Diep in de zee ligt een schat aan kennis over klimaatverandering. Daarom brengen wetenschappers eindelijk de oceaanbodem in kaart

Tientallen jaren braken wetenschappers hun hoofd over de oorzaak van de smeltende gletsjers op Groenland. Ja, wereldwijd stijgen de temperaturen door klimaatverandering, maar dat verklaart nog niet het schrikbarende tempo waarop de gletsjers aan het verdwijnen zijn.

Beetje bij beetje werd duidelijk dat warm water uit de Atlantische Oceaan een belangrijke boosdoener is. Het klotst langzaam tegen de voet van de gletsjers, die vervolgens als zoet water in de oceaan verdwijnen.

Maar hoe komt dat warme water juist dáár aan de oppervlakte? Het antwoord op die vraag is te vinden op de bodem van de oceaan.

Momenteel is slechts 20 procent van de volledige oceaanbodem van onze planeet in kaart gebracht. Dat betekent: van meer dan de helft van ons aardoppervlak hebben we amper een idee hoe de bodem eruitziet en wat voor dieren er leven.

Wat we wél weten over dit diepste en donkerste deel van onze planeet, laat goed zien welke schatten hier mogelijk nog verborgen liggen.

Zo ligt de hoogste berg op aarde – de 10.203 meter hoge Mauna Kea op Hawaii – voor 80 procent onder water. Er liggen meer grondstoffen op de bodem van de oceaan dan er ooit op het land bestaan hebben. En veel diepzeedieren die wél bekend zijn, kunnen honderden tot duizenden jaren oud worden.

Visualisaties: Leon de Korte (ontwerper bij De Correspondent). Data: GEBCO & Peter Bird

Een kaart van de oceaanbodem kan levens redden

Maar er zijn andere redenen om de oceaanbodem beter te leren kennen. Zo is het cruciaal in onze strijd tegen klimaatverandering.

Dat weet Martin Jakobsson, hoogleraar oceanografie en glaciologie aan de Universiteit van Stockholm, als geen ander. Hij houdt zich al tientallen jaren bezig met het ‘mappen’ van de oceaanbodem rondom Groenland, de Noordpool en het noordelijke deel van de Atlantische Oceaan.

Een gedetailleerdere kaart van de oceaanbodem helpt ook de impact van tsunami’s voorspellen

Het warme water dat hier omhoogkomt, blijkt het directe gevolg van het reliëf van de bodem. Dat bepaalt de richting en snelheid van oceaanstromen, legt Jakobsson uit. Zo spelen oceaanstromen in de noordelijke regionen een bepalende rol in de smeltende ijskap van Groenland. ‘En zonder een kaart van de bodem kunnen we onmogelijk voorspellen hoe groot die warmwaterstromen zijn’, stelt Jakobsson.

Mondjesmaat komen er stukken kaart bij. Zo worden de wiskundige modellen van de smeltende gletsjers steeds gedetailleerder.

Maar een gedetailleerdere kaart van de oceaanbodem helpt ook de impact van tsunami’s voorspellen. Dat zou volgens Jakobsson mensenlevens kunnen redden. ‘Wanneer er een trilling ontstaat op de bodem van de oceaan, verplaatst deze zich in een bepaalde richting, met een bepaalde snelheid.’ Als de bodem vrijwel plat is, verplaatsen vloedgolven zich snel. Een berg kan daarentegen als barrière optreden.

Het in kaart brengen van de oceaanbodem draagt ook bij aan het voorspellen van sedimentaanvoer. Zeestromen vervoeren namelijk constant sediment – een mix van zand, schaaldiertjes en restjes dode dieren – richting de kust. Dat is essentieel voor onze bescherming tegen de stijgende zeespiegel, want sediment vormt onze duinen en stranden. Zonder sediment lopen kustgebieden in no time onder water.

Kortom: hoe sneller we een volledige kaart van de diepzee hebben, hoe beter. Maar hoe breng je dit gigantische, in duisternis gehulde oppervlak in hemelsnaam in beeld?

Uit de serie ‘Autonomous Reef Monitoring Structures’ door Todd R. Forsgren

De meeste topografische technieken werken niet in de oceaan

De Britse geoloog Jamie McMichael-Phillips is een van de drijvende krachten achter deze toekomstige kaart. Als ik hem via Zoom bel, valt mij meteen de gigantische wereldkaart achter hem op. Zwart, met de Grote Oceaan in het midden, en een paar minuscule witte puntjes. ‘Dat zijn de locaties die we in kaart hebben gebracht’, zegt hij.

McMichael-Phillips is directeur van het Seabed 2030 Project, en heeft de ambitie om voor 2030 een kaart van de gehele oceaan te hebben. Samen met een grote groep wetenschappers probeert hij zo veel mogelijk data te verzamelen over het reliëf van de bodem. ‘Er is nog ruim 290 miljoen vierkante kilometer te ontdekken’, zegt hij. Ter vergelijking: het totale aardoppervlak is 510 miljoen vierkante kilometer groot.

Al honderden jaren werken cartografen aan een zo nauwkeurig mogelijke wereldkaart. Waar liggen bergen? Waar woestijnen? Waar de bewoonde gebieden? Halverwege de vorige eeuw kwam er enorme schot in de zaak, toen we de eerste satellieten de ruimte in schoten.

Het grootste deel van de bergketens in de oceaan is nog nooit echt waargenomen

Om het reliëf van het aardoppervlak nauwkeurig te bepalen, vuren satellieten elektromagnetische straling, ofwel lichtgolven, af op de aarde. Vervolgens wordt er gemeten hoelang het duurt voordat de lichtgolven teruggekaatst worden. Aan de hand van die data kun je uitrekenen hoe hoog of laag het oppervlak is.

Helaas werkt deze techniek niet in zee. De elektromagnetische straling komt namelijk niet verder dan tientallen meters onder het wateroppervlak.

Toch zie je, als je naar een willekeurige wereldkaart kijkt, vaak verschillende tinten blauw in de oceaan. Dit zijn bergketens, gebaseerd op voorspellingen van satellieten. Het grootste deel daarvan is nog nooit écht waargenomen.

De meeste apparatuur schiet nog altijd tekort in de diepzee. Een voorbeeld: de gemiddelde diepte van de oceaan is 3,9 kilometer. Op die diepte kunnen de huidige topografische technieken de bodem alleen in kaart brengen met een maximale resolutie van 8 bij 8 kilometer per pixel. Ter vergelijking: dat is een halve pixel voor het centrum van Amsterdam. En 23 pixels voor de gehele provincie Utrecht.

Dat is lang niet genoeg om de oorzaak van smeltende gletsjers of de richting van tsunami’s te voorspellen. Maar er zijn technieken waarmee dit wel kan.

Hoe dieper de oceaan, hoe waziger de kaart

Martin Jakobsson gebruikt voor zijn onderzoek een decennia-oude techniek: sonar. Hiermee wordt de zogeheten bathymetrie – het reliëf van de oceaanbodem – in kaart gebracht.

Sonar bestaat uit geluidsgolven met een wisselende frequentie. Het veroorzaakt een piepend en snerpend geluid, een zogeheten chirp. Dat geluid wordt bijvoorbeeld door schepen gebruikt om te navigeren, of om andere voorwerpen in de oceaan te detecteren.

Dat werkt als volgt: het sonarapparaat zendt een enkele geluidspuls uit. Vervolgens is het wachten totdat het geluid weerkaatst wordt door voorwerpen op de zeebodem, en opnieuw wordt waargenomen door het apparaat. ‘Aan de hand daarvan bepalen we de vorm en afstand van scheepswrakken, heuvels, bergen, noem maar op’, zegt Jakobsson. ‘Zo kun je beetje bij beetje een kaart van de oceaan vormgeven.’

De sonartechniek heeft al tot vele ontdekkingen geleid. Zo maakten de Engelse geologen Marie Tharp en Bruce Heezen in 1957 op deze manier als eersten een grove kaart van de Atlantische Oceaan, en kwamen ze zo op de baanbrekende theorie van ‘platentektoniek’.

Maar omdat de Atlantische Oceaan nog relatief ondiep is, werkt de sonartechniek met enkele puls er beter dan in de Grote of de Indische Oceaan.

Daarom worden sinds de jaren zeventig sonartechnieken gebruikt die dubbele geluidspulsen uitzenden. ‘Dit betekent dat er niet gekeken wordt naar één specifiek punt, maar naar een groter gebied’, legt Jakobsson uit. ‘Een supercomputer produceert met deze data een algeheel beeld van de zeebodem, zonder dat je daarvoor al die punten zelf samen moet voegen.’

Er zijn nog altijd dieptes waarop ook dubbele geluidspulsen geen nauwkeurig beeld van de bodem geven. Samen met collega-oceanografen stelde Jakobsson daarom een minimale kwaliteit van de kaart vast. Zo moet elke pixel tussen de 0 en 1.500 meter diepte 100 bij 100 meter zijn. Voor diepere gebieden zijn de kwaliteitseisen soepeler: tussen de 5.750 en 11.000 meter diepte moet elke pixel slechts 800 bij 800 meter zijn.

‘In alle gevallen is het een stuk gedetailleerder dan de data die we nu hebben’, zegt Jakobsson. Rest nog de vraag: wie verzamelt al die data ?

Zo helpen plezierboten en containerschepen mee

Ook al zouden alle oceanografen ter wereld opgetrommeld worden, dan nog zou 2030 waarschijnlijk een te ambitieuze deadline zijn om de kaart van de zeebodem te voltooien, denkt geoloog McMichael-Phillips. Daarom maakt zijn organisatie gebruik van de honderden schepen die dagelijks op de oceaan varen. Plezierboten, onderzoeks- en containerschepen, vaartuigen van oliebedrijven die een nieuw gebied exploreren of grondstofdelvers: zolang er sonar gebruikt wordt, en de data opgeslagen worden, is het bruikbaar.

Alle data die Seabed 2030 verzamelt, worden openbaar gedeeld

McMichael-Phillips moet hier wel toestemming voor krijgen. Soms kan informatie over de zeebodem namelijk vertrouwelijk zijn, bijvoorbeeld als er nationale of commerciële belangen meespelen. Alle data die Seabed 2030 verzamelt, worden openbaar gedeeld.

Omdat het project zo afhankelijk is van verschillende mensen en partijen, is het belangrijk dat de data betrouwbaar zijn. ‘Wanneer we data binnenkrijgen van mensen van buitenaf, vergelijken we deze altijd met de bekende grove satellietdata’, zegt Martin Jakobsson. ‘Als deze overeenkomen, beschouwen we het als betrouwbaar.’

Daarnaast wordt er gekeken of er grote verschillen zijn met nabijgelegen locaties die al eerder met sonar in kaart zijn gebracht. Als er bij de ene meting een hoge berg ligt en bij de andere een diep dal, gaat er iets mis. Dan moet er opnieuw gemeten worden.

De keerzijde van een complete kaart

Er zit een keerzijde aan het mappen van de diepzee. Met een volledige kaart van de bodem is het namelijk ook voor grondstofdelvers veel makkelijker om te bepalen waar waardevolle grondstoffen liggen. Zo is het bijvoorbeeld bekend dat op vlaktes grote hoeveelheden mangaanknollen bomvol grondstoffen liggen. De winning hiervan verstoort de natuur, en brengt enorme risico’s met zich mee.

En ook voor oliebedrijven wordt het ineens mogelijk om een locatie voor een olieboorplatform te kiezen, zonder daarvoor eerst jaren te moeten exploreren. Zo komt er een run op plekken waar olie in de bodem zit. Is dat wel gewenst?

Jakobsson is reëel: ‘Onze bevindingen kunnen zeker verkeerd gebruikt worden. Maar is dat een reden om het onderzoek te staken, als de voordelen vele malen groter zijn?’

En bovendien: ‘Grondstofdelvers richten hun pijlen nu op de oceaanbodem, omdat de mensheid nog altijd te veel afhankelijk is van fossiele grondstoffen. Om dat op te lossen, moet er echt aan andere knoppen worden gedraaid. Knoppen die niets te maken hebben met ons onderzoek.’

Over het beeld De patronen, vormen en kleuren worden gecreëerd door mariene flora en fauna die zich nestelen in de hoekjes en gaatjes van deze panelen. Ze fungeren als minihotels voor zeeleven en bevinden zich in clusters over de hele wereld. Van de polen, tot de tropen, tot aan de diepzee. Deze Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS) van ongeveer 20 bij 20 centimeter worden gebruikt om de gezondheid van de oceanen te meten. Todd Forsgren fotografeerde deze panelen nadat ze uit het water zijn gehaald voor onderzoek. Door bij te houden wat er groeit en leeft, leren we steeds meer over de impact van omgevingsfactoren op het mariene leven. (Beeldredacteur Lisa van Casand) Bezoek hier de website van Todd Forsgren

Lees ook:

De natuur. Wat boeit het? Herfst in Noord-Italië, gouden uur op de kliffen van Normandië, zeesaffieren die glitteren in zee – we waarderen de natuur vooral om haar schoonheid. Waar geven we nog meer om? En waarom? Lees het verhaal van Tamar Stelling