Utrechtse onderzoeker speurt naar moddervulkanen

Rondneuzen op de zeebodem

Het is dringen in de ”Nautile”. Om met de minionderzeeër naar de zeebodem te reizen, moet de driekoppige bemanning zich in een titaniumbol van 2,10 meter doorsnee persen. Zitten kan niet, dus liggen de piloot en de wetenschapper op hun buik onder in de cabine. De copiloot zit op een stoeltje boven hen. „Erg groot mag je dus niet zijn”, zegt dr. G. J. de Lange, „en ook niet te dik, want dan pas je niet door het toegangsluik.”

Hij mocht als eerste de minionderzeeër in, op weg naar de diepten van de Middellandse Zee. Nederlandse en Franse collega-onderzoekers vergezelden de Utrechtse mariene geochemicus tijdens een expeditie eind vorig jaar. Reisdoel waren moddervulkanen op de zeebodem ten zuiden van het Griekse eiland Kreta.

Als de Nautile afdaalt, wordt het nog krapper in de cabine. Op 4 kilometer diepte is de doorsnee van de capsule nog maar 2 meter, vanwege de druk op de 10 centimeter dikke titaniumwand. Dat merkte de Utrechtse onderzoeker toen hij de afstandsbediening van het fototoestel liet vallen. „Op 500 meter onder de zeespiegel zat het apparaatje klem tussen de wand van de bol en de flexibele ophanging van de apparatuur. Ik kreeg het er nog net tussenuit. Maar op de bodem van de zee paste de afstandsbediening er niet eens meer tussen.”

Titanic
Het zat de wetenschappers in eerste instantie niet mee. Oorspronkelijk zou de expeditie afgelopen zomer vertrekken. De felgele Nautile was echter verhuurd aan documentairemakers die de Titanic wilden filmen. De Lange: „Dat soort commerciële activiteiten levert geld op. De wetenschap moet dan wachten. Dat was voor ons niet zo gunstig. 's Zomers valt er door de weersomstandigheden meestal 1 dag per 3 weken uit, terwijl er 's winters gemiddeld om de dag kan worden gedoken. Achteraf viel het allemaal erg mee, met 4 dagen uitval op 24 duikdagen.” Bij een forse wind met een kracht van meer dan 5 Beaufort wordt de Nautile niet meer in het water gelaten. De kans op ongelukken bij het uitzetten of binnenhalen van de minionderzeeër is dan te groot.

Voordat de Nautile te water gaat, passeert er 3 kwartier voorbereidingstijd. Dan duurt het nog eens driekwart uur voordat de bodem bereikt wordt. De Lange: „In die tijd krijgt de wetenschapper een spoedcursus duikbootbesturing. Want als de piloot en de copiloot onwel worden, moet de onderzoeker het bootje weer naar het wateroppervlak kunnen brengen.” Eenmaal op de bodem is er maximaal 5 uur de tijd om foto- en video-opnames te maken en monsters te verzamelen met de grijparmen.

„Het is daar aardedonker, maar de Nautile heeft sterke schijnwerpers. Door kleine ronde ramen kunnen we de zeebodem in een omtrek van 5 meter zien. Behalve stenen en miljoenen dode schelpen liggen daar soms ook amforen, Griekse vazen. De piloot heeft nog geprobeerd er eentje mee te nemen naar boven, maar de hydraulische grijparmen zijn veel te krachtig. Ze vermorzelden de amfoor.”

Explosief
Doel van de expeditie was onderzoek naar moddervulkanen. Dat zijn vulkanen op de zeebodem waaruit geen lava maar modder, stenen en gas komt. Door de grote kracht kunnen blokken steen van 1 tot 2 meter worden meegesleurd. „Eerder onderzoek met boringen vanaf een schip liet zien dat dit uitstromen sporadisch en explosief zou kunnen zijn, waarbij zelfs brokken steen van 10 meter meekomen. Bij deze expeditie zagen we slechts het langzaam vrijkomen van pekelwater en gas.”

De moddervulkanen ontstaan vaak op een breuk in de aardkorst. Dat is ook het geval ten zuiden van Kreta tot aan de Turkse kust, waar het Afrikaanse continent tegen de aardplaat van Europa 'botst'. Aardgas dat honderden meters diep zit, kan op zo'n breukvlak ontsnappen. Maar zoals veel 'gewone' vulkanen maar zelden een uitbarsting hebben, zo verkeren ook veel moddervulkanen in rusttoestand.

