Sedimentologie Van verwering, erosie en transport tot aan de afzetting van klastische en bio-chemische sedimenten

Transcriptie

1 Sedimentologie Van verwering, erosie en transport tot aan de afzetting van klastische en bio-chemische sedimenten

2 20 Verwering H2O + CO2 zuur actie: dissolutie, hydrolyse, oxidatie, hydratatie: Average temperature ºC 0 Klasten en ionen (Ca ++, Mg ++ etc.) worden getransporteerd Korrelgrootte Klei & silt Zand > 100 µm Conglomeraat > 2mm Average precipitation (cm/y) Klasten (brokstukken): resultaat van fysische verwering Verwering: Soort en intensiteit hangt meestal af van 2 klimaatparameters: temperatuur + neerslag Chemische reacties effecten van H2O + CO2 Calciet: CaCO3 + H2CO3 = Ca HCO3 - Pyroxeen: MgSiO3+H2O+2H2CO3 =Mg 2+ +2HCO2 - +H4SiO4 Plagioklaas: 2NaAlSi3O8 + 2H2CO3 + 9H2O = 2Na + + 2HCO H4SiO4 + Al2Si2O5(OH)4 (Kaoliniet, klei mineraal) Olivijn: 2Fe2SiO4 + 4H2O + O2 = 2H4SiO4 + 2Fe2O3(Haematiet) Alle deze ionen komen in oplossing of nieuwe mineralen worden gevormd

3

4 Erosie op continent afzetting marine omgeving klastisch biochemisch Clastic Biochemical Organic Chemical

5 Klastische sedimenten: Erosie en transport door water run-off, wind en gletsjers Hjulström-diagram geeft aan bij welke snelheid / korrelgrootte - voorwaarden klastjes beweging starten, in beweging blijven of sedimenteren. Silt en vooral klei vertonen een zekere cohesie, en zijn dus moeilijker in beweging te zetten, maar hun transport blijft mogelijk met een lage snelheid. klei extra-cohesie door elektrostatische bindingen Current velocity (cm/sec) Aanvang van beweging snelheid op grens van suspensie en bezinking Grain size (mm) Zand Minder Energie = fijner korrels klei

6 Morfologie en homogeniteit in korrelgrootte (sortering) leveren informatie over transport en energie in afzettingsomgeving veel onstabiele mineralen: veldspaat etc. transport stijgt enkel kwarts korte afstand lange Alluvial fan (puinwaaier) bruuske energie veranderingen golven op een strand Energie is meer homogeen

7 Direct na afzetting: lithificatie en compactie beginnen Druk door afzetting van steeds meer sedimenten Lithificatie van losse sedimenten naar hard gesteenten Compactie = minder porositeit en minder plaats voor H2O: Zand 10-20%; klei 50-80% reductie; chemische precipitatie van een cement (CaCO3) kan ook bijdragen tot reductie van porositeit en binding van losse sedimenten

8 Diagenese Fysische, chemische en biologische verandering van sediment na afzetting Bioturbatie Lithificatie Dissolutie van mineraal-fasen Precipitatie van nieuwe mineraal-fasen Pressure-solution: oplossing aan contact punt van twee korrel Deze processen vinden plaats in Tº < 300 ºC, iets lager dan metamorfism

9 Soorten van klastische gesteenten Afzetting van klastische sedimenten, klei, silt, zand, grind is meestal functie van de energie van de afzetting-omgeving en natuurlijk van de bron van het materiaal.

10 Voorbeelden van klastische sedimenten Conglomeraat = transport op lange afstand van bron Zand, rode kleur door Fe oxidatie, afzetting ondiep marine milieu of strand bv. Schalie afzetting in rustig milieu, bv. diepe oceaan, zwarte kleur = aanwezigheid van organisch materiaal

11 Bio-chemische sedimenten Afzetting van bio-chemische sedimenten, hier het milieu speelt een grote rol, water temperatuur, klimaat, saliniteit etc. Vaak verbonden aan organismen: carbonate factory : biochemische carbonaten vormen in warm water (> 20ºC), normale saliniteit, veel zon & licht, veel O2, helder ondiep water, weinig klastische sedimenten. Fossiel-rijk rif carbonaat met Crinoide krijt CaCO3 microorganismen Coccolithophorids 100 µm

