De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de
advertisement
De Verborgen Attractie van de Aarde Opzet van de cursus 1 - Magnetisme & Aardmagneetveld 2 – Het Aardmagneetveld in het verleden 3 – Drift der Continenten en Plaattektoniek (4 – toepassingen) 5 – Omkeringen van het Aardmagneetveld (6 - toepassingen) 7 – Gesteentemagnetisme en (paleo)intensiteit van het veld 8,9 – Capita Selecta 10 – Gastlezing & bezoek Fort Hoofddijk De Verborgen Attractie van de Aarde De Verborgen Attractie van de Aarde Opzet van de cursus Stratigrafie Nicolaus Steno (1638-1686): Wet van superpositie Principe van horizontaal in origine Wet van laterale continuïteit 1 - Magnetisme & Aardmagneetveld 2 – Het Aardmagneetveld in het verleden 3 – Drift der Continenten en Plaattektoniek (4 – toepassingen) 5 – Omkeringen van het Aardmagneetveld (6 - toepassingen) 7 – Gesteentemagnetisme en (paleo)intensiteit van het veld 8 – Gastlezing & bezoek Fort Hoofddijk Stratigrafie Nicolaus Steno (1638-1686): Wet van superpositie Principe van horizontaal in origine Wet van laterale continuïteit James Hutton (1726-1797): Uniformitarianisme Uniformitarianism is the principle or assumption that the same natural laws and processes that operate in the universe now have always operated in the universe in the past and apply everywhere in the universe: ‘the present is the key to the past’ Stratigrafie Nicolaus Steno (1638-1686): Wet van superpositie Principe van horizontaal in origine Wet van laterale continuïteit James Hutton (1726-1797): Uniformitarianisme William Smith (1769-1831): Eerste geologische kaart van Engeland Gidsfossiel 1 Stratigrafie Stratigrafie George Cuvier (1769-1832) Methodes & Technieken Taxonomie Uitsterven van soorten - Lithostratigrafie – gesteente opeenvolgingen – Biostratigrafie – (gids)fossielen en hun evolutie – Magnetostratigrafie – omkeringen van het aardmagneetveld Charles Darwin (1809-1882) - Chemostratigrafie – kenmerkende chemische eigenschappen On the origin of species - Tectonostratigrafie – effecten van tektoniek – Cyclostratigrafie – herkennen Milankovitch cycli Ernest Rutherford (1871-1931) Absoluut dateren dmv. radiometrische technieken + absoluut dateren chronostratigrafie Integrated Stratigraphy Omkeringen van het aardmagneetveld Biostratigrafie: first-order chronology taxonomie, reworking, diachroniteit ouderdom redelijk bekend vanaf Cambrium (500 Ma) Magnetostratigrafie: globally synchronous barcode primair vs. secondair signaal (overprint), correlatie, hiaten ? sequentie goed bekend voor laatste 200 Myr Cyclostratigrafie: fine-tuning and astronomical dating herkenning cycli, fase relaties, correlatie ouderdom t/m astronomical solutions (< 40 Ma) Het aardmagneetveld keert op onregelmatige tijden om De meest karakteristieke eigenschap van de geodynamo … op onregelmatige tijden: maar wanneer dan ? Oorsprong van omkeringen Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS) Mantle Convection time scale ~100 Myr Reversal frequency, superchrons Liquid outer core Convection time scale 300-500 yr Geodynamo action: Secular variation, excursions, reversals Solid inner core Constructie van de GPTS Hoe weten we het patroon en de ouderdommen van omkeringen ? Omkeringen magneetveld in lavas Brunhes (1906) - Matuyama (1921) Brunhes = present normal polarity chron Matuyama = last reversed polarity chron Diffusion time scale 3-5 kyr Stabilises geodynamo process Kuang & Bloxham, 1997 2 Constructie GPTS – dateren lavas Constructie GPTS – dateren lavas - Absolute dating by isotopic techniques in 1960s (eg. K/Ar) (Cox et al., 1964) 13 Marine magnetic anomalies Marine magnetic anomalies Constructie GPTS Combineer: - Radiometrische dateringen van lavas (K/Ar) - Patroon van marine magnetische anomalieën Pitman and Heirtzler, 1966 Eerste versie: - Calibratiepunt (3.4 Ma) + extrapolatie op basis van constante spreiding • Assuming constant seafloor spreading rate Heirtzler et al. (1968) 3 Marine Magnetic Anomalies vs. Deep Sea Cores Constructie GPTS Redelijk bevestigd door: deep-sea core drilling plus biostratigrafie Opdyke et al. (1966) Constructie GPTS Constructie GPTS A new geomagnetic polarity time scale for the late Cretaceous and Cenozoic (Cande & Kent, 1992) Volledige revisie MMA van alle oceanen 9 calibratiepunten interpolatie Constructie GPTS Steeds betere tuning Constructie GPTS Oudste sea-floor korst ~160 Ma … maar het kan altijd nòg beter Dankzij astronomical tuning ! 4 Beyond the oldest sea-floor … Constructie GPTS … en dan nòg ouder Magnetostratigrafie Nomenclatuur C11n.1n C11n.1r C11n.2n Methode (piece of cake …) 1. Vind een mooie sectie 2. Boor en orienteer monsters 3. Meet de richtingen in het lab 4. Corrigeer voor laagstand 5. Gebruik de richtingen om C18n.1r polariteit te bepalen 6. Correleer het patroon naar GPTS C18r C-numbering nomenclature commonly used Magnetostratigrafie Streepjescode kan unieke correlatie geven ‐ maar is essentieel binair ‐ èn kan vervormd worden Problemen te over … ‐ correlatie uniek ? ‐ primair signaal of overprint ? ‐ resolution hoog genoeg ? ‐ etcetera …. Magnetostratigrafie Magnetostratigrafisch dateren vereist een uniek patroon ? 