Uit enkele breukjes aan het oppervlak van een moddervulkaan komt langzaam een modderstroompje, stelde de Utrechtse geochemicus vast. In de buurt hiervan troffen de expeditieleden leven in de vorm van kreeften, krabben en vissen aan. Ook zag De Lange helderwitte vlekken op de bodem met daarboven een wolkje fijne draden. De vlekken zijn vermoedelijk bacteriën die leven van methaan, aardgas. Het wolkje bestaat uit draadvormige bacteriën waarvan bekend is dat ze leven van waterstofsulfide, een afvalproduct van de methaanetende bacteriën. Bij de expeditie waren ook Groningse biologen betrokken, die onderzoek deden naar het leven op de zeebodem.

Gasbellen heeft De Lange tot zijn spijt niet uit de kraters op de moddervulkanen omhoog zien borrelen. „Mijn Amsterdamse collega dr. J. Woodside zag die een paar jaar geleden wel met een op afstand bedienbare camera. Maar op precies dezelfde plek konden wij nu niets waarnemen. Dat geeft wel aan dat de moddervulkanen niet altijd dezelfde activiteit hebben.”

Milieuramp
In het gebied –zo'n 150 kilometer ten zuiden van Kreta– liggen duizenden moddervulkanen. Er is al veel onderzoek verricht. Vanaf schepen boorden geologen plastic kokers in de zeebodem en namen op die manier grondmonsters.

Volgens De Lange is het onderzoeksgebied uniek vergeleken met andere plaatsen waar moddervulkanen voorkomen. „De Middellandse Zee is een relatief afgesloten gebied, het zeewater wordt maar heel langzaam 'ververst'. Als er iets misgaat, zoals het ontsnappen van een grote hoeveelheid methaan, heeft dat grote invloed op de kwaliteit van het zeewater. In de oceaan verdunt zo'n gaswolk, maar in de Middellandse Zee komt er een kettingreactie op gang waardoor het water zwavelrijk en zuurstofarm wordt. Dat kan een ware milieuramp veroorzaken voor de bevolking eromheen, zo'n 200 tot 300 miljoen mensen.”

Veel van het methaan –een dertigmaal krachtiger broeikasgas dan kooldioxide– ligt niet opgeslagen in de vorm van gasbellen diep onder de zeebodem, maar als een sneeuwachtige vaste stof dicht onder het bodemoppervlak. Ook naar deze zogenaamde gashydraten was De Lange op zoek.

„Gashydraten zijn methaanmoleculen die 'gevangen' zitten in een kooi van watermoleculen. Dit methaanijs ontstaat bij een lage temperatuur en onder hoge druk, meestal diep onder de zeebodem. In de Middellandse Zee liggen de gashydraten echter vrij dicht onder de bodem, die daar een temperatuur heeft van zo'n 14 graden Celsius. Daarmee zit het methaanijs op het randje van stabiliteit. De bodemtemperatuur hoeft maar een enkele graad te stijgen en de gashydraten 'smelten'. En de laatste 10 jaar neemt de temperatuur langzaam toe. We weten niet of dat komt door menselijk ingrijpen, of dat het een natuurlijk proces is.”

Smelten
Dat de gashydraten langzaam smelten, bewezen monsters van het water net boven de bodem. De concentratie methaan was wel 10.000 tot 1 miljoen keer hoger dan normaal. De aanwezigheid van gashydraten in de bodem toonden de wetenschappers aan door analyse van het water zo'n 20 tot 30 centimeter diep in de bodem. Dit had een veel lager zoutgehalte dan zeewater normaal heeft. Volgens De Lange is dat een aanwijzing dat het zoute water is vermengd met zoet water, „wat alleen maar afkomstig kan zijn van gesmolten methaanijs.”

Het is de Utrechtse onderzoeker „helaas” niet gelukt ook maar een brokje van het bevroren gas op het dek van het moederschip te kunnen krijgen. „Op weg naar het wateroppervlak smelt het methaanijs, doordat de temperatuur toeneemt en de druk daalt. Het zet ook enorm uit, 1 kubieke meter gashydraat is aan het wateroppervlak zo'n 160 kubieke meter gas. Ik had speciale potten willen laten maken om de brokken methaanijs naar boven te kunnen brengen. Helaas waren ze niet op tijd klaar. Met eerdere boringen zijn wel stukjes gashydraat naar het oppervlak gehaald.”

Een van de vragen die de onderzoekers nog willen oplossen, is de herkomst van het methaangas onder de zeebodem. Het kan het afbraakproduct zijn van biologisch materiaal door een gewoon verteringsproces zoals bij aardolie. Een andere mogelijkheid is dat het materiaal bij hoge temperatuur en druk wordt omgezet in methaan. De Lange heeft aanwijzingen dat het laatste het geval is, maar „over een paar jaar weten we meer”, zegt hij. Voorlopig is er genoeg stof voor onderzoek, in de vorm van potjes Middellandse-Zeewater.