12 Carbonaat afzetting Diep water enkel maar CaCO3-rijk micro-organismen Foraminifera en Coccolithophorids In omgevingen met veel biologische activiteiten en warmte conditie Koud-water carbonaten komen ook voor, maar vormen nooit grote afzettingen

13 Kolen gevormd door diagenese van fossiele vegetatie, onder anoxicsche omstandigheden, meestal tropische jungle: veel koollagen worden gebruikt voor het dateren van het Carboontijdperk. Zelfde categorie: fossiel fuel, oil & gas werden door oranische materiaal geproduceerd Evaporieten afgezet door verdamping in zeer droge condities: gips (CaSO4- H2O), anhydriet (CaSO4), haliet (NaCl)

14 Meer chemische afzetting Travertijn: kalksteen gevormd door precipitatie van CaCO3 uit H2O overzadigd in CO2 als de CO2 ontsnapt, bv. uit hot springs CaCO3 + H2O + CO2 = Ca HCO3 - Stalagmiet en stalagtietvorming verloopt gelijkaardig

15 Dolomitizatie: Kalksteen CaCO3 reageert met Mgrijk water en vormt CaMg(CO3)2 Dolomiet Chert: microkristallijn SiO2, precipiteert vaak in krijt uit SiO2-rijke waters, donker kleur

16 Afzettingsomgevingen Glaciaal: door beweging en transport van gletsjers, glacial till of diamictiet, weinig sorting en verschillende korrelgrootte, chaotische afzetting

17 Rivier Grotere korrels worden getransporteerd tijdens flood events, is afhankelijk van watersnelheid dat bv. verandert door het jaar (meer of minder neerslag)

18 Alluvial fan Typische cone -morfologie: snel transport langs helling, bv. na regenstorm, of aardverschuiving, weinig transport, korte afstand van sediment bron

19 Woestijn: zand duinen Eolische transport: wind, meestal fijn zand, goede sortering zelfde korrelgrootte Vaak rode kleur door Fe oxidatie, typische cross-bedding aspect is een wind effect

20 Mariene omgeving: het belangrijkste afzettingsmilieu rivier progradatie van sediment offshore door te kort aan plaats Stroomsnelheid van de rivier daalt in contact met zeewater, sediment-load wordt afgezet, 1st grootste korrels. Delta groeit in richting oceaan Satelliet beeld

21 Strand-beach facies Continu non-stop sedimentatie proces door golven en getijden (surf zone), zand zeer homogeen in korrelgrootte, vaak oscillation ripples te zien Beach zand

22 Ondiep marien op continental plat Fijnere korrels dan bij strand afzettingen : fijn zand en meestal silt of klei want minder energie Carbonaten rijk aan fossielen = veel biologische activiteit rif vaak geisoleert en beschermt een lagoon waar veel CaCO3 wordt geproduceerd

23 Continentale helling Vaak gestart door aardbeving of grote storm als de instabiele sedimenten aan rand van continentaal plat liggen 1st grote korrels dan fijner en fijner Massa beweging, turbidity current, de turbulentie zorgt voor erosie langs helling en vorming van een canyon: afzetting gebeurt op abyssale vlak: gesteente = turbidiet

24 Diep mariene omgeving Enkel maar planktonische micro-organism en zeer fijn klei (rode klein), sedimentatie is traag (< 1mm/ 1000 jaar). Grote afstand van bron van klastische sedimenten, enkel maar fijn klei wordt zo ver getransporteerd. Water is te diep voor carbonate factory. organismen = plankton oceaan ± 3800 m diep

25 Mariene sedimentatie: input /output, box model: In diep mariene omgevingen: sedimentatie is zeer traag: enkel door de bezinking van de skeletten van microplankton organismen: CaCO3 of SiO2, of > 4000 m zeer fijne klei, door wind en stroom getransporteerd. Tubidity current aan rand van continentaal plat.

