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 – Omkeringen van het Aardmagneetveld & Magnetostratigrafie 5 – Gesteentemagnetisme en (paleo)intensiteit van het veld 6 – Gastlezing & bezoek Fort Hoofddijk De Verborgen Attractie van de Aarde

Nicolaus Steno ( ): Wet van superpositie Principe van horizontaal in origine Wet van laterale continuïteit Stratigrafie James Hutton ( ): Uniformitarianisme William Smith ( ): Eerste geologische kaart van Engeland Gidsfossiel

George Cuvier ( ) Taxonomie Uitsterven van soorten Charles Darwin ( ) On the origin of species Ernest Rutherford ( ) 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 Stratigrafie

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) Integrated Stratigraphy

Omkeringen van het aardmagneetveld Het aardmagneetveld keert op onregelmatige tijden om De meest karakteristieke eigenschap van de geodynamo … op onregelmatige tijden: maar wanneer dan ?

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 Geomagnetic Polarity Time Scale (GPTS)

-Absolute dating by isotopic techniques in 1960s (eg. K/Ar) 10 (Cox et al., 1964) Constructie GPTS – dateren lavas

Marine magnetic anomalies

Pitman and Heirtzler, 1966

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) Constructie GPTS

Marine Magnetic Anomalies Deep Sea Cores vs.

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

9 calibratiepunten  interpolatie Constructie GPTS Volledige revisie MMA van alle oceanen

Steeds betere tuning … maar het kan altijd nòg beter Dankzij astronomical tuning ! Constructie GPTS

Oudste sea-floor korst ~160 Ma Constructie GPTS

Beyond the oldest sea-floor …

… en dan nòg ouder Constructie GPTS

C18n.1r C18r C11n.2n C11n.1r C11n.1n C-numbering nomenclature commonly used Nomenclatuur

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

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 ? Magnetostratigrafie

(Li et al., 2009) Sedimentatiesnelheid onbekend of variabel Duur zones ? Hiaten ? Correlatie

Afhankelijk van kwaliteit GPTS Verschillende methodes moeten overeenkomen Correlatie

Present Late Miocene Krijgsman (2002) and Van Assen et al. (2006) Voorbeeld: Betische Corridor

Verschillende methodes kwamen niet overeen in 1998 Garces et al. (1998) K/Ar age: 6.16 ± 0.30 Ma Magneto age: 7.6 ± 0.1 Ma Voorbeeld

Garces et al. (2001) Magneto age: 7.6 ± 0.1 Ma Ar/Ar age: 7.71 ± 0.11 Ma K/Ar age: 6.16 ± 0.30 Ma Voorbeeld … again Verschillende methodes kwamen wèl overeen in 2001

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 (K/Ar)

Ar/Ar ratio: mass spectrometer precision depends on e.g. measurement protocol, mass discrimination J is an irradiation parameter and its accuracy depends on an accurately known age of a mineral standard. Decay constant Radiometrisch dateren (Ar/Ar) Relatieve methode

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 foutje

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 Milankovitch cycles Milankovitch cycles in the Mediterranean

Distance Season

Obliquity effect on Δ t max

Precession Today December: closest to Sun warmN-hemisphere winter hotS-hemisphere summer June: furthest from Sun coolN-hemisphere summer coldS-hemisphere winter

Precession ~11 kyr ago December: furthest from Sun coldN-hemisphere winter coolS-hemisphere summer June: closest to Sun hot N-hemisphere summer warmS-hemisphere winter

Tilt Season

Seasonal Contrast between N and S Hemispheres Distance SeasonTilt Season Large seasonal contrast Small seasonal contrast

Sicily …

Sapropel-marl cycles of late Miocene age (Gibliscemi section, Sicily, Italy)

Sapropel Formation Insolation minimum = ARID Insolation maximum = HUMID

max min Computed astronomical solutions

Insolation maximum Insolation minimum Obliquity 400-kyr Eccentricity minimum 100-kyr Eccentricity minimum

Insolation maximum 400-kyr Eccentricity minimum Insolation minimum Obliquity Carbonate cycles of early Pliocene age (Capo Bianco, Sicily, Italy)

Punta di Maiata, Sicily 400-kyr Eccentricity minimum Insolation maximum Insolation minimum

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

Punta di Maiata, Sicily

Lignite-marl cycles, Pliocene, Ptolemais section, Greece Insolation maximum Insolation minimum

40 Ar/ 39 Ar vs. astronomical ages Fan-a1, Crete Miocene, marine 2  : 0.01 Ma; N = 44 3 different irradiations Age (Ma) 6.94 Ma 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