Wetenschap aan de onderkant van de aarde

De Zuidpool is een ideaal werkterrein voor onderzoekers. Geologen, biologen, deeltjesfysici, klimatologen - allemaal nemen ze de ontberingen voor lief.

Ik sta op het observatieplatform van het Atmospheric Research Observatory. Op de zuidpool van de aarde. Met een klein glazen flesje in mijn hand. Het is bijna dertig graden onder nul. Er staat een stevige wind - gevoelstemperatuur -40 °C. Ik houd de opening van het flesje in de richting van de wind. Kell Bliss van de Amerikaanse NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) verzegelt het. Ze plakt er een etiket op: 'Cleanest air on Earth'. Ik heb een souvenir van de Zuidpool.


Samen met één collega bemant Bliss het meteorologisch onderzoeksstation de komende tien maanden. Inclusief de zes maanden durende poolnacht, die rond 21 maart begint. Elke dag neemt ze luchtmonsters en verricht ze metingen. Aan ozon, kooldioxide, luchtvervuiling. Die dagelijkse metingen vinden al plaats sinds de jaren zeventig. Juist hier zijn ze waardevol, omdat er op de Zuidpool geen storende invloeden zijn van menselijke activiteit.


Hoe ze het volhoudt? 'Ik ben geen warmweertype. Ik functioneer het beste in de kou, met weinig mensen om me heen.' Pinguïnonderzoeker David Ainley van ecologisch adviesbureau H.T. Harvey & Associates lijkt er net zo over te denken. Al op jonge leeftijd was hij gefascineerd door Antarctica. Hij móést er heen. Dus koos hij voor onderzoek aan de adéliepinguïnkolonies in de McMurdo Sound. Al zeventien jaar brengt hij elke zuidelijke zomer een paar maanden op Antarctica door. Midden tussen de pinguïns.


En zo zijn er meer. Geologen, glaciologen, klimatologen, microbiologen, deeltjesfysici, kosmologen. Lang van huis, bittere kou, primitieve leefomstandigheden, kamperen op de Antarctische ijskap - het is alsof ze de ontberingen opzoeken en koesteren. 'Antarctica gaat in je bloed zitten', zegt science support manager Paul Sullivan van het Amundsen-Scott South Pole Station. 'Daarom komen we steeds weer terug.' Voor survivaltrainingen op het eveneens Amerikaanse McMurdo Station, aan de kust van het bevroren continent; voor veldexpedities, of voor een overwintering op de Zuidpool.


Maar waarom Antarctica? Voor wie onderzoek doet aan het poolijs is dat evident, maar micro-organismen heb je toch overal? Deeltjesfysica kan toch ook bij CERN in Genève? En kun je niet beter - en gerieflijker - sterrenkijken op Hawaii?


Vraag het de onderzoekers, en je krijgt steevast hetzelfde antwoord. Antarctica is bijzonder. Antarctica biedt omstandigheden die je nergens anders aantreft. Het is de unieke combinatie van zuidelijke ligging, ijzige koude, grote hoogte (de zuidpool ligt op 2.835 meter boven zeeniveau), extreme droogte en geïsoleerdheid die het continent tot een soort wetenschappelijk walhalla maakt.


Veteraan

In het vliegtuig van Christchurch naar McMurdo zit ik tegenover glacioloog Peter Clark van Oregon State University. Bijna acht uur lang zitten we, met een kleine veertig medepassagiers, als sardientjes opeengepakt in het vrachtruim van een door propellers aangedreven militaire Hercules LC-130 - er zijn geen reguliere lijnvluchten op Antarctica. Samen met postdoc Shaun Marcott en promovendus Nilo Bill gaat Clark in de Dry Valleys - dicht bij McMurdo - gesteentemonsters nemen van rotsblokken die daar duizenden jaren geleden zijn achtergelaten door slinkende gletsjers. Doel: achterhalen hoe dik de Antarctische ijskap tijdens de laatste IJstijd was, en hoe snel hij smolt.


