vrijdag 24 augustus 2012

Huidige zeespiegel bijzonder laag!

Huidige zeespiegel bijzonder laag!:
dinosaurusPopup
Wat een water! Afbeelding: © TWS 3d Design
“Jullie zeespiegel is bijzonder laag”, zou een dinosaurus uit het Krijt over onze huidige zeespiegel kunnen zeggen. Deze quote klinkt heel vreemd in de oren, niet? Onze zeespiegel stijgt toch almaar en staat de laatste jaren veel hoger dan in het verleden, waardoor weinig beschermde kuststreken onder water kunnen lopen in deze eeuw. Echter, de zeespiegel van vandaag ligt laag ten opzichte van veel perioden in het verre verleden, bijvoorbeeld tijdens grote delen van het Krijt zo’n 100 miljoen jaar geleden. In grote perioden van de aardse geschiedenis lag ook Nederland onder water want we vinden fossiele koralen en schelpen in de Zuid-Limburgse gesteentes van 70 miljoen jaar oud.
In de discussie over de huidige zeespiegel en met name de stijging daarvan moeten we ook verder kijken dan onze recente historie. In het geologische verleden is de zeespiegel vaak op en neer gegaan, en niet alleen door het smelten van ijs en de uitzetting van het water. Enkele verrassende fenomenen komen we tegen die ook vandaag de dag nog actief zijn. Pas als we de snelheid en de maximale grootte van de zeespiegelveranderingen door deze factoren begrijpen, kunnen we pas echt meediscussiëren over zeespiegelstijging. Ook dan kunnen we beter begrijpen wat onze huidige zeespiegel en -stijging eigenlijk voorstellen geologisch gezien.
600 miljoen jaar aan veranderingenPopup
Wat gebeurde in de afgelopen 600 miljoen jaar? A) Percentages van uitsterven van in zee levende geslachten. B) Wereldwijde zeespiegelveranderingen (lichtblauw) en perioden van glaciatie (donkerblauw). C) Temperatuur. D) CO2-concentratie. E) De snelheid van het ontstaan van nieuwe oceaankorst. Pieken van uitsterven in A komen vaak overeen met een daling van de zeespiegel. De grafieken van temperatuur, ontstaan van oceaankorst en de zeespiegel komen bijzonder goed overeen. De CO2 curve wijkt wat af. Afbeelding: © gewijzigd naar Takashima et al., 2006, Fig. 1
Om hier achter te komen, kijken we naar verschillende belangrijke oorzaken van zeespiegelveranderingen. Diverse veranderingen die op korte én lange tijdsschaal spelen. Een voorbeeld van een lange tijdsschaal is die over het hele Phanerozoïcum van 542 miljoen jaar geleden tot nu. Als we goed kijken naar de figuren dan zien we twee cyclussen: eentje van 542 tot ca 300 miljoen jaar geleden en eentje van 300 miljoen tot nu. Opvallend is ook dat tegenwoordig de zeespiegel bijzonder laag staat geologisch gezien. Als de smelt van ijs dan niet altijd de zeespiegel bepaald, wat dan wel?
productie oceaankorstPopup
De productie van de oceaankorst tot 180 miljoen jaar geleden. Er is relatief veel oceaankorst met een ’midden’groene kleur van Krijt ouderdom, alhoewel een deel daarvan ook alweer is opgegeten door moeder aarde bij subductiezones (zoals aan de westkust van Zuid-Amerika).

Oceaankorst productie

Op langere tijdsschalen is het volume van de oceaanbekkens bijzonder belangrijk. Die is namelijk veranderlijk. In sommige perioden komt er snel veel nieuwe oceanische korst bij door het stollen van lava in de oceaan daar waar de oceaanplaten uit elkaar bewegen. Tegelijkertijd wordt oude oceaankorst weer opgegeten door moeder aarde bij subductiezones.
De nieuwe oceaankorst is lichter dan oude oceaankorst. Hierdoor ligt de oceaanbodem wat hoger dan bij zware oceaankorst, die meer druk uitoefent op de aarde. Omdat er veel meer nieuwe oceaankorst bijkomt, stijgt de oceaanbodem op veel plaatsen. Het water kan maar naar een richting toe: naar boven. En dus stijgt de zeespiegel waardoor laaggeleden gebieden onderlopen. Dat gaat niet snel, want we praten maximaal over ca. 100 m per 1 miljoen jaar (=0,1 mm/yr). De grote pieken en de dalen van de productie van oceaankorst vallen samen met zeespiegelveranderingen gedurende het Phanerozoïcum. Deze veranderingen vinden plaats op tijdsschalen van miljoenen tot ca. 100 miljoen jaar.

Sedimentatie

Het volume van oceaanbekkens verandert ook door het het dwarrelen van sediment naar de oceaanbodem. Dat kan omdat de rivieren zand en klei aanvoeren naar zee, maar ook de wind blaast kleine korrels de oceaan in. Een niet te onderschatten andere bron van sediment? Dat zijn de ontelbare kalk- en kiezelskeletjes van dode micro-organismen die bewaard zijn gebleven in gedeelten van de oceaanbodem. Ook kan de erosie van hoge gebergten een enorme puinwaaier van piepkleine brokjes berg in zee brengen.
Het effect van sedimentatie op de zeespiegelstijging is langzaam: maximaal 0,01 mm per jaar, een orde van grootte lager dan door de productie van oceaankorst. Sinds het late Krijt zou de zeespiegel met 85 m zijn gestegen door dit fenomeen alleen volgens een schatting uit 1983 (gemiddeld 0,001 mm/jaar). De tijdsschaal waarover veranderingen plaatsvinden is lang: van honderduizenden jaren tot 100 miljoen jaar.
Oorzaken zeespiegelstijgingPopup
De tijdsschaal en de grootte van verschillende oorzaken van zeespiegelveranderingen. Afbeelding: © Gewijzigd naar Miller et al., 2011, Fig. 1

