PALEOKLIMATOLOGIE

KLIMATEN VAN HET MESOZOÏCUM

Dit is het vierde hoofdstuk van de sectie paleoklimatologie. Heeft u het eerste hoofdstuk nog niet doorgenomen, dan adviseren wij u eerst de inleiding door te nemen. De hoofdstukken van de sectie paleoklimatologie zijn:

1 Inleiding,
2 Het ontstaan van de atmosfeer en de klimaten van het Precambrium,
3 Klimaten van het Paleozoïcum (Cambrium t/m Perm),
4 Klimaten van het Mesozoïcum (Trias t/m Krijt), (dit hoofdstuk),
5 Klimaten van het Kaenozoïcum (Tertiair en Kwartair) en de toekomst van de atmosfeer,
6 IJstijdtheorieën,
7 Excursiedoelen.

INLEIDING

Het Mesozoïcum loopt van 230 tot 67 miljoen jaar geleden. Tijdens deze Era hadden de reptielen en dinosauriërs hun hoogtij. Zonder uitzondering was dit een mondiaal warme periode met een uitgesproken warmtepiek in het Jura en Krijt. In dit hoofdstuk kijken we ook naar de klimatologische gevolgen van een komeet of meteoriet inslag, eventueel in samenhang met grote vulkanische activiteit, welke aan het einde van het Krijt een einde maakte aan het tijdperk van de dinosauriërs.

TRIAS

Op de onderstaande kaart van het Trias (230-205 miljoen jaar) zien we gelijk al hoe het komt dat de klimaten op aarde in het Trias veranderden. Boven de poolstreken ligt nergens een groot continent wat voor afkoeling kon zorgen en dit resulteerde in een gestage opwarming van de aarde. Waarschijnlijk nog eens extra geholpen een hevige vulkanische activiteit welke het CO2 liet oplopen tot omstreeks het 6-voudige van het hedendaagse kooldioxide gehalte in de atmosfeer. Dit vulkanisme zou voort gekomen kunnen zijn doordat Pangea tectonisch actief werd en in het Jura zou leiden tot het openbreken van de continenten.
Schaarse plantengroei was niet bij machte het overschot aan kooldioxide uit de atmosfeer te halen en aan het einde van het Trias bedroeg deze nog steeds het 4-voudige van de tegenwoordige waarde. Moerasbossen, resulterende in kolenlagen, vinden we pas weer aan het einde van het Trias. Daarbij komt dat het zuurstof gehalte in de atmosfeer nog steeds dalende was. Een trend welke al in het Perm was ingezet. Uiteindelijk zou het niveau dalen van 35% in het Carboon tot slechts 15%. Dit kwam vooral door oxidatie van zuurstof met de grond en onvoldoende aanmaak middels fotosynthese door planten. Al deze wijzigingen gingen zo snel dat er massale extincties optraden.
Gematigde koude streken en polaire koude komen we nergens meer tegen in Trias. Tot aan het einde van het Krijt was het vanaf het Trias ook aan de poolstreken aangenaam strandweer. Zoals ook de kaart hieronder laat zien bestaat het grote aaneengesloten continent uit twee opvallende delen, die als een < -vorm in elkaar steken. Het noordelijke deel is Eurasië en het grotere zuidelijke deel het Gondwana continent. EBM experimenten door Parrish in 1982 laten zien dat de jaarlijkse gemiddelde temperatuur variatie tussen de koudste en warmste maand voor beide centrale continentdelen op 60°NB en 60°ZB rond de 45°C gelegen moet hebben. Dit is een stuk hoger dan we tegenwoordig op aarde tegenkomen en suggereren dan ook koude strenge winters en hete zomers.
Kust nabije regio's, zoals langs de stranden van Tethys Oceaan waren een stuk milder door de matigende invloed van de oceaan.

Wereldkaart met continenten en klimaatgordels (www.scotese.com); Toegevoegd zeestromingen. Disclaimer.

Benelux/West Europa
Het Noordzee bekken was in het Perm en Trias nauwelijks van plaats veranderd, maar door de opwarming van het klimaat werd het een stuk droger en ging onze regio over naar een droog woestijn klimaat. Vanuit de door de wind eroderende bergstreken ten zuiden en westen van ons land werden met dezelfde wind geweldige massa's zand bij ons neergeworpen. Van tijd tot tijd moet onze regio geteisterd zijn, door föhn tot extreme hete lucht, verstikkende zandstormen. Net zoals we dat van de huidige zandwoestijnen kennen, hebben we hier vele stuifduinen gehad met rood zand (Red-beds) gehad. Deze lagen zijn later weer versteend tot bontzandsteen.
Toch schijnt de kust niet ver uit de buurt geweest te zijn, want al in de omgeving van Winterswijk vinden we aanwijzingen voor een soort wadden of lagune afzetting. Deze afzetting bestaat uit een kalkachtige laag welke bij indroging krimpschuren vertonen. Lokaal wordt deze kalk ook wel schoteltjeskalk genoemd. In deze ruwe omgeving leefde de Nothosaurus, een reptiel die we in Winterswijk ook fossiel aantreffen.

