Water onder water, krabben zonder ogen, moddervulkanen, extremofielen, 'camemberts' van vijf kilometer doorsnee... De Utrechtse geochemicus Gert de Lange komt curieuze dingen tegen tijdens zijn duikboottochtjes naar de Middellandse Zeebodem. “Waanzinnig interessant!”
Rinze Benedictus
Boven water is het bolvormige leefgedeelte van de duikboot Nautinil 2,20 meter in doorsnede. Op een diepte van drie kilometer is dat door de enorme druk nog maar twee meter. De eerste piloot zit in het midden, links daarvan ligt de tweede op zijn buik, en rechts ligt de Utrechtse geochemicus prof. dr. Gert de Lange. “Helemaal uitgestrekt kun je niet liggen, je benen steken omhoog: je knieën zitten klem tegen de wand en je neus is tegen het raampje gedrukt. Je moet niet claustrofobisch aangelegd zijn voor zo’n duik. Een duik duurt een hele dag, zo’n zes tot acht uur.”
De Lange is één van de wetenschappers die afgelopen zomer op het Franse onderzoeksschip Atalanta voor de kust van Egypte in de Middellandse Zee dobberde. Samen met collega’s van de Vrije Universiteit Amsterdam en het Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee in Texel vormde hij het Nederlandse team in een Frans-Duits-Nederlandse samenwerking. De onderzoekers — chemici, geologen en microbiologen — zijn geïnteresseerd in wat zich op en in de bodem van de Middellandse Zee afspeelt.
Op die bodem is het verre van rustig. Gassen en vloeistoffen borrelen en bruisen omhoog uit moddervulkanen. Zonder zonlicht of zuurstof leven er talloze witte, oranje en bruine bacteriën. Krabben zonder ogen nemen hapjes van vreemde roze baardwormen. En dat allemaal dankzij een indrukwekkend geologisch proces. De aardkorst waar wereldeel Afrika op ligt, schuift langzaam onder de Eurazische aardschil.
“De steenlagen onder de Middellandse Zee raken daardoor opgefrommeld, om het maar simpel te zeggen”, legt De Lange uit. Dat opfrommelen heeft als gevolg dat warme modder van honderden meters onder de zeebodem omhoog stroomt. Op de bodem leidt dat tot het ontstaan van moddervulkanen. Vulkaanvormige structuren die geen vloeibaar steen uitbraken, maar warme modder die rijk is aan gassen zoals methaan. Bij zo’n moddervulkaan kan het meer dan 50 graden Celsius worden, uitzonderlijk warm voor een diepte van drie kilometer waar het eigenlijk maar 13 graden hoort te zijn.
Zoet
Ook ontstaan er ronde, platte vormen die de De Lange 'Camemberts' noemt vanwege de vormgelijkenis met deze Franse kaas. Met een gemiddelde diameter van vijf kilometer zijn ze wel een slag groter. Als bij een overlopend vat, stroomt de modder continu over de rand waardoor een glad oppervlak ontstaat.
De Lange is geïnteresseerd in de oorsprong van de gassen en vloeistoffen die omhoog borrelen. Methaan kan bijvoorbeeld ontstaan doordat bacteriën organisch materiaal afbreken, maar het kan ook het gevolg zijn van het samenpersen van diepe organische resten. Of neem het raadselachtige zoete water op de zeebodem, op sommige plaatsen sijpelt water omhoog met slechts eenvijfde van het zoutgehalte van zeewater. Na lang speuren blijkt het afkomstig te zijn van honderden meters onder de bodem. Door de hoge druk die daar heerst, worden kleimineralen zo erg samengeperst en omgevormd dat er water bij vrijkomt. Een onverwachte verklaring, vertelt De Lange. “Het was niet heel simpel om dit uit te vinden. Collega Daehlmann en ik dachten oorspronkelijk met name aan het opsmelten van methaanijs dat hier ook voorkomt.”
Behalve zoet water, is op de bodem ook extreem zout water te vinden. Een merkwaardig fenomeen op de bodem is het bestaan van zoutmeren. Op de bodem liggen meren van extreem zout en zuurstofloos water. Omdat het zoute water zwaarder is dan het zeewater, blijft het liggen op de bodem. “Je hebt dus in feite water onder water”, schetst De Lange.
De zoutmeren zijn het gevolg van een catastrofe zes miljoen jaar geleden. Tijdens een relatief korte periode droogde de hele Middellandse Zee meerdere malen op. Het water verdampte en het zout bleef liggen. Daardoor liggen er nu, inmiddels bedekt met honderden meters sediment, zoutpakketten van honderden meters dik. Door het ‘opfrommelen’ van de bodem kan dit zout op sommige plaatsen dicht bij het oppervlak komen. Op die plaatsen lost het zout op en kunnen zoutmeren ontstaan.