26 Afzettingsnelheid sedimentation rates in het mariene milieu vandaag: <1 tot >5 cm/103 jaar

27 Calcite compensation depth: (CCD) dieper dan ~ 4000 m oplossing van CaCO3 door CO2 rijkerwater (Tº daalt). SiO2 skeletten worden in kouder water geproduceerd of waar de bio-productiviteit groot is (upwelling zones) maar overleven tot grotere diepte. Dieper dan 5000 m enkel afzetting van klei. Ice-rafted debris worden door ijsbergen getransporteerd, Klastische sedimenten op of aan de rand van continentaal plat Shelf Clastic Ice-rafted SiO2 org. CaCO3 org. Red clay

28 Duidelijke gelaagdheid van sedimentaire gesteenten horizontale vlakken (behalve als geplooid). De bedding resulteert van kleine veranderingen tijdens sedimentatie: bv. lager energie, hoger biologische activiteit, trager (of full-stop van de) sedimentatie etc. Een reeks van lagen (beds) is een strata

29 Concept van tijd en evolutie B sedimenten A vulkanisch Hoeveel tijd tussen A en B?

30

31 Concept van geologische tijd: hoe oude is de aarde? Ussher 1654 Bisschop James Ussher: aarde vormt de nacht voor de zaterdag 23 oktober 4004 BC Haai tanden 1669 Niels Stenson, Steno : wat is de oorsprong van fossielen in gesteenten? 1785 James Hutton: aarde is oud. Observatie langs de kust van Schotland van verschillende aardlagen; concept van van An abyss of time om sedimentlagen en bergen te ontwikkelen. Dat gebeurde door dezelfde geologische processen die vandaag actief zijn. Het actualiteitsprincipe was geboren (uniformitarism=laws of nature don t change with time) 1830 Sir Charles Lyell: Principles of Geology gebaseerd op actualiteitsprincipe, dat een sterke invloed had op het werk van Siccar Point Schotland Charles Darwin (1859): Origin of species. Relatieve datering is gebruikt: iets is ouder of jonger dan iets anders Geologen gebruiken concept van stratigrafie en fossielen inhoud om lagen te dateren Net voor 1900 ontdekking van de radioactiviteit door Henri Becquerel Lyell s book Jaren 1950 gesteenten worden gedateerd door aanwezigheid van radioactieve isotopen (U-Pb, Rb-Sr, 14 C etc.) = Absolute datering. Massaspectrometrie voor meting van isotopen verhoudingen

32 Stratigrafie Relatieve datering van lagen door hun volgorde = chronologie op basis van actualiteitsprincipe Sedimenten worden afgezet in horizontale lagen op elkaar, laag na laag = Principe van horizontale ligging (Principle of horizontality) en op ± continu manier op regionale schaal Jongere sedimenten liggen op oudere sedimenten = principe van opeenstapeling (Principle of superposition)

33 Stratigrafie Relatieve datering van lagen door hun volgorde = chronologie op basis van actualiteitsprincipe In Siccar pt bv gebeurde plooiing voor de afzetting van de jongere lagen = Principe van doorsnijding (Principle of cross cutting) en een insluitsel gevonden binnen een gesteentelaag is ouder dan de gesteentelaag = Principe van insluitsel (Principle of inclusions) Sedimenten bevatten vaak fossielen : ouderdom word bepaald op basis van de evolutie van de gevonden organismen = Principe van fauna opeenvolging (Principle of faunal succession) Discordantie : Geologische tijd is onafgebroken maar de afzetting van gesteentelagen word vaak onderbroken, en/of weggeërodeerd, er zijn dus meestal gaten in de sedimentoptekening (record) = hiaten (hiatus).

34 De 5 principes van horizontale ligging, opeenstapeling etc. worden gebruikt om de geologische sequentie reconstrueren

35 Reconstructie van de sequentie

36 Soorten van Discordantie Hoekdiscordantie/klinoconformiteit Nonconformiteit: Sedimenten liggen op magmatische of metamorfe gesteenten Disconformiteit: erosieoppervlak tussen de lagen Paraconformiteit: is een disconformiteit zonder fysiche bewijzen van erosie

41 Hoekdiscordantie Hoeveel tijd? Hoe ontstaat een hoekdiscordantie? Hier liggen jonge sedimenten op geplooid oudere sedimenten Hoe ontstaat een Nonconformiteit

42 Hoe ontstaat een disconformiteit? Twee disconformiteiten te zien 1) paleobodem: stop in sedimentatie 2) Erosie vlak door rivier bv. Hoeveel tijd? deze disconformiteit is ook een paraconformiteit

43 Principes van Horizontale ligging, opeenstapeling, doorsnijding Grand Canyon: 2000 m van verschillende lithologie, afgezet in meer dan 300 miljoen jaar op : ouder metamorfe gesteenten: er zijn veel hiaten tussen de lagen: een groot deel tijd ontbreekt!