Boven: Nederland in het Trias. Duinen van stuifzand vormen Red Beds nabij de lagune. Let op de krimpschuren op de drooggevallen grond links onder. (Foto van Namibische woestijn) Rechts: Nothosaurus

Wat later in het Trias kwam aan de afzettingen van het Bontzandsteen een einde en nam een ondiepe zee weer bezit van het Noordzee bekken. Deze Muschelkalk zee (zoals de naam aangeeft een zee met veel schelpdieren) had mogelijk een verbinding met de Tethys oceaan, maar in elk geval was er een nauwe straat die verbinding maakte met de Panthallassische Oceaan in het noorden. En net als in het Perm raakte ook deze binnenzee van tijd tot afgesloten en kon het water in de tropenhitte verdampen waarna de zouten neersloegen als gips en steenzout. Het is dit zout wat in het Twentse Boekelo uit de grond gehaald wordt voor tafelzout.

JURA

Het klimaat tijdens het Jura (205-144 miljoen jaar) verschilde niet zo heel veel het klimaat van het Trias. Het schijnt evenwel nog wat warmer te zijn geweest dan in het Trias, met een lichte afkoeling periode in het midden van het Jura. Langs de kusten van de continenten heerste tot op hoge breedte een (sub)tropisch regenrijk klimaat. De moesson draaide hier op volle toeren. Koraalriffen kwamen voor tot op 50°NB, wat een indicator dat het zeewater tot op deze breedten een temperatuur heeft gehad van 18-25°C. De ideale temperatuur waarbij rifbewoners het best gedijen.
Tegen het einde van het Jura begon Pangea zich op te splitsen en kreeg de zee meer kans door te dringen in de binnenlanden. Geleidelijk aan werd er meer neerslag aangevoerd en werd het klimaat minder extreem. Plantengroei kreeg daardoor weer een stimulans langs de veel langere kustlijnen. Uiteindelijk steeg het zuurstof gehalte naar 25%.
Ons land bevond zich in het Vroeg Jura beneden de zeespiegel maar lag nog steeds in de (sub)tropische klimaatgordel. Later in het Jura lag ons land boven de zeespiegel.

KRIJT

Ook in het Krijt (144-67 miljoen jaar) was het aanhoudend warm tot zeer warm, maar begon met een lichte afkoeling. In de hooggebergten en op hoge noordelijke en zuidelijke breedte kwam het af en toe tot enkele gletsjers. Maar dit resulteerde niet in een nieuwe ijstijd. Wellicht een gevolg van een snelle toename van de tektonische activiteit. De verplaatsing van continenten op de aardkloot kunnen we aanduiden met een aantal centimeters per jaar dat continenten ten opzicht van elkaar verschuiven. Bewogen in het Trias en Jura de continenten zich met gemiddeld een enkele centimeter per jaar, in het Krijt zou deze snelheid tot rond de 10 cm per jaar (Tegenwoordig omstreeks 3 cm/jaar). Dit resulteerde in een toename van vulkanisme en en dito stijging van het kooldioxide gehalte in de atmosfeer. Ook daardoor werd het steeds maar warmer op de aarde. In de rijkere CO2 -atmosfeer kreeg de plantengroei een geweldige stimulans. Het zuurstofgehalte steeg door tot maar liefst 30-35%. Hoog genoeg om de grote dinosauriërs van zuurstof te voorzien welke dan ook tot enorme afmetingen konden doorgroeien. Bovendien, door de warmte zette ook het zeewater uit en dat resulteerde weer in zeespiegelstijgingen. De gemiddelde temperatuur van alle oppervlakte wateren op aarde bedroeg toen ongeveer 27°C. Ligt de temperatuur van het diepe zeewater op de oceaanbodem tegenwoordig rond tot iets boven het vriespunt, in het midden van het Krijt lag deze rond de 17°C. Mondiaal resulterende een geweldige volume vermeerdering. Daardoor konden veel meer laaggelegen gebieden overstromen dan gebruikelijk wat weer tot gevolg had dat het wateroppervlak op aarde groter werd, maar ook dat het water steeds meer zonnestraling kon opvangen en almaar verder kon opwarmen.
 Met het verder opbreken van de continenten in het late Krijt werden ook steeds meer de scherpe kantjes van de warmte op aarde gehaald. Zeewater drong door tussen de uit elkaar drijvende continenten en nivelleerde het klimaat steeds meer. Het resultaat was een geleidelijke afkoeling.

Wereldkaart met continenten en klimaatgordels (www.scotese.com); Toegevoegd zeestromingen. Disclaimer.

