Twintigduizend mijlen onder zee

Het is pikkedonker. Op tweehonderd meter onder de zeespiegel is nog net een flonkering van het zonlicht in het water te zien, maar vele kilometers dieper is vrijwel niets meer waar te nemen. Toch glijdt de machine verder naar beneden, op zoek naar de bodem. In het licht van de machinelampen dansen meterslange kokerwormen op zoek naar voedsel. Een octopus jaagt op garnalen.

Als je het water weg denkt, is het net alsof de machine op een verlaten berglandschap vol steile rotsen en diepe spelonken landt. Maar het water is niet weg te denken. In de diepzee drukken een paar honderd bar op het materiaal. Het zoute water vreet in enkele maanden tijd zonder problemen dikke delen staal aan. Zeestromingen en onderwaterorkanen smijten zonder veel moeite zware constructies tientallen meters verder neer. De diepzee is een mens- en machineonvriendelijke omgeving. Op z’n best.



Grote aantrekkingskracht

Toch heeft de diepzee een grote aantrekkingskracht. Want op de plek waar aardkorsten in de oceaan tegen elkaar aanschuiven, zijn veel kostbare grondstoffen te vinden. In gebieden als de ‘Ring van vuur’ en Solwara in Nieuw-Guinea spuwen grote ‘schoorstenen’ (black smokers) warm water omhoog, richting het wateroppervlakte. De aardkorst is er zo dun dat zeewater door het gesteente heen sijpelt, in de gloeiendhete aarddelen terecht komt, en omhoog wordt gespoten. Maar niet alleen water vindt een weg naar boven. Ook grote concentraties goud, zilver, koper, kobalt, magnesium, zink en rare earth elements als Yttrium, dat in smartphones word verwerkt, worden op de zeebodem en de schoorsteen afgezet. En nu grondstoffen schaarser worden, komt er steeds meer belangstelling voor het winnen ervan uit deze zogenaamde seafloor massive sulphides (sms) afzetting in de diepzee.

De nieuwe minor deep sea van de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek & Technische Materiaalwetenschappen (3mE)  speelt in op deze ontwikkeling. Veertig studenten mogen oplossingen zoeken voor problemen die bij mijnbouw in de diepzee komen kijken. “De diepzee kent unieke condities. Het andere uiterste is de ruimte”, zegt Frederik Brauer, student luchtvaart- en ruimtevaarttechniek die net aan de minor is begonnen. “Het is lastig om mijnbouwmachines onder zulke heftige omstandigheden onder controle te krijgen. En hoe houd je ze in goede conditie en vervang je onderdelen op zo’n extreme diepte?”

Het zijn vragen die bij veel studenten en hoogleraren leven en waar niet meteen een pasklaar antwoord op te vinden is. Diepzee mijnbouw staat nog in de kinderschoenen. Maar het nieuwsgierige kind staat al wel te trappelen om de diepzee te onderzoeken. “Tweederde van de wereld staat onder water en is nog onaangetast”, zegt prof.dr. Mirek Kaminski. De diepzee is een mysterie. “We zijn al vaak op de maan geweest, maar bijna nooit op de allerdiepste zeebodem, die op elf kilometer onder de zeespiegel ligt”, zegt Kaminski.

“Dat is spannend voor de studenten, vooral omdat er een grote toekomst in zit”, zegt prof.dr. Ian Richardson. “Ze leren allemaal nieuwe dingen, ze moeten hun kennis tot de limiet inzetten, omdat de omstandigheden zo extreem zijn. De vraag naar grondstoffen en mijnbouw in de diepzee is groot, maar omdat we niet precies weten waar we mee te maken krijgen, er veel geld mee gemoeid is en we in onontgonnen gebied werken, moeten we verantwoorde oplossingen bedenken.”



Extreme diepzee

Bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Zeeonderzoek (NIOZ) op Texel weten ze hoe extreem de diepzee kan zijn. Het instituut doet al tientallen jaren onderzoek in de diepzee en is daarmee de specialist van Nederland. Ir. Marck Smit, hoofd van het Netherlands Deep Sea Science&Technology Centre van NIOZ heeft een gewicht in handen. “Pak maar vast”, zegt hij. Het gewicht is redelijk zwaar, een paar kilo, zo te voelen. “En zet nu de scherpe punt op je vinger. Dan weet je hoe zeshonderd bar, ofwel zesduizend meter diep voelt.” Van mijn vinger zou niet veel over blijven. Laat staan dat er nog honderden bar bij zou komen, zoals in de diepzee. Smit laat ook een stuk roestvrij staal zien dat negen maanden lang op kilometers onder de zeespiegel heeft gelegen. Het zit vol roest en is afgeknapt als een luciferhoutje. “Terwijl je zou denken dat rvs redelijk bestand is tegen zeewater, maar het zout tast alles aan.”

Het paradepaardje van NIOZ is de RV Pelagia. Het schip vaart al jaren over de wereldzeeën om onderzoek te doen in de diepzee en is een drijvende commandocentrale voor de wetenschap. In het ruim is plaats voor vijf containers met meetapparatuur. Op het dek staan lieren met grote kabels vol koper en glasvezel om ook op kilometers diepte nog te kunnen communiceren. “De klep onder het schip kan open”, legt Smit uit. De ‘Hipap 100 USBL acoustic direction finder’, een levensgrote schotel, daalt dan neer in zee om te luisteren waar de apparatuur zich in het water bevindt. “Omdat het diep zo donker is en gps onder water niet werkt, maken heel veel instrumenten gebruik van geluid. We kijken ook met geluid.”