47 (bevat + 1 formaties) De gesteenten werden gegroepeerde in groups en formations pakketten op basis van hun kenmerken en hun relatieve positie ten opzichte van de discordanties. Zo een formatie bv. Supai- Kaibab is afgezet tijdens een specifieke tijdsperiode. Deze observaties worden dan samengevat in een lokale litho-stratigrafische kolom. Dit profiel vormt een record van geschiedenis van de aarde maar bevat veel discordanties en lange hiaten: er is geen plaats op aarde waar de record volledige is... maar wat ontbreek is niet altijd overall hetzelfde...

53 (bevat + 1 formaties) De gesteenten werden gegroepeerde in groups en formations pakketten op basis van hun kenmerken en hun relatieve positie ten opzichte van de discordanties. Zo een formatie bv. Supai- Kaibab is afgezet tijdens een specifieke tijdsperiode. Deze observaties worden dan samengevat in een lokale litho-stratigrafische kolom. Dit profiel vormt een record van geschiedenis van de aarde maar bevat veel discordanties en lange hiaten: er is geen plaats op aarde waar de record volledige is... maar wat ontbreek is niet altijd overall hetzelfde... Bv. het Devoon (Temple butte, Devonian) die hier bijna niet bestaat, is te vinden in Zuid België (zie excursie)

54 Op regionale schaal kunnen verschillende lithostratische kolommen worden gecorreleerd op basis van similariteiten van de gesteenten die elkaar opvolgen in zelfde volgorde 3 lokaliteiten = 3 kolommen Rufus limestone verdwijnt maar de sequentie blijft: er is een discordantie tussen de Emma Shale en de David Sandstone Op groter geografische schaal werkt dit principe niet meer omdat de gesteenten te verschillend zijn. Interpretatie van het paleo-milieu tijdens afzetting Correlatie over > 100 km blijven mogelijk aan de hand van fossiel-inhoud van de sedimenten

55 De aanwezigheid van zeer karakteristieke marker beds helpt met de lithostratigrafie Correlatie: Vergelijking door gelijkenissen van sediment sequenties. Meestal is zo een correlatie geografisch beperkt want het soort sediment hang af van de omgeving waar ze werden gevormd : laterale faciëswisselingen Faciës: verzameling van kenmerken: Faciës: korrelgrootte, mineralogie, structuur, gelaagheid, geochemie % CaCO3 of Fe sporenelementen etc, Faciës zijn afhangelijk van de paleo-omgeving waar de sedimenten gevormd werd. Grand Canyon = best case scenario maar normaal beter de fossielen te gebruiken

56 De aanwezigheid van zeer karakteristieke marker beds helpt met de lithostratigrafie Correlatie: Vergelijking door gelijkenissen van sediment sequenties. Meestal is zo een correlatie geografisch beperkt want het soort sediment hang af van de omgeving waar ze werden gevormd : laterale faciëswisselingen Faciës: verzameling van kenmerken: Faciës: korrelgrootte, mineralogie, structuur, gelaagheid, geochemie % CaCO3 of Fe sporenelementen etc, Faciës zijn afhangelijk van de paleo-omgeving waar de sedimenten gevormd werd. Grand Canyon = best case scenario maar normaal beter de fossielen te gebruiken

57 Laterale faciëswisselingen en faciësveranderingen doorheen de tijd wat we nu vertikaal zien illustreert een reeks van laterale facies Voor verschillende redenen (bv. zeespiegel naar boven of beneden) verplaatsen deze omgevingen zich doorheen tijd: laterale faciës migratie over een regionale zone. Later zijn de faciës dan opeengestapeld in het stratigrafische profiel van een lokaliteit = Regel van Walther (Walther s law) Paleo-milieu reconstructie is mogelijk volgens de het actualiteits-principe, maar hier kunnen ook fossielen gebruikt worden als de paleo-ecologie van de organismen gekend is.