Wie er ook bij is: Antarctica-veteraan Mark Kurz van het Woods Hole Oceanographic Institution. Die deed dit soort metingen eind jaren tachtig voor het eerst. 'Zodra een rotsblok niet langer door ijs is bedekt, begint de kosmische straling zijn werk te doen', legt hij uit. 'Het gehalte aan nieuw gevormde isotopen, zoals beryllium-10 en helium-3, vertelt je wanneer de gletsjer zich terugtrok. Het gaat om precisiemetingen, maar de technieken zijn tegenwoordig veel nauwkeuriger dan vijfentwintig jaar geleden.'


In de eetzaal van 'McTown', zoals McMurdo Station wel wordt genoemd, kom ik de vier onderzoekers nog regelmatig tegen. Het veldwerk wordt nauwgezet voorbereid, en ze moeten ook eerst nog op trainingskamp, voordat ze door een helikopter afgezet worden in de Dry Valleys. Maar het is alle moeite beslist waard, zegt Clark. 'Onze resultaten zijn ook van belang om de toekomstige effecten van de opwarming van de aarde beter te kunnen voorspellen.'


McMurdo is een rommelig samenraapsel van laboratoria, loodsen, barakken en opslagtanks. Heftrucks, sneeuwschuivers en fourwheeldrive-trucks op rupsbanden rijden af en aan. Het Amerikaanse station werd eind jaren vijftig gebouwd; uit die periode dateert ook de Chapel of the Snows - een kerkje waarvan het gebrandschilderde raam uitzicht biedt op Mount Discovery. 's Zomers wonen en werken hier een kleine duizend mensen: onderzoekers, technici, koks, chauffeurs, loodgieters, een kapper - McMurdo is een compleet dorp.


De grootste gebouwen staan echter een paar kilometer buiten McTown. Het zijn de twee assemblagehallen van de Long Duration Balloon Facility (LDB). Even hoog als een huis van vier verdiepingen. 'Het zijn de grootste gebouwen ter wereld op ski's', zegt LDB camp manager Scott Battaion trots. Aan het eind van elk zomerseizoen wordt het hele LDB-kamp weggesleept en opgeslagen.


In de ene hal werkt Mark Devlin van de Pennsylvania State University met zijn studenten aan de BLAST-telescoop; in de andere hal is Shaul Hanany van de Universiteit van Minnesota druk in de weer met zijn EBEX-experiment. Beide waarnemingsinstrumenten zijn als het goed is de afgelopen dagen 'gelanceerd', onder een gigantische heliumballon. Vanaf ruim 35 kilometer hoogte doen ze twee weken lang onafgebroken metingen aan stervormingsgebieden in het Melkwegstelsel (BLAST) en aan de kosmische achtergrondstraling - de zwakke, afgekoelde 'echo' van de oerknal (EBEX).


'Zulke lange vluchten zijn alleen vanaf Antarctica mogelijk', zegt Devlin, 'omdat de zon hier 's zomers nooit ondergaat'. Zou dat wel gebeuren, dan zou de ballon afkoelen en dalen. Bijkomend voordeel: ballonexperimenten zijn honderden keren zo goedkoop als satellietlanceringen. En gemakkelijker te herhalen: BLAST maakt dit seizoen zijn vijfde vlucht. Devlin en zijn collega's willen achterhalen welke rol magnetische velden spelen bij de geboorte van sterren.


Buitenaards

Een paar kilometer verderop brengen onderzoekers hun meetapparatuur niet omhoog, maar juist omlaag. Hier vinden testboringen plaats voor het Wissard-project, dat begin 2013 van start moet gaan, een kleine duizend kilometer dichter bij de pool. De dertien tractors waarmee straks de complete installatie over het ijs moet worden gesleept staan al klaar. Het plan is om 800 meter diep te boren, tot in Lake Whillans, een van de honderden ondergrondse meren op Antarctica. Biologen willen weten wat daar leeft; geologen en glaciologen willen de bewegingen van ijs en water in kaart brengen.


De proefboring gaat maar tachtig meter diep, door het Ross-ijsplateau de oceaan in. Zodra de boring is voltooid, staat planeetonderzoekster Britney Schmidt van de Universiteit van Texas in Austin klaar met haar SCINI-duikbootje. 'SCINI gaat foto's maken onder het ijs', vertelt ze enthousiast. 'Op een andere locatie in Antarctica zijn op die manier onbekende anemonen en loempiavormige organismen gevonden.' Voor Schmidt is Antarctica een proeftuin voor de speurtocht naar buitenaards leven. Haar grote droom: een soort SCINI laten afdalen in de subglaciale oceaan van de Jupitermaan Europa. 'Ik zou niet weten waarom daar geen leven voorkomt. En als het er niet is, wil ik begrijpen waarom niet.'


