickensonia geen harde delen = fossiel afdrukken

• 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?

Ediacara soft body fauna


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 Mesozoicum Cenozoicum

Trilobiet


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

Trilobiet (Arthropoda) en nautiloids (Cephalopoda = nautilus van vandaag )

rif gemaakt door algae en sponzen

Walking cactus: Diania cactiformis: voorouder van Arthropoda


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

CrinoïdenBrachiopodeeurypterids (=mega

schorpioen)

vaatplantenArchaeopteris

tot 10 m


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 periodeStromatoporoïds (Porifera)

Beauchateau groeve (excursie hard)


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

VUB

Micro-continent “avalonia” zal botsen tegen Baltica (Noord Europa)

Cambrium


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

Eind Paleozoïcum: Opeenstapeling van twee plooiingsfasen: Caledonische orogenese (Onder-Siluur) Massief van Brabant en Hercynische orogenese (Devoon-Carboon) ook in de Ardennen. Terug naar 1 mega continent Pangea

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.

Caledoniaan

Hercyniaan


Structurele geologie

Begrijpen van tektonische beweging en vorming van gebergeketen

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.

Geen vervorming, de lagen blijven horizontaal

Helling van de lagen als resultaat van vervorming

Plooiing = intenser vervorming

Everest

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.


Compressie

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

Rek

Laterale stress

Instorting en normaalbreuken: Oost Afrika rift zone; Rijn grabben

Schuiven en horizontale verplaatsing

Soort stress

Het resultaat is in rode


Plooien

Anticlinaal: oudere lagen in het midden

Synclinaal: jongere lagen in het midden

Monoclinaal

Vaak zijn ersamengestelde plooien

Hinge line=scharnierlijn

Axial plan =scharniervlak

ook plooi met een helling


Vaak een reeks van anticlinale en syclinalen (excursie hard)


3 soorten breuken: Afschuiving, opschuiving en horizontaalbepaald door de richting van de schuiving

Bovenliggende breukwand naar beneden = Afschuiving (normal fault)

Bovenliggende breukwand naar boven = opschuiving (reverse fault)

Combinatie: (af-) opschuiving + een horizontale verplaatsing = schuin (af-)opschuiving (oblique-slip fault)

Horizontale verplaatsing (strike-slip fault)


Oriëntatie van een breuk

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

Afschuiving of opschuiving ?


Overschuiving (Thrust fault)

Opschuiving met hoek < 35º

= opschuivingsplooi met een breuk, het bovenliggende deel

is het dekblad

Massa van ouderegesteenten ligt bovenop

jongere lagen

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...


Himalaya = resultaat botsing van India tegen Aziëcontinent-continent botsing

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.

uplift

Einde van subductie

Zonder magmabronstopt het vulkanisme, maar metamorfisme wordt belangrijk door de druk van compressie


Vorming van gebergeketen tot max. hoogteNormaal 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


• 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

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

transgressieregressie

Zeespiegelverschommelingen


Mesozoïcum

• Moderne fauna: dino’s, zoogdieren, reptielen, CaCO3 plankton etc.

• Studie van zeebodem in mogelijk door “Oceanic Drilling Programs”

Splitsing van Pangea in Trias

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

Red beds


• 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

Trias - Jura - Krijt

Trias zoogdieren niet veel veranderd tot op het einde van het Krijt ?

Kleuren en veren zoals vogels, en waarschijnlijk

“sociaal” gedrag.

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


• 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• Asthenosfeer is hoger, net als in een oceanische rug-zone

Vorming van een nieuwe oceaan

open: 0.5 cm/j

Oost-Afrika

Rode Zee


• 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• Asthenosfeer is hoger, net als in een oceanische rug-zone

Vorming van een nieuwe oceaan

open: 0.5 cm/j

Oost-Afrika

Rode Zee

In de toekomst nieuwe rug ontmoet oude rug zone ?


Contacten: tussen platen-grenzenTransform breuk en driesprong contact

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

ActiefNiet actief

Niet actief

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

Triple junction: 3 platen-grenzen komen samen

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

3 rug zones ontmoeten elkaar: Afrika, India-Australia en Antarctica platen)

Zie Platetec the movie


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

No food Food

No food

No sunlightDetritus

Food

Food chain before Food chain during Food chain after impact


• 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

Meteoriet inslag 65 Ma geleden

Environmental consequences of the KT impact

Stress 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

Inslag

dichte atmosfeer

KraterResultaat


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

Rocky Mountain gezien uit Denver

Zien: tektoniek movies


0 6523

Warm klimaat, warme oceaan “greenhouse” condities

Paleogene

Cenozoic

Neogene

33 Ma

hoge latitude “rain forest” ~45 Ma

52 56

PaleoceenEoceneOligoceneMiocene

Plio

cene

Plei

stoc

ene

Dramatisch afkoeling

Rond 33 Ma afkoeling : Eoceen-Oligoceen

10 Ma ijs groei op Antarctica

Lucy

Cooling

zuurstof isotopen gelinkt aan Tº van

oceaan

Ijskap aanwezig“Ice house” conditie

Kouder oceaan


ΔTº

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


Afkoeling gelinkt met Drake passageopening tussen Argentina en Antarctica

ΔTº


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

ΔTº


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

ΔTºNH Ijs

Ijs in Noord hemisfeer start veel later (2.5 Ma) ?


Mid-Cenozoïcum: de grote “afkoeling”

PCO2

Vandaag

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

Afkoeling

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 MaIstmus 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 brengtwarm water in de NoordAtlantische 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


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

Lucy

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?


Het Quartair 1.8 Ma

Pleistoceen glaciaties en ijstijden: afwisseling tussen glaciale en interglaciale perioden

Lager zee niveaus zorgt voor “land bridge” tussen

Asia en N. America

Toendra en katabatische wind in België


based on ice coresYears before presentAstronomische parameters : Milankovitch cycli

~ 100 ka periodiciteit

100 ky40 ky

19 - 23 ky

Excentriciteit Oliquiteit Precessie


14.6

13.6

14

Obvious rise in CO2 and Tº

Glo

bal

ave

rage

tem

per

ature

(ºC

)

De laatste ~ 150 jaren

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


14.6

13.6

14

Obvious rise in CO2 and Tº

Glo

bal

ave

rage

tem

per

ature

(ºC

)

De laatste ~ 150 jaren

Antropogenic effects last 100 y


Planet Earth is in our handsand we only have one

...but need to understand how it worksWednesday 27 April 2011

Geo-Bio-evolutie van aarde - we.vub.ac.bewe.vub.ac.be/~dglg/Web/Teaching/Les/Geologie/Biografie van...

Documents

Transcript of Geo-Bio-evolutie van aarde - we.vub.ac.bewe.vub.ac.be/~dglg/Web/Teaching/Les/Geologie/Biografie van...