58 Fossielen, paleontologie en biostratigrafie Resultaat sedimenten bevatten vaak grote en kleine fossielen van de organismen die leven tijdens de periode van de sediment afzetting

59 Verschillende soorten van fossielen Body fossielen: stukken van skelet van een organism, in zeer speciale gevallen een hele skelet...bv. iguanodon van Bernisart Trace fossielen: een prent van een organisme in sediment, bv. dino footprint Ammonieten Chemische fossielen: chemische signaturen van een organisme aanwezig in sedimenten: ex. 13 C/ 12 C verhouding en DNA van insect in amber (nee niet genoeg voor Jurassic park) Preservatie Lage O2 omgeving om oxidatie te verminderen voor dat de fossiel bedekt is door sedimenten Snelle sediment afzetting Weinig of liever geen metamorfisme en diagenese Worm sporen Iguanodon KBIN Slechts een zeer klein fractie van de biosfeer werd gefossiliseerd Dino tracks

60 Fauna opeenvolging en de biostratigrafie Fossielen = overblijfselen van organismen die leefden en stierven toen de gesteentelagen gevormd werden Organismen evolueren en veranderen door de tijd evolutie theorie van Darwin dus de fossielinhoud is karakteristiek voor een tijdsperiode, en evolutie is globaal (lectuur fossil record.pdf) Soort organism (specie) evolueert, en voor een tijd bestaat, dan uitsterft en verdwijnt van de sedimenten; een nieuwe soort evolueert etc. Biostratigrafie gebruikt de fossielinhoud van gesteentelagen om de relatieve ouderdom van de lagen te bepalen Fossiel zone of biozone : eenheid is gebaseerd op het eerste / laatste voorkomen van een species van organisme in gesteentelagen, species die uitgestorven zijn, komen niet terug! Beste biostratigrafische fossiel moet zeer vlug veranderen (hoge tijdsresolutie), moet een globaal (of brede) geografische verspreiding hebben en moet gemakkelijk te vinden zijn: microfossielen bv. Biostratigrafie is het grondbeginsel van de stratigrafische tijdschaal en lange afstand correlatie van sequenties op basis van principe dat specifiek fauna en/of flora karakteriseert 1 tijd periode

61 Fauna opeenvolging en de biostratigrafie Fossielen = overblijfselen van organismen die leefden en stierven toen de gesteentelagen gevormd werden Organismen evolueren en veranderen door de tijd evolutie theorie van Darwin dus de fossielinhoud is karakteristiek voor een tijdsperiode, en evolutie is globaal (lectuur fossil record.pdf) Soort organism (specie) evolueert, en voor een tijd bestaat, dan uitsterft en verdwijnt van de sedimenten; een nieuwe soort evolueert etc. Biostratigrafie gebruikt de fossielinhoud van gesteentelagen om de relatieve ouderdom van de lagen te bepalen Fossiel zone of biozone : eenheid is gebaseerd op het eerste / laatste voorkomen van een species van organisme in gesteentelagen, species die uitgestorven zijn, komen niet terug! Beste biostratigrafische fossiel moet zeer vlug veranderen (hoge tijdsresolutie), moet een globaal (of brede) geografische verspreiding hebben en moet gemakkelijk te vinden zijn: microfossielen bv. Biostratigrafie is het grondbeginsel van de stratigrafische tijdschaal en lange afstand correlatie van sequenties op basis van principe dat specifiek fauna en/of flora karakteriseert 1 tijd periode Deze fossielen zijn time markers

62 Fauna opeenvolging en de biostratigrafie Fossielen = overblijfselen van organismen die leefden en stierven toen de gesteentelagen gevormd werden Organismen evolueren en veranderen door de tijd evolutie theorie van Darwin dus de fossielinhoud is karakteristiek voor een tijdsperiode, en evolutie is globaal (lectuur fossil record.pdf) Soort organism (specie) evolueert, en voor een tijd bestaat, dan uitsterft en verdwijnt van de sedimenten; een nieuwe soort evolueert etc. Biostratigrafie gebruikt de fossielinhoud van gesteentelagen om de relatieve ouderdom van de lagen te bepalen Fossiel zone of biozone : eenheid is gebaseerd op het eerste / laatste voorkomen van een species van organisme in gesteentelagen, species die uitgestorven zijn, komen niet terug! Beste biostratigrafische fossiel moet zeer vlug veranderen (hoge tijdsresolutie), moet een globaal (of brede) geografische verspreiding hebben en moet gemakkelijk te vinden zijn: microfossielen bv. Biostratigrafie is het grondbeginsel Time van de marker stratigrafische mid tijdschaal 1970en lange afstand correlatie van sequenties op basis van principe dat specifiek fauna en/of flora karakteriseert 1 tijd periode Deze fossielen zijn time markers