In 1996 werd Antarctica ook al in verband gebracht met buitenaards leven. Een meteoriet die op het zuidpoolijs was gevonden, en die afkomstig was van de planeet Mars, zou volgens NASA-onderzoekers fossiele overblijfselen van micro-organismen bevatten. Van die claim is inmiddels weinig meer over, maar het witte continent blijft nog steeds grossieren in ruimtestenen. Die zijn nergens in zulke hoeveelheden - en zo gemakkelijk - te vinden als hier. Waar het traag stromende zuidpoolijs tegen het Transantarctisch Gebergte botst, worden meteorieten die duizenden jaren geleden zijn gevallen vanzelf omhoog gestuwd. Het Amerikaanse Ansmet-programma (Antarctic Search for Meteorites) heeft er sinds 1976 al vele duizenden gevonden.


Een paar dagen voordat hij met het Ansmet-team het ijs op gaat, spreek ik NASA-astronaut Stan Love. 'De Ansmet-expedities zijn net ruimtereizen', vertelt hij. 'Je zit wekenlang met een heel klein team vrijwel volledig geïsoleerd in een zeer vijandige omgeving. Dat levert allerlei sociale en psychologische spanningen op. Ik denk dat de meteorietenjagers wat van een astronaut kunnen leren.' Andersom kan NASA wat van Ansmet leren, aldus Love. 'Bij een ruimtereis worden de beslissingen op de grond genomen, door Mission Control; bij Ansmet gewoon door de mensen in het veld. Die autonome aanpak is straks ook nodig bij bemande reizen naar Mars.'


Op maandag 10 december vliegen we, opnieuw met een Hercules, naar het Amundsen-Scott South Pole Station. Een donker gebouw op poten, in een onafzienbare, verblindend witte ijsvlakte. Tien jaar is er aan het nieuwe station gebouwd, vanaf eind jaren negentig. Het oude, koepelvormige station raakte steeds verder bedolven onder opgewaaide sneeuw. Het nieuwe station kan eens in de tien jaar in zijn geheel omhooggekrikt worden, zodat het veel langer meekan.


Na een lunch in de studentikoze kantine en een bezoek aan de souvenirwinkel en het postkantoor krijg ik een privérondleiding van station support supervisor Andrea Dixon. Langs de nieuwe energiecentrale, de muziekkamer, de sportzaal en de sauna. 'Maar het mooiste van het nieuwe station is dat iedereen een eigen kamer heeft', zegt ze. 'Zes vierkante meter is misschien niet veel, maar het voelt toch als een geweldige luxe.'


Buiten moeten er natuurlijk foto's worden gemaakt bij de 'ceremoniële pool': een glimmende bol op een rood-wit gestreepte zuil, omringd door wapperende vlaggen. Maar de échte geografische zuidpool bevindt zich enkele tientallen meters verderop. Het onopvallende paaltje moet elk jaar een meter of tien verplaatst worden, vanwege de beweging van de ijskap. Ik loop er omheen, reis in een paar seconden door 24 tijdzones, en realiseer me dat hier altijd een noordenwind waait, uit welke richting hij ook komt.


Oerknal

De grootste telescoop op de zuidpool - toepasselijk de South Pole Telescope geheten - weegt 300 ton en heeft een middellijn van tien meter. Hij doet onderzoek aan de kosmische achtergrondstraling. Kosmologen hopen op die manier meer te weten te komen over de oerknal waarmee het heelal een kleine 14 miljard jaar geleden begon. 'Het gaat om microgolfstraling met een golflengte in de orde van een paar millimeter', zegt onderzoeker Bradford Benson van de Universiteit van Chicago. 'Die wordt geabsorbeerd door waterdamp in de atmosfeer van de aarde. Daarom is de Zuidpool zo'n goede plek: nergens is de lucht zo droog als hier, en bovendien zitten we op bijna drie kilometer boven zeeniveau.'