Op Texel lopen wetenschappers in witte jassen door de laboratoria om proeven te doen met materiaal uit de diepzee. In de werkplaats wordt gesleuteld aan bodemlanders en bodemonderzoekers, die veel weg hebben van enorme kurkentrekkers. Buiten liggen immense oranjerode boeien klaar om verscheept te worden. Ze zitten vol glazen bolletjes met synthetisch schuim voor een beter drijfvermogen. “Kurk zou onmiddellijk verschrompelen onder de druk in de diepzee”, legt Smit uit.

Over een maand worden ze met een anker in zee gezet, om een paar honderd meter onder het wateroppervlakte tot aan de bodem de zeestromingen te meten. “We weten veel over de zeestroming aan de oppervlakte, en maar weinig over de stroming van lager gelegen gedeelten”, zegt Smit. “Diep onder water kan de stroming wel heel anders zijn en daar moet wel rekening mee worden gehouden.”

Donker, enorme druk, zout, corrosie, maar ook onverwachte stromingen en onderwaterorkanen zorgen voor extreme omstandigheden onder water. Smit laat een wereldbol zien met alle uitstulpingen onder water. Bij de Golf van Biskaje duikt de bodem diep de zee in en op de breuklijnen midden in de oceanen liggen diepe troggen en hoge bergruggen. Op die plekken bevinden zich ook de black smokers, gebieden rijk aan edelmetalen en grondstoffen. “Uitgerekend in zo’n gebied moet je met uiterste precisie een grote lompe miningmachine over de bodem sturen, terwijl je maar weinig kunt zien”, zegt Floris Groenendijk van Imares. Hij werkt met  Robbert Jak en Sander Lagerveld bij het onderzoeksinstituut dat gelieerd is aan de universiteit van Wageningen en dat gespecialiseerd is in strategisch en toegepast marien ecologisch onderzoek. Imares doet onder meer samen met het NIOZ een case study in het Lucky Strike gebied bij de Azoren. Het onderzoeksinstituut probeert te achterhalen wat de ecologische gevolgen zijn als er mijnbouw plaatsvindt.



Black smokers

Verschillende scenario’s passeren daarbij de revue. “Black smokers hebben een uniek ecosysteem”, zegt Jak. Het gebied rond de smokers is gloeiend heet: rond de 400 graden celsius. Het zeewater verderop is rond het vriespunt. Bacteriën zitten er vlak naast. “Ze zoeken een plek die niet te heet en niet te koud is. Het gebied rond de black smokers is een soort diepzeekampvuur waar ze zich aan warmen”, zegt Lagerveld. Rond de bacteriën wervelen kokerwormen die een meter lang kunnen worden. “Dit ecosysteem vind je nergens anders”, zegt Groenendijk.

Het effect van mijnbouw op de rest van de oceaan is onduidelijk. “Vijfentwintig jaar geleden zijn er voor het eerst mangaanknollen, een soort biljartballen vol ijzer en andere metalen geoogst”, zegt Groenendijk. “Die plekken zien er nog steeds uit als 25 jaar geleden. De sporen zijn nog niet uitgewist.” Wat diep leeft, groeit langzaam, zeggen de wetenschappers. “Het duurt miljoenen jaren voordat er nieuwe mangaanknollen zijn”, benadrukt Smit. “Tweederde van de aarde is zee, terwijl we maar bodemmonsters hebben genomen van een aantal voetbalvelden bij elkaar. We weten er dus nog maar heel weinig van af.”

Boren naar grondstoffen diep in de zee moet daarom wel verantwoord gebeuren, vinden wetenschappers van Imares en NIOZ. “Want het maakt nogal een verschil of je het restmateriaal van het mijnen na het oppompen in zee dumpt, of dat het weer op dezelfde diepte terug brengt. Als het restmateriaal met warmer water en zuurstof in aanraking komt, kan het daar een verbinding mee aangaan die schadelijk is voor het milieu. Of het kan voor grote stofwolken in het water zorgen, die het leven diep in de zee vernietigen.”



Omzet van miljard

Metalen en andere grondstoffen naar boven halen gebeurt al, onder andere in het Solwara-veld bij Nieuw Guinea.  Het Canadese bedrijf Nautilus Minerals haalt goud en koper op 1600 meter uit de bodem. “Ze verwachten nu al een omzet van een miljard op jaarbasis”, zegt Lagerveld.

Het is nog maar een begin. “Slimme ingenieurs bedenken wel nieuwe apparaten die tegen de extreme druk en het zout kunnen”, denkt Smit, die sinds een jaar erg veel vragen van bedrijven krijgt met interesse in diepzee mijnbouw.  

De werknemers van Imares en NIOZ ervaren dat de betrokken bedrijven serieus met de ecologische vragen rond mijnbouw in de diepzee omgaan. “Niemand zit te wachten op een ecologische ramp. Alle scenario’s moeten van te voren duidelijk zijn, voordat er geboord wordt. Want het kost erg veel geld en tijd om een mijnbouwmachine halverwege van de bodem te halen”, zegt Groenendijk.

De studenten deep sea wordt daarom vanaf dag een van de minor het belang van het milieu bijgebracht. “Door deze minor met verschillende faculteiten op te zetten kunnen we alles combineren wat we weten”, zegt Mirek Kaminski. “We willen gebruikmaken van de grondstoffen die op de zeebodem liggen zonder de omgeving te beschadigen. Het biedt mogelijkheden voor de maatschappij om deze te ontginnen en Nederland kan er met al haar kennis van de wetenschap en het bedrijfsleven in voorop lopen.”