63 Extraordinary fossiel lagen leren over de paleo-biologie Bv. Burgess Shales: Canada, een echte window op het leven op zeebodem 505 miljoen jaar geleden, fantastische preservatie van soft body part: zeer grote bio-diversiteit van invertebraten Must read voor biomensen Bv. Solenhofen limestone: Duitsland, 150 miljoen jaar oud Archeopteryx, een van de 1st vogel, nu ook transitie dino-birds in Yixian formation in China die theropod dino en volgels Anomalocaris zoekt lunch Bv. Messel: Duitsland, 50 miljoen jaar oud zoogdieren, vissen, vogels etc. Archeopteryx Sinornithosaurus: dino met veer Bv. Laetoli: Tanzania, foot-print van een Australopithecus familie in een as laag rond 3.6 miljoen jaar geleden Hoegaarden: versteende bomen van een tropische moerasbos lectuur: goudberg.pdf

64 Taxonomie: principe van Carolus Linnaeus (1750) Fossiel record >> modern organismen Fossielen geklassificeerd op basis van morfologie (zoals Linnaeus) en vergelijking met moderne organismen, bv. soort skelet interne of externe, symmetrie van organisme, design van schelpen etc. maar sommige fossielen hebben geen moderne equivalent, zoals de trilobieten dus vergelijking gebeurt op hoger niveau bv. order. Een trilobiet die gelijkhaardig is aan arthropodes (insect en crustacea) worden geklassificeerd als uitgestorven lid van phylum arthropoda trilobiet Soft body dickinsonia geen idee wat dat was?

65 Beste biostratigrafische fossielen zijn de invertebraten en micro-organismen macrofossielen (> cm) microfossielen 250 µm Foraminifera: protisten (<1 mm) Coccolithophorids : phytoplankton < 100 µm Meestal CaCO3 skelet Maar ook SiO2 Planktonische (micro)fossielen zijn de gunstigste voor correlatie want hun eerste en laatste voorkomen in oceaan gebeurt overal bijna ± gelijktijdig... (of zo hopen de paleontologen) en microfossielen zijn overvloedig (1 cc = 100 beestjes) in sedimenten. Radiolaria Diatomee

66 Meestal worden mariene organismen gebruikt voor biostratigrafie. Continentale sedimenten worden vaak geerodeerd en normaal is fossiel bewaring slechter Fossielen geven ook informatie over de omgeving waar de organismen leefden miljoen jaren geleden = paleoomgeving. Correlatie tussen verschillende localiteiten ( A&B) is mogelijk op basis van de fossielinhoud van de lagen Voorbeeld van organismen en periode waar ze best bruikbaar zijn als biostratigrafische fossielen (zwart)

67 Vaak worden groepen van fossielen gebruikt om verschillende lagen te karakteriseren: Assemblagezone = (verzameling van fossielen) het samen voorkomen van > 2 species fossielen Het kan moeilijk zijn de fossielen te herkennen en de systematiek (taxonomie) van de verschillende fossiel groepen voldoende te kennen: specialiste s job Is het zeker dat het fossiel echt woonde waar het nu gevonden is? Transport, en andere processen (bv. diagenese) kunnen een verkeerd beeld van ouderdom en paleo-omgeving geven. Is het zeker dat hetzelfde species voorgekomen is of uitgestorven is op exact dezelfde tijd over de hele aarde, probleem van endemische species of refuge zone (schuilplaats) Index fossiel is bekend als typische van tijd periode, bv. spirifer brachiopoden van Devoon Concept van: last / first appearance wordt gebruikt om tijd-eenheiden te identificeren in de lagen: 3 zones zijn herkenbare A is alleen, A & B samen te vinden en dan alleen B

68 Door de indeling van de lagen op basis van hun biostratigrafie : ontwikkeling van een relatieve tijdschaal gebaseerd op de evolutie van het leven door geologische tijd. Geen absolute ouderdom is nodig: een fossiel (= dus een laag) is ouder dan een andere - relatieve datering! Geen biostratigrafie mogelijk in lagen zonder fossielen of als de bewaring / fossilisatie slecht is.