Benelux/West Europa
Ons land bevond zich aan het begin van het Krijt in een overgangsgebied van zee en land. Noord Nederland was daarbij open water, terwijl het midden van ons land het overgangsgebied tussen het Massief van Brabant in zuiden en de zee in het noorden vormde. In dit gebied is door aanvoer van rivieren veel zand afgezet. In het oosten van ons land en de aangrenzende Duitse grensstreek (Twente en het Duitse Graafschap Bentheim) ligt dit gesteente vlak onder of aan het aardoppervlak. De Bentheimer zandsteen is fossiel arm. Later in het Krijt kwam het grootste deel van ons land onder water te liggen. Een tropische zee met veel rifbouwende koralen. En hier troffen we ook de Mosasaurus aan samen met andere zeebewoners als haaien, vissen, schelpdieren en inktvissen. In Zuid-Limburg, dat toen dicht bij de kust van het Rijns massief lag, komt tegenwoordig deze laag aan het oppervlak.

Mosasaurus

DE KRIJT/TERTIAR CRISIS

Het ligt niet in de bedoeling uitgebreid in te gaan op de oorzaken van uitsterven van dinosauriërs en andere wezens in het Krijt. Over de mogelijke oorzaken is al heel wat geschreven en dat zal ook in de toekomst nog wel het geval zijn. In ieder geval moeten genoemd worden mogelijke verheviging van extreem vulkanisme en de kans dat de aarde getroffen is door een kosmisch object zoals een grote komeet of meteoriet die in het Mexicaanse Yukatan terecht kwam.
Laten we aannemen dat het inderdaad een kosmische botsing geweest tussen de aarde en een 10 km groot hemels projectiel, wat zijn dan gevolgen op de aardse atmosfeer en het klimaat?
 
Donkere as- en waterwolken
Door de inslag op aarde werden grote hoeveelheden sedimenten en water de atmosfeer in geschoten. De inslag zelf veroorzaakte een 200 km grote krater. Aswolken en waterdamp omhulden de gehele aarde gedurende enkele maanden. Zonnestraling kon niet meer tot het aardoppervlak doordringen. De fotosynthese door planten werd hierdoor sterk gereduceerd en veel planten stierven af (ook in combinatie met de andere oorzaken als hieronder vermeld). De voedselketen werd doorbroken en de een na de andere levensvorm stierf uit.

Temperatuurverandering in de tijd na de inslag van een 10 km groot kosmisch object.

Temperatuursdaling
De stofwolk hield ook de warmtestraling van de zon tegen. Het was niet alleen aardedonker, het koelde daarbij ook nog eens flink af. Binnen drie maanden was de gemiddelde wereldtemperatuur op de continenten gedaald tot -20°C. De zeewater temperaturen daalden daarbij maar licht.

Versnelling van het broeikaseffect
De inslag vond plaats in een gebied met veel kalkriffen. En kalkriffen zijn een perfecte opslagplaats voor kooldioxide. Door de inslag kwamen deze allemaal weer vrij in de atmosfeer. Vooral in de hogere luchtlagen, toch al verzadigd met water (het broeikasgas bij uitstek) steeg de temperatuur na een paar maanden. Dit kan ook zijn weerslag hebben gehad aan het aardoppervlak waar het na de plotselinge afkoeling tijdelijk ineens veel te heet werd voor veel levensvormen.

Zure regen
Door de inslag kwamen waarschijnlijk ook veel zuren vrij. Resulterend in zure regen. Hierdoor daalde de zuurgraad in het oppervlakte water na een jaar zo ver dat het water te zuur werd voor veel levensvormen.

Toxisch zeewater en atmosfeer
Zeldzame elementen, zoals cadmium, zink, lood, kwik en andere giftige stoffen kunnen bijgedragen hebben in het verder vergiftigen van atmosfeer en zeewater.

Branden
Zonder twijfel braken er wereldwijd enorme branden en vuurtornado's uit. Het vuur werd nog eens geholpen door de veel hogere zuurstof concentraties in de atmosfeer. Dat wil wel fikken.

Tsunamies
Door de inslag in zee ontstonden eveneens grote tsunamies (vloedgolven) die verschillende keren rond de wereld gingen en tot enkele tientallen meters hoge vloedgolven in kustnabije streken konden veroorzaken. Gevolg: grote overstromingen door een hyperbranding effect.

OM OVER NA TE DENKEN

Begrippen

Vragen

1 Maak op basis van de gegevens uit dit en de vorige hoofdstukken een schema, of geef een beschrijving, van de kooldioxidekringloop op aarde en de invloed op de atmosfeer. Geef ook aan wat de verstoringen kunnen zijn en de gevolgen voor het wereldklimaat, aannemende dat alle andere genoemde variabelen constant zijn.

2 We zagen eerder (hoofdstuk 2) dat het ontstaan van het leven op aarde plaats vond in een voor het leven eigenlijk vijandige omgeving. Waarom werd dan juist de door de meteoriet inslag veroorzaakte vergiftiging van de atmosfeer en het zeewater zo fataal voor het leven op aarde?

3 Door welke oorzaken kon in het Krijt het zuurstof gehalte van de atmosfeer oplopen tot 30-35%?

4 Welke is wellicht de belangrijkste oorzaak die ten grondslag ligt aan de wereldwijde afkoeling, begonnen tegen het einde van het Krijt?

5 Beschrijf in eigen woorden het klimaat en de andere omstandigheden welke nodig zijn voor de vorming van gips.