ppt

De Verborgen Attractie van de Aarde
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
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 – Gastlezing &
bezoek Fort Hoofddijk
Stratigrafie
Nicolaus Steno (1638-1686):
Wet van superpositie
Principe van horizontaal in origine
Wet van laterale continuïteit
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
Stratigrafie
George Cuvier (1769-1832)
Taxonomie
Uitsterven van soorten
Charles Darwin (1809-1882)
On the origin of species
Ernest Rutherford (1871-1931)
Absoluut dateren dmv.
radiometrische technieken
Stratigrafie
Methodes & Technieken
- Lithostratigrafie – gesteente opeenvolgingen
– Biostratigrafie – (gids)fossielen en hun evolutie
– Magnetostratigrafie – omkeringen van het aardmagneetveld
- Chemostratigrafie – kenmerkende chemische eigenschappen
- Tectonostratigrafie – effecten van tektoniek
– Cyclostratigrafie – herkennen Milankovitch cycli
+ absoluut dateren
 chronostratigrafie
Integrated Stratigraphy
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)
Omkeringen van het aardmagneetveld
Het aardmagneetveld keert op onregelmatige tijden om
De meest karakteristieke eigenschap van de geodynamo
… op onregelmatige tijden:
maar wanneer dan ?
Oorsprong van
omkeringen
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
Diffusion time scale 3-5 kyr
Stabilises geodynamo process
Kuang & Bloxham, 1997
Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS)
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
Constructie GPTS – dateren lavas
- Absolute dating by isotopic techniques in 1960s (eg. K/Ar)
(Cox et al., 1964)
13
Constructie GPTS – dateren lavas
Marine magnetic anomalies
Marine
magnetic
anomalies
Pitman and Heirtzler, 1966
Constructie GPTS
Combineer:
- Radiometrische dateringen van lavas (K/Ar)
- Patroon van marine magnetische anomalieën
Eerste versie:
- Calibratiepunt (3.4 Ma) + extrapolatie op basis van constante spreiding
• Assuming constant seafloor spreading rate
Heirtzler et al. (1968)
Marine
Magnetic
Anomalies
vs.
Deep
Sea
Cores
Constructie GPTS
Redelijk bevestigd door:
deep-sea core drilling
plus
biostratigrafie
Opdyke et al. (1966)
Constructie GPTS
A new geomagnetic polarity time
scale for the late Cretaceous
and Cenozoic (Cande & Kent, 1992)
Constructie GPTS
Volledige revisie MMA
van alle oceanen
9 calibratiepunten
 interpolatie
Constructie GPTS
Steeds betere tuning
… maar het kan altijd nòg beter
Dankzij astronomical tuning !
Constructie GPTS
Oudste sea-floor korst ~160 Ma
Beyond the oldest
sea-floor …
Constructie GPTS
… en dan nòg ouder
Nomenclatuur
C11n.1n
C11n.1r
C11n.2n
C18n.1r
C18r
C-numbering nomenclature commonly used
Magnetostratigrafie
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
polariteit te bepalen
6. Correleer het patroon naar GPTS
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
?
Correlatie
Sedimentatiesnelheid
onbekend of variabel
Duur zones ?
Hiaten ?
(Li et al., 2009)
Correlatie
Afhankelijk van kwaliteit GPTS
Verschillende methodes moeten
overeenkomen
Voorbeeld: Betische Corridor
Present
Late Miocene
Krijgsman (2002) and Van Assen et al. (2006)
Voorbeeld
Verschillende methodes
kwamen niet overeen in 1998
Magneto age:
7.6 ± 0.1 Ma
K/Ar age:
6.16 ± 0.30
Ma
Garces et al.
(1998)
Verschillende methodes
kwamen wèl overeen in 2001
Garces et al. (2001)
Voorbeeld … again
K/Ar age:
6.16 ± 0.30
Ma
Magneto age:
7.6 ± 0.1 Ma
Ar/Ar age:
7.71 ± 0.11
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)
Radiometrisch dateren (Ar/Ar)
Ar/Ar ratio: mass spectrometer
precision depends on e.g.
measurement protocol, mass
discrimination
Decay constant
Relatieve methode
1 
[ Ar ] 

t  ln 1  J 39
λ 
[ ArK ] 
40
*
J is an irradiation parameter and its accuracy depends on
an accurately known age of a mineral standard.
Ar/Ar: mineral dating standard
Kuiper et al., 2008
Astronomical Polarity Time Scale (APTS)
Astrochronology: correlation of cyclic
variations in the geological record to
computed astronomical (age) curves
Milankovitch cycles
obliquity
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
precession / eccentricity
0.06
eccentricity
Precession - Eccentricity -1200 to 0 kyr (La90)
Obliquity from -1200 kyr to -0 kyr (La90)
Eccentricity from -1200 kyr to -0 kyr (La90)
0.07
25
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
0.08
0.06
0.04
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-0.08
0
200
400
600
Age (in kyr)
800
1000
1200
Milankovitch cycles in the Mediterranean
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
(1879-1954)
Cycli & Astrochronologie
Problemen:
• Herkennen cycli
• Fase relatie ?
• Correlatie
• Astronomisch model
Integrated stratigraphy:
Bio-Magneto-Cyclostratigraphy
Hilgen et al. (2004)
min
max
Astronomical solutions
La93 <> La2004
Distance Season
Obliquity effect on Δtmax
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
Precession
~11 kyr ago
June: closest to Sun
hot N-hemisphere summer
warm S-hemisphere winter
December: furthest from Sun
cold N-hemisphere winter
cool S-hemisphere summer
Tilt Season
Seasonal Contrast between N and S Hemispheres
Small seasonal
contrast
Large seasonal
contrast
Distance Season Tilt Season
Sicily …
Sapropel-marl cycles of late Miocene age
(Gibliscemi section, Sicily, Italy)
Sapropel Formation
Insolation minimum = ARID
Insolation maximum = HUMID
min
max
400-kyr Eccentricity
minimum
Obliquity
100-kyr Eccentricity
minimum
Insolation
maximum
Insolation
minimum
400-kyr Eccentricity
minimum
Insolation
maximum
Insolation
minimum
Obliquity
Carbonate cycles of early Pliocene age (Capo Bianco, Sicily, Italy)
400-kyr Eccentricity
minimum
Insolation
minimum
Insolation
maximum
Punta di Maiata, Sicily
GPTS APTS
Magnetostratigraphy: precise
position of each geomagnetic
reversal
Geomagnetic Polarity Time
Scale (GPTS): based on sea-floor
magnetic anomaly patterns, ages
interpolated between (few)
calibration points
Astronomically tuned Polarity
Time Scale (APTS): accurate
age of each individual reversal
Hilgen, Langereis et al.
Miocene
APTS
Astrochronologie
Laat Mioceen
Secties op Kreta en
Sicilië: ‘bed-to-bed’
correlatie
Hilgen, Krijgsman,
Langereis et al.
(1995)
Punta di Maiata, Sicily
Insolation
maximum
Insolation
minimum
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
Intercalibration
Isotopic ages and
astronomical ages
Morocco
Cyclostratigraphy
Ar/Ar ages of ash layers
Spain
Cyclostratigraphy
Astronomical calibration
Kuiper et al., 2008
Ar/Ar: mineral dating standard
Kuiper et al., 2008
Ar/Ar: mineral dating standard
Kuiper et al. (2008), Science: 438 citaties
Magnetostratigrafie
Magnetostratigrafie
Van Waterschoot van der Gracht
(1873-1948) Penning - 2014