Botsing continenten

Wat gebeurt er als twee continenten op elkaar botsen? Neem bijvoorbeeld India en het Euraziatisch continent enkele tientallen miljoenen jaren geleden. Daar ontstond een gebergte: het hoogste gebergte wat we op dit moment kennen met de Himilaya’s. Zeebodem en land stegen tot nu toe tot hoogtes van bijna 9 km. Wat gebeurt er met het zeeniveau? Omdat een deel van het continent omhoog komt, daalt de zeespiegel licht omdat het totale volume van de oceaanbekkens iets toeneemt. Met een snelheid van 0,005 mm per jaar hebben we het wel gehad. De tijdsschaal waarover dit gebeurd is zeer lang met miljoenen jaren tot 100 miljoen jaar.

Hotspots

Een heel ander type vulkanisme dan door plaattektoniek zijn hotspotvulkanen. Hierbij stijgt zeer heet gesteente vanaf de aardmantel-aardkern grens op zo’n 2900 km diepte naar boven tot vlak onder of op het aardoppervlak. Het hete gesteente drukt de aardkorst letterlijk omhoog. Door de verminderde druk relatief dichtbij het aardoppervlak ontstaat ook magma, dat zo nu en dan naar buiten stroomt. Voorbeelden van hotspots in de oceaan zijn de Azoren, Kaapverdische Eilanden en IJsland (dat overigens toevallig ook nog eens op een plaatgrens ligt). Door hotspotvulkanisme is de zeebodem in een cirkel van 1000 km gemiddeld ~1 km hoger rondom de hotspot. En het water dat hier eerst lag? Dat is allemaal naar boven geduwd. De zeespiegel kan zo met 100 meter stijgen in totaal. Snel gaat dat niet met 0,001 mm per jaar.
zeespiegelveranderingen 140 kaPopup
Veranderingen van de zeespiegel op middenlange tijdsschalen van tienduizenden jaren (onderste plaatje). Er is een sterke overeenkomst met temperatuurschommelingen. Het zeeniveau lijkt een periode te hebben van ~100.000 jaar. Afbeelding: © NOAA

IJs, thermale expansie en grondwater en meren.

De voorgaande vier fenomenen spelen op zeer lange tijdsschalen, nauwelijks waar te nemen voor ons, maar cruciaal voor bijvoorbeeld het leven op aarde destijds. Waar we wellicht meer bekend mee zijn, is het smelten van ijs van ijskappen en gletsjers, wat vaak samenvalt met hogere temperaturen en een hoge concentratie van koolstofdioxide in het verleden. Dit stijgen kan geologische gezien snel gaan met soms wel 20 mm per jaar. Veranderingen vinden plaats op korte tijdsschalen tot tienduizenden jaren.
Afkalving Perito Moreno gletsjerPopup
Afkalving van de Perito Moreno gletsjer in Zuid-Argentinië. Afbeelding: © Luca Galuzzi
Tegenwoordig zitten we in een interglaciaal waarbij er niet zoveel ijs te vinden is binnen de ijstijd. De glacialen en interglacialen worden de laatste 2,5 miljoen jaar met name gecontroleerd door veranderingen in de stand van de aarde ten opzichte van de zon. De drie Milankovitch cycli die daarvoor verantwoordelijk zijn, zijn de precessie (tolbeweging van de aardas met een periode van 26.000 jaar), de obliquiteit (hellingshoek van de aardas met een periode van 41.000 jaar) en de excentriciteit (baan van de aarde om de zon, periode 100.000 jaar). Zij zorgen dat er in sommige perioden meer of minder zonnestralen het aaroppervlak bereiken op een bepaalde breedte. Is dat in het noorden, dan kan het landijs zich uit gaan breiden of juist smelten. De CO2-concentratie beweegt overigens ook mee.
Zeespiegelstijging 20 kaPopup
Een korte tijdsschaal: de stijging van het zeeniveau sinds het einde van het laatste glaciaal rond 20.000 jaar geleden. Rond 14.000 jaar geleden kwam veel smeltwater vrij, waardoor de zeespiegel in korte periode sterk rees. Dat gebeurde weer rond 8200 jaar geleden.
Als het eenmaal warmer wordt op aarde smelt het ijs en stijgt de zeespiegel. Daarnaast zet ook het warmere water uit, ofwel thermale expansie. Tegenwoordig is dat ongeveer de helft van de zeespiegelstijging. Een niet te onderschatten factor dus. Ook kan water uit meren langzaam of sneller vrijkomen. Voorbeeldje? Rond 8200 jaar geleden liepen Noord-Amerikaanse smeltwatermeren leeg. Het water kwam uiteindelijk terecht in de oceaan, waardoor het zeeniveau met 0,8-2,2 m steeg in binnen 130 jaar.
De laatstgenoemde veranderingen kunnen geologisch gezien bijzonder snel optreden, en zijn daarom voor de mensheid van direct belang. Zeker omdat de maximale zeespiegelverandering ook nog eens aanzienlijk is, voornamelijk door de smelt van ijs. De maximale zeespiegelverandering door andere processen is ook groot, maar de snelheid veel minder. Willen we dus meepraten over de zeespiegelstijging van nu en in het verleden? Oorzaken, snelheden en de maximale grootte noemen graag!

Bronnen:


Zie ook:

at