De telescoop werd in 2006 gebouwd en ondergaat een upgrade, zodat hij ook polarisatiemetingen kan verrichten. Die zijn nodig om de zogeheten inflatiehypothese te testen. Volgens die dertig jaar oude theorie onderging het heelal in de eerste minieme fractie van een seconde na het ontstaan een periode van exponentiële uitdijing (inflatie). De bevestiging van de inflatiehypothese levert ongetwijfeld een Nobelprijs op, maar of de South Pole Telescope met die eer gaat strijken valt nog te bezien. Andere experimenten, waaronder Shaul Hanany's EBEX-project, maken jacht op dezelfde polarisatiepatronen.


Direct naast de South Pole Telescope staat het IceCube Laboratory, waar de meetgegevens worden verzameld en verwerkt van het grootste observatorium ter wereld, met een volume van een kubieke kilometer. Er is niets van te zien, want de ruim vijfduizend IceCube-detectoren bevinden zich op grote diepte in het poolijs. 'IceCube is het grootste onzichtbare bouwwerk op aarde', schijnt projectleider Francis Halzen van de Universiteit van Wisconsin in Madison ooit gezegd te hebben. Overigens is het bovengrondse IceCube Laboratory, met zijn gigantische serverpark en kabelnetwerk ook al best indrukwekkend.


IceCube maakt jacht op kosmische neutrino's - spookdeeltjes die in onvoorstelbare hoeveelheden met bijna de lichtsnelheid door het heelal racen, maar die nauwelijks interactie vertonen met gewone deeltjes. Het zuivere, transparante poolijs blijkt een uitstekende neutrinodetector te zijn: héél af en toe botst een neutrino met een atoomkern in het ijs, met de productie van een kortlevend muon als gevolg. Het minieme lichtflitsje dat daarbij ontstaat, wordt geregistreerd door de 5.160 detectoren die op een diepte van een paar kilometer in het ijs zijn vastgevroren. Dat gebeurde door 86 lange kabels, met om de 70 meter een detector, neer te laten in 86 boorgaten van 2,5 kilometer diep - een deel van de IceCube-boorinstallatie wordt binnenkort voor het Wissard-project gebruikt.


IceCube is al bijna twee jaar op volle sterkte, vertelt elektrotechnicus Perry Sandstrom. Dat de voorspelde kosmische bronnen van energierijke neutrino's tot nu toe nog niet zijn gevonden, lijkt hem geen zorgen te baren. 'Dit is een ontdekkingsmachine. Je weet gewoon niet wat je moet verwachten en wat je gaat vinden.'


Vanaf de bovenverdieping van het IceCube Laboratory kijk ik uit over honderden vierkante kilometers koude, witte leegte. Voorbij de horizon strekt de ijskap zich nog eens een paar duizend kilometer uit naar het noorden - altijd naar het noorden. Ik probeer me voor te stellen hoe Roald Amundsen en Robert Scott hier iets meer dan honderd jaar geleden als eersten de Zuidpool bereikten - te voet, met sledes. Het lukt me niet echt.


Een eeuw na die historische wedloop om de Zuidpool (die Scott en zijn expeditieleden niet overleefden) zijn wetenschappers de nieuwe ontdekkingsreizigers op het bevroren continent. De grenzen zijn verlegd naar boven en naar beneden; vooruit en achteruit in de tijd, van de oorsprong van het heelal tot de toekomst van het klimaat, van micro-organismen onder het ijs tot sporenelementen in de dampkring. Antarctica heeft niets van zijn avontuurlijke karakter verloren.


Govert Schilling bezocht McMurdo Station en het Amundsen-Scott South Pole Station van 7 tot 13 december op uitnodiging van de Amerikaanse National Science Foundation, die het US Antarctic Program coördineert en financiert.


NIETS VOOR VROUWEN

Natuurlijk: het was de Noor Roald Amundsen die in 1911 als eerste de Zuidpool bereikte. Minder bekend is dat het continent al haast een eeuw eerder was ontdekt, in januari 1820, door de Russen Fabian von Bellingshausen en Mikhail Lazarev. De eerste vrouw zou pas in 1935 voet op het poolijs zetten. Jennie Darlington, die in 1947 met haar collegawetenschapper Edith Ronne overwinterde op Antarctica, noteerde later: 'Alles overwegende, denk ik niet dat vrouwen op Antarctica thuishoren.'

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