Diep in de aarde zijn de monsters ongerept

Een halve eeuw na de eerste poging moet het eindelijk gebeuren. Wetenschappers gaan een gat boren in de aardkorst tot aan de mantel, meer dan 6 kilometer onder de oceaanbodem.

Monsters nemen van de mantel, al vijftig jaar is het de droom van bijna elke aardwetenschapper. De mantel, de 2.900 kilometer dikke, deels stroperige laag waarop de continenten drijven, maakt 80 procent van het volume van de aarde uit. Zij is via de platentektoniek en het vulkanisme de kracht achter veel aardse processen, maar over hoe de mantel zelf in elkaar steekt is nog veel onduidelijk.


Boren naar de mantel, zo'n 10 tot 30 kilometer onder het aardoppervlak, is zoiets als reizen naar de maan, alleen moeilijker. Amerikaanse onderzoekers hebben het in de jaren vijftig en zestig geprobeerd, maar dat legendarische Mohole-project is in 1966 op een diepte van 200 meter onder de zeebodem gestaakt. Het record staat nu op 2.111 meter, gerealiseerd in de oostelijke Pacific.


Binnen tien jaar wordt dit record gebroken, zegt Hans Christian Larsen, vice-president van het International Ocean Discovery Program (IODP). 'Wij willen boren naar 6 tot 7 kilometer diepte, om er ongerepte monsters te kunnen nemen van de mantel. Technisch onderzoek wijst uit dat het mogelijk is.'


De recordpoging is een van de ambitieuze doelstellingen van het nieuwe wetenschapsplan van het IODP, Illuminating Earth's Past, Present, and Future, voor de periode 2013-2023. Het plan werd donderdag in het Amsterdamse Trippenhuis gepresenteerd op een conferentie bij de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen.


Het IODP, voorheen het International Ocean Drilling Program, is een langlopend onderzoeksprogramma waarin 24 landen, waaronder de VS, Japan, Europa en ook Nederland, gezamenlijk investeren in diepteboringen in de oceaanbodem voor geofysisch en klimatologisch onderzoek. Het budget, 200 miljoen dollar per jaar, wordt opgebracht door de wetenschapsorganisaties van de deelnemende landen, en over de beste projectvoorstellen verdeeld.


Het boren gebeurt niet voor niets juist in de oceaanbodem. Daar liggen de antwoorden op vragen over het verleden en de toekomst van de planeet - en zijn ze het makkelijkst toegankelijk. In kilometersdikke sedimentlagen, die een soort archief vormen dat in de vorm van boorkernen naar boven kan worden gehaald en onderzocht. Bovendien is de aardkorst onder de oceanen driemaal zo dun als onder de continenten.


Extreem diep boren

'Makkelijk toegankelijk' is bij wijze van spreken. Want eenvoudig is het natuurlijk niet om op volle zee kilometers diep in de bodem te boren en vervolgens de boorkernen in stukken van 10 meter ongeschonden aan dek te brengen.


Voor dat eigenlijke boorwerk heeft de IODP drie 'platforms' beschikbaar: het Amerikaanse boorschip JOIDES Resolution, het Japanse vaartuig Chikyu, dat extreem diep kan boren, en enkele Europese schepen die geschikt zijn voor ondiepe wateren en polaire condities.


Een belangrijk speerpunt voor de komende tien jaar is klimaatonderzoek, met name de vraag hoe het klimaatsysteem van de aarde reageert op stijgende CO2-niveaus in de atmosfeer, en hoe oceanen en ijskappen reageren op opwarming. De belangrijkste en oudste gegevens over klimaatveranderingen in het verre verleden zijn immers af te lezen uit de in miljoenen jaren opgebouwde afzettingen op de oceaanbodem.


Zo maakten eerdere boringen in het Arctisch gebied duidelijk dat de aarde 53 miljoen jaar geleden een broeikas was met relatief weinig temperatuurverschil tussen tropen en polen. Dat was een enorme verrassing, aldus Jan de Leeuw, oud-directeur van zee-onderzoeksinstituut NIOZ en een van de auteurs van het IODP-plan. 'De beste klimaatwetenschappers ter wereld hebben met hun modellen niet terug kunnen rekenen naar die situatie van 53 miljoen jaar geleden. Er klopt dus iets niet aan de huidige modellen.'


Een ander onderdeel van het IODP-plan is onderzoek naar hoe processen diep in de mantel en de aardkorst het aardoppervlak en de atmosfeer beïnvloeden. Niet alleen door de platentektoniek, maar ook door de circulatie van zeewater en koolstof in de aardkorst, zegt Susan Humphris, geofysica van Woods Hole Oceanographic Institution in de VS en mede-auteur. 'Bij het onder elkaar schuiven van aardplaten wordt bijvoorbeeld veel CO2 opgenomen, dat weer wordt vrijgegeven in de uitstoot van vulkanen en hydrothermale bronnen. We weten ongeveer hoe dit werkt maar kunnen het niet kwantificeren.'


Het IODP richt zich ook op de grenzen van de biosfeer, de mysterieuze gemeenschappen van bacteriën die diep in de aardkorst leven. De recordhouders leven 1.600 meter onder de zeebodem, in waterhoudende rotslagen van 111 miljoen jaar oud. Het is er zo warm, er heerst zo'n hoge druk en er zijn zo weinig nutriënten dat de microben mogelijk maar eens per twee jaar delen.


Zulke extremofiele organismen kunnen ons veel leren over het ontstaan en de uiterste grenzen van het leven. Om ze heelhuids voor laboratoriumonderzoek naar boven te krijgen, zijn al diverse speciale technieken ontwikkeld, zoals high pressure high temperature sampling, waarbij de bacteriën bij dezelfde druk en temperatuur naar boven worden gebracht als waarin ze leven.


Tsunami's

Het laatste onderdeel van het plan richt zich op dynamische processen in de aardkorst op de menselijke tijdschaal, met name aardbevingen en tsunami's. Het plan was onderzoek te doen in een zeegebied ten westen van Japan, maar vanwege de beving van maart dit jaar is het plan snel bijgesteld, zegt De Leeuw.


'We willen nu een expeditie organiseren naar het epicentrum van die beving. En we gaan daarbij boorgaten inzetten als observatiepunten', aldus Humphris. Speciaal ontwikkelde seismische instrumenten zullen 1.200 tot 1.400 meter diep in de zeebodem worden geplaatst. Sommige zullen via glasvezelkabels permanent worden afgelezen, andere zullen worden afgetapt via onbemande duikbootjes en onderwaterrobots.


Nu de wetenschappers klaar zijn met hun plan, moet er geld komen. Larsen gaat ervan uit dat de deelnemende landen over de brug komen, gezien de grote aandacht in het plan voor actuele thema's als klimaatverandering, en voor voorlichting aan het grote publiek (op elke boorexpeditie zal voortaan een filmploeg mee gaan). Maar enige zorg heeft hij wel. Zo is flink meer budget nodig dan nu, zo'n 250 miljoen dollar per jaar, vanwege de gestegen brandstofprijzen. 'Boorschepen slurpen olie.'


Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden