130 kilometer diep de aardkorst in, in een nieuw lab in Delft

We zijn in de vliegtuighal, waar het verleidelijk is om overal even stil te staan, maar we hebben een missie: het hoge druk/temperatuurlab, deze maand in gebruik genomen. Enthousiast gebarend toont geochemicus en experimenteel petroloog Edgar Steenstra de nieuwste aanwinsten. Een hoge-temperatuur reometer, waar ze steen vloeibaar maken. Een enorme gasmenginstallatie, om planeetatmosferen na te bootsen, mét goede afzuiging tegen giftige gassen.

“Op Venus ruikt het naar rotte eieren”, waarschuwt Steenstra. Maar daar is nu gelukkig niks van te merken. Hij wijst aan: “Daar komt detectieapparatuur, voor als er een lek is. En hier komt een apparaat voor thermogravimetrische analyse te staan, een hogedruk TGA. Daarmee kunnen we letterlijk de atmosfeer van Venus nabootsen, en dan ondertussen de reacties met gesteentes in situ analyseren. We stoppen er een stuk nagemaakte venus-steen in en kijken hoe die reageert met de nagebootste atmosfeer, temperatuur en druk.”

Venus is een mysterieuze planeet. Ze lijkt wat betreft grootte en samenstelling op de aarde, maar waarom is Venus dan zo heet met zo’n giftige atmosfeer? Waren er ooit oceanen? Waarom draait Venus de andere kant op? Wat zit er eigenlijk in het binnenste van de planeet? Zijn er vulkanen actief? Allemaal vragen waar nog geen antwoord op is.

Nieuw lab om ruimtemissies voor te bereiden

Vanaf 2030 moet ruimtesonde EnVision van ESA daar onderzoek naar gaan doen. Om deze en andere toekomstige ruimtemissies zo goed mogelijk voor te bereiden, is afgelopen maand een nieuw laboratorium geopend bij Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek: het Delft Hoge Druk/Temperatuurlab voor Planetaire materialen.

“Venus heeft de langste vulkanische kanalen in het zonnestelsel”, zegt Steenstra, terwijl hij wijst op een grijze meanderende streep op zijn beeldscherm. De beelden zijn gemaakt door de Magellansonde, die van 1990 tot 1994 de in dikke nevelen gehulde mysterieuze planeet Venus met behulp van radarbeelden in kaart wist te brengen. Steenstra vermoedt dat ‘zeer exotisch vulkanisme’ de kanalen heeft gevormd. “Als je kijkt naar de geometrie, dan zou je denken vloeibaar water. Maar daarvoor is het veel te heet op Venus. Wat is het type magma dat zo extreem vloeibaar wordt en hoe blijft het zo lang stromen?” Deze mysterieuze stromen wil Steenstra onderzoeken in het nieuwe lab.

Wat zijn nog meer ‘hoge temperatuurprocessen’ in het zonnestelsel die de onderzoekers willen begrijpen? Steenstra somt op: “Onder welke condities is de maan gevormd? Of asteroïden? In hoeverre verdampen (exo)planeten? Hoe zag de eerste korst op onze aarde eruit? In februari gaat een nieuwe PhD-kandidaat kijken hoe deze eerste gesteentekorst op de aarde is gevormd. Als we meer weten over de vroege aarde, leert ons dat ook over de evolutie van andere planeten. En andersom.”

Diamant maken

De apparatuur werkt onder enorme druk en temperatuur. Kan Steenstra er ook gekke dingen mee testen? Bijvoorbeeld wat er zou gebeuren met een broodje kroket in het binnenste van de aarde? “Als er al genoeg koolstof in zit, zal het een heel lelijke synthetische diamant opleveren”, lacht hij. Diamanten ontstaan wanneer koolstof onder zeer hoge druk en temperatuur kristalliseert. “Maar de druk van het binnenste van de aarde redden we niet. We komen met deze apparaten tot een kilometer of 130 diep in de aarde, dat staat wat druk betreft ongeveer gelijk aan het middelpunt van de maan. Dat zou genoeg moeten zijn voor een niet-zuivere diamant.”

Vandaag staat een meting met een 1500 kilo wegende pers op het programma. Bij het zien van de werking van het apparaat, dringt de teleurstellende conclusie zich op dat het kroket-diamantexperiment gedoemd is te mislukken: er past nauwelijks een rozijn in het bakje. Maar tests met broodjes kroket staan ook helemaal niet op het programma; promovendi Guus Aerts en Jaap Jorritsma hebben een sample voorbereid van zelfgemaakt mineraal. Zo is de chemische samenstelling heel precies bekend om het apparaat te kunnen kalibreren.

Heel nauwkeurig wordt het sample in een met vet ingesmeerd kokertje gestopt, zodat het soepeltjes de kamer van de machine inglijdt. Door een gleufje passen precies twee snoertjes die tijdens het experiment de temperatuur moeten registreren. Het heeft iets weg van het maken van een bom. Helemaal als blijkt dat de plak kauwgum die een beetje oneerbiedig tegen het hightech apparaat aangeplakt zat, een functie heeft en wordt gebruikt als een waterdichte pasta om het experiment te beschermen tegen koelwater.

Het sample zit veilig op z’n plek. Tijd om het apparaat aan te zetten. Geen grote rode knop, maar een enorme hendel. Even controleren of de koelvloeistof goed is aangesloten. En dan om de beurt pompen om in stapjes precies op de juiste druk te komen. In een logboek houden de onderzoekers intussen bij wat de status van het apparaat is. Vandaag gaat het stukje teststeen tot 1000 graden Celsius, en een druk die overeenkomt met zo’n 100 kilometer diepte. Even ter vergelijking: de diepste boring ooit ging tot zo’n 12 kilometer. Dieper gaat niet, vooral door de enorme druk. “Als we meer te weten komen over het binnenste van onze aarde, hoe de aarde gevormd is en hoe andere planeten werken, dan heb je dus dit soort apparatuur nodig”, wijst Steenstra om zich heen.

Tenminste, als de spiksplinternieuwe machines zich zo gedragen als gewenst. Eerste spannende stap: het monster moet 24 uur in de persmachine zitten dus we gaan de volgende dag verder.

“De vloer stond niet blank”, vertelt Steenstra de volgende ochtend aan de telefoon. Hij klinkt opgelucht. “Ik ben vanochtend meteen gaan kijken en gelukkig was alles nog goed aangesloten en zijn de benodigde druk en temperatuur gehaald.”

De apparatuur lijkt dus goed te werken. Om de machine helemaal precies te kalibreren, moet het steenmonster verder worden onderzocht. “Van dit soort mineraal is goed bekend bij welke temperatuur en druk het overgaat in een ander mineraal. In dit geval van albiet naar jadeïet en kwarts. We zijn nog wel een tijdje bezig met verschillende metingen om meer monsters te verzamelen en daarmee het apparaat te kalibreren.”

Jade en kwarts? Misschien maken ze geen diamant, maar wel edelstenen. Toch mooi: edelstenen maken om uiteindelijk meer te weten te komen over andere planeten.