Het opvallendste aan de bodem is wel het ontstaan van aangepaste levensvormen. Rond de moddervulkanen komen bacteriën voor die nergens anders leven. De bacteriën leven niet van zonlicht, zoals planten, of van zuurstof, zoals dieren, maar van methaan. Ze halen hun energie uit dit gas, ook het hoofdbestanddeel van aardgas. Behalve verschillende soorten bacteriën groeien rond de moddervulkanen ook wormen, zwemmen er vissen en garnalen en lopen er oogloze krabben rond. Rond moddervulkanen ontstaan kleine ecosystemen waar we het fijne nog lang niet van weten. “Waanzinnig interessant”, vindt De Lange.
Doop
De Lange vertelt over zijn onderzoek in een collegezaal in het gebouw van Geowetenschappen. “Op mijn kamer kunnen we echt niet zitten”, kondigt hij bij aanvang van het gesprek aan. Vaak is deze zin meer ingegeven door beleefdheid dan door werkelijk ruimtegebrek. Maar De Lange overdrijft niet. Op zijn kamer is tussen manshoge stapels papier precies plaats voor één persoon. Het is de prijs van succes. Tegen zijn verwachting in verwierf De Lange subsidie voor alle drie door hem aangevraagde Europese projecten (“Normaalgesproken heb je een kans van één op vijf.”). Hij komt om in het werk en inmiddels gepromoveerde aio’s hebben hun documentatie op zijn kamer achtergelaten.
Op zijn kamer heeft De Lange maar ietsje meer bewegingsvrijheid dan in de duikboot waarin hij de gegevens verzamelde. Hij vertelt over de duik afgelopen zomer. “Aan boord mag ik nergens aankomen en dat is maar goed ook! Ik mag alleen aanwijzingen geven over de richting. Verder mag de wetenschapper aan boord alleen foto’s nemen. Dus dat doe je dan ook continu.”
De kleine ronde duikboot is aan de buitenkant voorzien van grijparmen, twee digitale videocamera’s en een fototoestel. Een duik duurt een hele dag en vindt uit veiligheidsoverwegingen alleen overdag plaats. Eenmaal op drie kilometer diepte, drijven twee propellors de duikboot aan. Als ballast gaan er grove ijzerkorrels mee. Als de boot omhoog moet, laten de piloten wat ijzerkorrels vallen. Lucht laten ontsnappen doet de boot zinken. Het nemen van monsters geschiedt door stevige buizen in de bodem te drukken. Met een druk op de knop sluit een klepje de buis af en zit het sediment gevangen.
Bij het verkennen van de uitersten van onze planeet hoort volgens goed aardwetenschappelijk gebruik een doop. “Degenen die voor het eerst doken, werden bij terugkomst met hun kont in een vat met ijskoud water gezet. Terwijl je met je hoofd tussen je knieën in het koude water zit, moet je eerst een kleurrijke mix drinken met allerlei gorigheid en veel alcohol. Tot slot kieperen ze het keukenafval van die dag over je heen. Eén iemand had pech, en kreeg drie dagen afval te verwerken. Daarna wordt je afgespoten met de brandslang met zeewater.” De Lange beleefde zijn doop al in 1998. “Toen ging het er wel wat beschaafder aan toe!”
Wasmiddelen uit de diepzee
Zelfs farmaceutische bedrijven zijn geïnteresseerd in het vreemde leven in zuurstofloze zoutmeren op de diepzeebodem. Onder extreme omstandigheden komen extreme bacteriën voor, kortweg extremofielen. De meeste biochemische reacties die een bacterie draaiende houden, worden mogelijk gemaakt door enzymen, gespecialiseerde eiwitten. De enzymen van extremofielen werken bij hoge zout- of zuurconcentraties of bij hele lage of hoge temperaturen. Dat maakt ze interessant voor allerlei toepassingen in de chemische en farmaceutische industrie.
Zo maken koude-tolerante enzymen wassen bij lagere temperaturen mogelijk. Enzymen die bestand zijn tegen een hele lage zuurgraad, helpen bij het bleken van papier. En enzymen uit een warmteminnende bacterie ondersteunen de DNA-vermenigvuldigingstechniek PCR, die niet meer weg te denken is uit een moleculair-biologisch laboratorium. Het Europese project Biodeep, waar de groep van De Lange ook aan meewerkt, richt zich op het ontdekken van nieuwe eigenschappen van microörganismen uit de zoute diepzee.