69 De stratigrafische principes + lithostratigrafische + biostratigrafische correlaties werden samen gebruikt om de tijdschaal te ontwikkelen op basis van wereldwijde gegevens. De geologische tijdschaal is het resultaat van de correlatie, vergelijking en opeenstapeling van veel stratigrafische profielen gestart einde 1800, grote subdivisie zelfde zijn maar over laatste 50 jaren isotopen geochronologie bepaalt de absolute ouderdom van sommige van de gesteenten

70 De stratigrafische principes + lithostratigrafische + biostratigrafische correlaties werden samen gebruikt om de tijdschaal te ontwikkelen op basis van wereldwijde gegevens. De geologische tijdschaal is het resultaat van de correlatie, vergelijking en opeenstapeling van veel stratigrafische profielen gestart einde 1800, grote subdivisie zelfde zijn maar over laatste 50 jaren isotopen geochronologie bepaalt de absolute ouderdom van sommige van de gesteenten

71

72 Geologische tijdschaal Phanerozoïcum: = zichtbaar leven, bevat veel fossielen met echte skelet, grote biodiversiteit 542 Ma tot vandaag In 3 Era te verdelen Paleozoicum (= oude leven), trilobiet fossilen, rif-bouwende organismen, brachiopoden etc 542 tot 250 Ma Mesozoicum (= middelste leven), 1st zoogdieren, ammonieten, vogels en T-rex 250 tot 65 Ma Cenozoicum (= recente leven), radiatie van de zoogdier, mammoet, homo.. 65 Ma tot vandaag Era: verder ingedeeld in perioden, dan in epochs (zie tijdschaal): Tijdens de excursie meestal Devoon en Carbon, en Krijt en Cenozoicum Proterozoïcum: = vroegere leven, organismen zonder skelet, algae en bacterien, start van O2, platentektoniek net als vandaag 2500 tot 542 Ma Archeaan: = oud, bevat oudste gesteenten op aarde en sporen van 1st bacterien 3800 tot 2500 Ma Hadeaan: hel geen gesteenten bekend, vorming van eerste korst, en start van platentektoniek vorming van aarde tot st gesteenten Precambrium

73 Foraminifera Gastornis Lucy Dino s Tetrapods Lystrosaurus 1 cm Eurypterids Brachiopods 1 m Anomalocaris Trilobites

74 Massa extincties Aantal genera stijgt Vulkanism

75 Massa extincties Aantal genera stijgt 5 mega biodiversiteit dalingen Asteroid inslag cooling? Vulkanism?

76 65 miljoen jaar geldene Krijt - Tertiair grens, 60 % fauna & flora verdwijnt KT Continent zeer hoge Ir concentratie in klei laag - ET meteoriet oorsprong Ir concentraties ~100xIr ppt = 1 Ir per atomen 200 km krater offshore Yucatan Oceaan Koud, donker, uitsterven > 25 kg 10-km asteroïd Yucatan Coast line 3 D view of gravity anomaly

77 Isotopendatering - geochronologie Directe bepaling van geologische tijd door de metingen van specifieke radioactieve isotopen in magmatische gesteenten. Gebaseerd op verschillende vervalprocesen: Alpha / beta / positron emission, e - capture, fission etc. Halveringstijd: periode nodig voor 1/2 te vervalen: karakteristiek van de isotoop Tijd Verval reeks van 238 U tot 206 Pb Datering kan gebeuren als: D =Do + N (e λt 1) mineraal gesloten is, geen input / output van N of D nuclieden Do betrouwbaar bekend voor het mineraal λ en halveringstijd zijn precies bekend D & N worden precies gemeten door massa spectrometrie

78 Belang van de selectie van isotopen systeem en correct mineraal fase Isotopen systemen graniet Isotopendatering meestal mogelijk in magmatische gesteenten. Het mineraal heeft de echte vormingstijd geregistreerd als het zich daarna als een gesloten stelsel gedraagt. Nieuwe fasen in metamorfe gesteenten werken ook. Meestal zijn sedimenten niet dateerdbare, omdat deze mineralen niet in het sediment worden gevormd (maar wel vroeger in een magma). In klastische sedimenten zijn deze mineralen niet in situ: ze zijn herwerkt en chemische sedimenten (carbonaten bv.) bevatten geen dateerbare mineralen. Maar fossielen worden alleen in sedimenten gevonden! Zoek een as laag in de buurt! As in continentale sedimenten, een paar cm boven KT grens : as geeft ouderdom van 65 Ma

79 Massa spectrometrie meet de verhouding parent/daughter isotopen in mineraal Hoge precisie is nodig Verdeling van ionen volgens hun massa gebeurt in het sterke magneetveld

80 Massa spectrometrie meet de verhouding parent/daughter isotopen in mineraal Hoge precisie is nodig Verdeling van ionen volgens hun massa gebeurt in het sterke magneetveld Sr

