Klimaatreconstructie + Dateringsmethoden (NLT, 5-VWO) door: Hans Mesman Kandinsky College Nijmegen

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Klimaatfactoren: Temperatuur Neerslag Wind- en zeestromingen Samenstelling van de atmosfeer Plaats op aarde (land- / zee- / bergklimaat etc.) Vulkaanuitbarstingen / meteorietinslag Verschuiving van de continenten Stralingsintensiteit van zonlicht op aarde (intensiteit van de zon zelf + Milanković cycli) Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Meetinstrumenten: Thermometer (ca. 1650 / It) Pluviometer (regenmeter, ca. 500 BC / Gr) Anemometer (windsnelheidsmeter, ca. 1450 / It) Barometer (luchtdrukmeter, 1643 / It) Hygrometer (luchtvochtigheidsmeter, ca. 1400 / It) Allerlei apparatuur in satellieten (remote sensing) Temperatuurstijging wereldwijd gem. ± 0,6 °C (vanaf Industriële Revolutie, ca. 1850, UK) Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatgegevens vóór bestaan van meetinstrumenten: * Historische bronnen (0 - ca. 4000 yr BP): journaals van dijkgraven logboeken zeevaart / binnenvaart handelsregisters / kasboeken / landbouwverslagen dagboeken / brieven * Proxy-data = indirecte gegevens (0 – ca. 5·109 yr BP): bomen pollen boorkernen (oceaanbodem en landijs) grondlagen Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatreconstructie (paleoklimatologie) N.B. Klimaat ≠ het weer !! Weer = meteorologische omstandigheden op één bepaalde plaats én tijd Klimaat = gemiddelde van het weer over een (zeer) lange periode én over een (zeer) groot gebied Bron: http://www.globalwarmingart.com/wiki/File:2000_Year_Temperature_Comparison_png Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Dendrochronologie: Andrew Douglas (USA, 1937) * Jaarringen van bepaalde bomen in gematigde zones (vooral eik, douglasspar, sequoia) * Lente en begin zomer: snelle groei, dus dikke jaarring * Herfst en winter: geen groei, dus dunne jaarring De dikte van elke jaarring is afhankelijk van o.a.: - temperatuur - neerslag - bodem (voedingsstoffen, pH etc.) - hoeveelheid zonlicht - CO2 –gehalte in atmosfeer - Bron: http://dendroglossary.wetpaint.com/page/Introduction+to+Dendrology Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Dendrochronologie: Jaarringen geven dus informatie over de leeftijd van een boom én over de weersomstandigheden tijdens zijn leven. Chronologische reeks = cross-dating van jaarringen: (0 – ca. 12.000 yr BP in Centraal Europa) Levende bomen (soms zelf ca. 4000 yr oud) Dode bomen (nog staande) Hout dat is verwerkt in huizen / archeologische vondsten Monsterneming met holle boor Overlappatroon van jaarringen in een bepaald gebied geeft verlenging van de chronologische reeks, dus ook informatie over het toenmalige klimaat!! Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Dendrochronology Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Dendroklimatologie: Variation of tree ring width translated into summer temperature anomalies (deviations from normal) for the past 7000 years, based on samples from holocene deposits on Yamal Peninsula and Siberian now living conifers. Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Dendroclimatology Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Pollen (ca. 25 ky): Lennart von Post (S, 1916) Stuifmeel van planten/bomen Komen zeer veel voor (in bodem en in landijs) Blijven zeer lang goed bewaard Karakteristieke vorm per soort plant of boom (en elk soort heeft zijn eigen klimaatoptimum) Zonnebloem Wilgenroosje Boorkernen met pollen vormen dus een soort klimaatkalender!! (zoals temperatuur en neerslag) N.B. Alleen nog maar bepalen hoe oud die pollen zijn... Bron: http://nl.wikipedia.org/wiki/Pollen Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Foraminiferen (ca. 650 My): (plankton met kalkskelet) Komen zeer veel voor (in zeebodem én in aardlagen!) Fossiliseren zeer goed Isotopenverhouding 16O : 18O in kalkskelet (Ca2+CO32−) is een maat voor de temperatuur van het toenmalige oceaanwater!! Uitleg: H2O met 16O verdampt gemakkelijker dan met 18O ⟹ bij lagere T dus meer H218O in oceaanwater ⟹ meer 18O opgenomen / ingebouwd in kalkskelet ⟹ lagere waarde δ-18O (= verhouding 16O : 18O ) Video Boorkernen met foraminiferen vormen dus een soort temperatuurkalender van het oceaanwater!! N.B. Alleen nog maar bepalen hoe oud die foraminiferen zijn... Bronnen: http://nl.wikipedia.org/wiki/Foraminifera http://www.youtube.com/watch?v=FUTT_6dfBDk&feature=related Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Foraminiferen: (plankton met kalkskelet) The Earth's Glacial Cycles: The last 700,000 years Bronnen: http://coastalchange.ucsd.edu/st4_climatechange/sealevel.html http://coastalchange.ucsd.edu/st4_climatechange/p_glacial.html H2O with the lighter isotope O-16 evaporates more easily and enters the Earth's water cycle to precipitate as rain or snow. When ice sheets expand, they lock up a greater supply of O-16 in glaciers, leaving less in the seawater to be incorporated into shell matter. Therefore, higher proportions of O-18 in foraminifer shells gives a lower value of the O-16 : O-18 ratio (y-axis; Delta O-18), which indicates colder climate conditions. Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

IJskernen: (Groenland / Antarctica, vanaf 1966) Jaarlagen (zichtbaar met blote oog) Hoe dieper, hoe ouder, hoe dichter bij elkaar (microscoop / elektr. geleiding) Ingesloten gassen analyseren (vb. CO2 / CH4) Verhouding H216O : H218O is maat voor temperatuur: Uitleg: H2O met 16O verdampt gemakkelijker dan met 18O ⟹ bij lage T dus meer H216O in atmosfeer ⟹ meer 16O in regen/sneeuw/ijs ⟹ hogere waarde δ-18O (= verhouding 16O : 18O ) N.B. De waarde δ-18O in landijs is tegengesteld aan die in oceaanbodem !! Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) IJskernen: Boorkernen van landijs vormen dus een soort temperatuurkalender van het oceaanwater!! - Groenland (2003): 3085 m diep ≡ ca. 123.000 yr BP - Antarctica (2004): 3270 m diep ≡ ca. 740.000 yr BP * Zure ijslagen zijn indicatie voor vulkanische uitbarsting. Bron: http://en.wikipedia.org/wiki/Greenland_Ice_Sheet_Project Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Bronnen: Petit, J.R. et al, Nature V 399, 429-436, June 1999 http://en.wikipedia.org/wiki/Paleoclimatology Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Dateringsmethoden Jaarringen van bomen: terugtellen vanaf heden Bodemlagen / sedimenten / ijskernen: - terugtellen vanaf heden (Gerard de Geer, S, 1912) N.B. Alleen als er jaarlijks een nieuwe laag bovenop is gekomen!! * Radiometrie Bron: http://www.geo.arizona.edu/Antevs/degeer.html Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Radiometrie: Gebaseerd op radioactief verval van bepaalde elementen A: 14C -datering (bij organismen) B: 40K 40Ar-datering (bij vulkanisch gesteente) C: U-reeks datering (in allerlei gesteentes) Bepaling van het isotopen-gehalte in een monster: - Geiger teller meet hoeveelheid radioactiviteit - Massaspectrometer meet atoommassa’s Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

14C -datering: Willard Libby (USA, 1949) Bruikbaar van 0 – ca. 60.000 yr BP Element koolstof komt in natuur voor als 12C, 13C en 14C (verhouding 12C : 13C : 14C = 98,9 : 1,1 : 10−12 !) * Alleen 14C is radioactief Gehalte van 14C in levende organismen is constant! Ná de dood vervalt 14C tot 14N + ß-straling, dus steeds minder 14C in het organisch materiaal aanwezig: - Halveringstijd van 14C ; t½ = 5730 yr (BiNaS TB 25) - Zie ook: http://www.fi.uu.nl/isp/bestanden/website_info_koolstofdatering.pdf Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) 14C -datering: Opgaven (HW): 1. Tijd is 20.000 yr. Bereken % radioactiviteit. 2. Gemeten radioactiviteit is 2,4 %. Bereken de verstreken tijd. 3. Waarom is 14C niet opgeraakt gedurende het bestaan van de aarde? Bron: http://erhs.rcsnc.org/blog/One.aspx?portalId=10883352&pageId=10883359&postId=11478232&portletAction=viewpost Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) 40K 40Ar -datering: (1960’s) * Bruikbaar van ca. 100.000 – 109 yr BP Element kalium komt in natuur voor als 39K, 40K en 41K K zeer veel aanwezig in: mineralen / gesteentes / vulkanisch as Alleen 40K (vóórkomen = ca. 0,01 %) is radioactief: 40K vervalt tot stabiel 40Ca en 40Ar (edelgas!!) - Halveringstijd van 40K ; t½ = 1,28·109 yr (BiNaS TB 25) Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) 40K 40Ar -datering: Het gas 40Argon kan alleen ontsnappen uit gesmolten materiaal, maar NIET uit vaste mineralen/gesteentes/as!! Hoe meer 40Ar aanwezig in vast monster, hoe ouder dat monster dus is. Leeftijd vanaf stollen/kristalliseren is dus te bepalen! 1e monster: 40Ar eruit smelten en dan dit gehalte meten. 2e monster: gehalte 39K meten en daarmee gehalte 40K berekenen (39K : 40K = 93,1 : 0,01 TB 25) Verhouding 40K : 40Ar én de halveringstijd van 40K geeft een maat voor de leeftijd vanaf vorming vaste materie. Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) U-Pb datering: (1950’s) * Bruikbaar van ca. 500 – 500.000 yr BP Element uraan komt in natuur voor als 234U, 235U en 238U U als sporenelement zeer vaak aanwezig in zirkoon (soort zand = mineraal in allerlei gesteentes, zeer goed bestand tegen invloeden zoals hoge temperatuur en chemicaliën) 235U en 238U vervallen in stappen tot stabiel 207Pb resp. 206Pb - Halveringstijd van 235U ; t½ = 4,5·109 yr - Halveringstijd van 238U ; t½ = 7,1·108 yr Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) U-Pb datering: Zuiver zirkoon (ZrSiO4) bevat géén lood 206Pb en 207Pb in gesteentes met zirkonia zijn dus afkomstig van de vervalreeks van verontreinigingen met 238U resp. 235U Verhoudingen 206Pb : 238U én 207Pb : 235U zijn dus beide een maat voor de leeftijd van het zirkoon in het monster (en beide uitkomsten voor de leeftijd moeten dus overeenstemmen!). Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Opgaven (HW): 4. Met 14C –datering kan een monster slechts tot ca. 60.000 jaar terug worden bepaald, met 40K40Ar –datering tot wel 109 jaar terug! Leg uit waarom dat zo is. 5. Met U–Pb datering kan een monster slechts tot ca. 500.000 jaar terug worden bepaald. Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)

Klimaatverandering (NLT, 5-VWO) Samenvatting: * Het klimaat op aarde verandert voortdurend !!!! (opwarmen verloopt altijd sneller dan afkoelen) Klimaatveranderingen hebben allerlei oorzaken !! Vroegere klimaten kunnen worden gereconstrueerd ... !! (met o.a. jaarringen / pollen / foraminiferen / ijskernen) ... Omdat de bijbehorende monsters kunnen worden gedateerd !! (met o.a. tellen van jaarringen/jaarlagen en radiometrie) Klimaatverandering (NLT, 5-VWO)