5 Correlatie Correlatie Sedimentatiesnelheid onbekend of variabel Afhankelijk van kwaliteit GPTS Duur zones ? Hiaten ? Verschillende methodes moeten overeenkomen (Li et al., 2009) Voorbeeld: Betische Corridor Present Voorbeeld Verschillende methodes Late Miocene kwamen niet overeen in 1998 Magneto age: 7.6 ± 0.1 Ma Garces et al. (1998) Verschillende methodes kwamen wèl overeen in 2001 Garces et al. (2001) Krijgsman (2002) and Van Assen et al. (2006) Voorbeeld … again K/Ar age: 6.16 ± 0.30 Ma Magneto age: 7.6 ± 0.1 Ma K/Ar age: 6.16 ± 0.30 Ma Radiometrisch dateren (K/Ar) Problemen: ‐ Bepalen fout in de meting ‐ Nauwkeurigheid vervalsconstante ‐ Verlies van Ar (gas) bij 150 °C Absolute methode Dus òf goed òf jonger (zoals in voorbeeld) Ar/Ar age: 7.71 ± 0.11 Ma 6 Radiometrisch dateren (Ar/Ar) Decay constant Relatieve methode Ar/Ar: mineral dating standard Ar/Ar ratio: mass spectrometer precision depends on e.g. measurement protocol, mass discrimination Kuiper et al., 2008 [ 40 Ar * ] 1 t ln 1 J 39 [ ArK ] λ J is an irradiation parameter and its accuracy depends on an accurately known age of a mineral standard. Astronomical Polarity Time Scale (APTS) Astrochronology: correlation of cyclic variations in the geological record to computed astronomical (age) curves Milankovitch cycles in the Mediterranean Milankovitch cycles Earth’s rotational and orbital motions determine changes in insolation and hence in climate and hence in environment and hence in the geological archive reflected in the sedimentary record Milutin Milankovitch Obliquity from -1200 kyr to -0 kyr (La90) 25 0.05 obliquity eccentric ity Precess ion - Eccentricity -1200 to 0 kyr (La90) precession / eccentricity Eccentricity from -1200 kyr to -0 kyr (La90) 0.07 0.06 0.04 0.03 0.02 0.01 24.5 24 23.5 23 22.5 22 21.5 0 0 200 400 600 Age (in kyr) 800 1000 1200 0 200 400 600 Age (in kyr) 800 1000 1200 (1879-1954) 0.08 0.06 0.04 0.02 0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 0 200 400 600 800 1000 1200 Age (in kyr) 7 Cycli & Astrochronologie Integrated stratigraphy: Bio-Magneto-Cyclostratigraphy Problemen: • Herkennen cycli • Fase relatie ? • Correlatie • Astronomisch model Hilgen et al. (2004) Astronomical solutions La93 <> La2004 min max Distance Season 8 Precession Today December: closest to Sun warm N-hemisphere winter hot S-hemisphere summer June: furthest from Sun cool N-hemisphere summer cold S-hemisphere winter Obliquity effect on ∆tmax Precession ~11 kyr ago June: closest to Sun hot N-hemisphere summer warm S-hemisphere winter Tilt Season December: furthest from Sun cold N-hemisphere winter cool S-hemisphere summer Seasonal Contrast between N and S Hemispheres Sicily … Small seasonal contrast Large seasonal contrast Distance Season Tilt Season 9 Sapropel Formation Insolation minimum = ARID Sapropel-marl cycles of late Miocene age Insolation maximum = HUMID (Gibliscemi section, Sicily, Italy) 400-kyr Eccentricity minimum Obliquity min max 100-kyr Eccentricity minimum Insolation maximum Insolation minimum 400-kyr Eccentricity minimum 400-kyr Eccentricity minimum Insolation maximum Insolation minimum Insolation minimum Obliquity Insolation maximum Carbonate cycles of early Pliocene age (Capo Bianco, Sicily, Italy) Punta di Maiata, Sicily 10 GPTS APTS Miocene APTS Magnetostratigraphy: precise position of each geomagnetic reversal Astrochronologie Laat Mioceen Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS): based on sea-floor magnetic anomaly patterns, ages interpolated between (few) Secties op Kreta en Sicilië: ‘bed-to-bed’ correlatie calibration points Astronomically tuned Polarity Time Scale (APTS): accurate Hilgen, Krijgsman, Langereis et al. (1995) age of each individual reversal Hilgen, Langereis et al. Insolation maximum Insolation minimum Punta di Maiata, Sicily Lignite-marl cycles, Pliocene, Ptolemais section, Greece 40Ar/39Ar vs. astrochronology 6.94 Ma Fan-a1, Crete Miocene, marine 2: 0.01 Ma; N = 44 3 different irradiations 6.65 6.75 6.85 6.95 Age (Ma) 7.05 7.15 Kuiper et al., 2003 11 Ar/Ar: mineral dating standard Intercalibration Isotopic ages and astronomical ages Kuiper et al., 2008 Morocco Cyclostratigraphy Ar/Ar ages of ash layers Spain Cyclostratigraphy Astronomical calibration Kuiper et al., 2008 Ar/Ar: mineral dating standard Magnetostratigrafie Kuiper et al. (2008), Science: 438 citaties Magnetostratigrafie Van Waterschoot van der Gracht (1873-1948) Penning - 2014 12