81 Massa spectrometrie meet de verhouding parent/daughter isotopen in mineraal 86 Sr Hoge precisie is nodig Verdeling van ionen volgens hun massa gebeurt in het sterke magneetveld Sr

82 Massa spectrometrie meet de verhouding parent/daughter isotopen in mineraal Hoge precisie is nodig 86 Sr 87 Sr Verdeling van ionen volgens hun massa gebeurt in het sterke magneetveld Sr

83 Massa spectrometrie meet de verhouding parent/daughter isotopen in mineraal Hoge precisie is nodig Verdeling van ionen volgens hun massa gebeurt in het sterke magneetveld Sr 86 Sr 87 Sr 88 Sr

84 14 C om organische materiaal te dateren tot ~ jaar 14 C vormt maar 1 ppt C in atmosfeer 9 tot 15 km 14 N + n Halveringstijd = 5730±40 jaar naar stabiele 14 N door beta decay 14 C Lectuur 14 C

85 Andere dateringsmethoden (meer beperkt in tijd) Telling van boomringen die jaarlijks groeien of van seizoenaal ijs en meersedimenten, voor jonge en zeer jonge opnames: van 10 tot jaar

86 Paleomagnetisme Georienteerde monsters worden genomen langs een profiel en de magnetische richtingen (normaal / omgekeerd) worden in het lab bepaald. De resultaten worden vergeleken met de paleomagnetische schaal. Gebaseerd op omkering van het magneet veld van de aarde, en aanwezigheid van Fe-rijk magnetische mineralen

87 Pre-1950 en isotopen methoden: 20 Ma op basis van afkoeling van aarde Ouderdom van de aarde 90 Ma op basis van oceaan saliniteit als start van zoetwater > 100 Ma op basis van de traag actualiteitsprincipe en Darwin s evolutie theorie Aan de hand van isotopen methoden: 4567 Ma gemeten op meteoriet als analoge van aarde 3800 Ma oudste gesteenten op aarde 4400 Ma oudste gesteenten op maan (Apollo) Kleine onderschatting! meteoriet Bemonstering op maan

88 Samenvatting Stratigrafie principen + discordantie + biostratigrafie + isotopendatering worden gebruiken en gecombineerd om een geologische profiel optimaal te dateren.

89 Samenvatting

90 Tijd en evolutie van de aarde en het leven Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

91 Tijd en evolutie van de aarde en het leven Oorsprong van de aarde Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

92 Tijd en evolutie van de aarde en het leven Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

93 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste gesteenten Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

94 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven 1 ste gesteenten Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

95 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Bacteriën / algen 1 ste gesteenten Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

96 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste gesteenten 1 ste sporen van het leven Bacteriën / algen Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

97 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Bacteriën / algen 1 ste gesteenten Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 4500 Fotosynthese 1% O 2 in ATM 3800 Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

98 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste gesteenten 1 ste sporen van het leven Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Precambrium Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Tijd in miljoen jaar Mesozoïcum Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

99 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste gesteenten 1 ste sporen van het leven Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Precambrium Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

100 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste gesteenten Oorsprong van de aarde 1 ste sporen van het leven 1 ste oceaan? 4500 Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Fotosynthese 1% O 2 in ATM 3800 Precambrium Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

101 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Explosie van het leven 1 ste fossielen 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

102 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

103 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land 1 ste dino s & zoogdieren Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

104 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land 1 ste dino s & zoogdieren Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Uitsterving dino s 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

105 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land 1 ste dino s & zoogdieren Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Uitsterving dino s Ijs in Antarctica 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

106 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land 1 ste dino s & zoogdieren Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Uitsterving dino s Ijs in Antarctica 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Lucy Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012

107 Tijd en evolutie van de aarde en het leven ste sporen van het leven Explosie van het leven 1 ste fossielen Gewervelde dieren op land 1 ste dino s & zoogdieren Bacteriën / algen 1 ste eukaryote Soft body fauna Uitsterving dino s Ijs in Antarctica 1 ste gesteenten Fotosynthese Oorsprong van de aarde 1 ste oceaan? 1% O 2 in ATM Tijd van de dino s: Greenhouse klimaat Mesozoïcum Laatste Snowball Earth Paleozoïcum Precambrium Tijd in miljoen jaar Lucy Laatste ijstijd Kwartair Tijd van de Zoogdieren Cenozoïcum ,012