Hydrothermale bronnen spuiten in hoge torens gloeiendhete vloeistoffen omhoog op de oceaanbodem. Mogelijk is er zelfs het eerste leven op aarde ontstaan. Wetenschappers hebben nu een groot nieuw veld met deze bronnen ontdekt. 

Ze vonden de bronnen op 2550 meter diepte in het oostelijk deel van de Grote Oceaan. Hun ontdekking kan ons begrip van de impact die deze ventilatiesystemen hebben op het leven en de chemische samenstelling van de diepzee veranderen.

Wat is een hydrothermale bron?
Hydrothermale bronnen, hydrothermal vents in het Engels, zijn eruptiekanalen in de zeebodem die over de hele wereld voorkomen bij vulkanisch actieve gebieden, meestal in de buurt van de mid-oceanische rug. Er komt warme mineraalrijke vloeistof door spleten in de aardkorst naar boven, die opgewarmd is door het magma van de aarde. De onderwaterwereld rond deze bronnen vormt een uniek ecosysteem. Een bekend gebied met hydrothermale bronnen bevindt zich op de bodem van de Atlantische Oceaan in het zogenoemde Atlantismassief van de Mid-Atlantische rug. Op dit soort plekken is mogelijk het eerste leven op aarde ontstaan.

“De mid-oceanische rug bevat duizenden diepzee-warmwaterbronnen die 10 procent van de totale warmte uit de aarde onttrekken, enorme ophopingen van metaalsulfide op de zeebodem veroorzaken en waardoor een ‘diepe biosfeer’ van oude micro-organismen is ontstaan, waarschijnlijk de eersten die op aarde verschenen”, legt geofysicus en onderzoeker Thibaut Barreyre van de Noorse Universiteit van Bergen uit aan Scientias.nl. “De belangstelling voor hydrothermische systemen op de zeebodem neemt toe, maar hoe deze systemen in stand blijven, functioneren en reageren op externe krachten van de oceaan en de aardkorst is nog onduidelijk.”

Formaatje voetbalveld
Het pas ontdekte hydrothermale veld, YBW-Sentry gedoopt, ligt ongeveer 320 kilometer uit de kust bij Mexico in het oostelijk deel van de Grote Oceaan. Het gebied is ongeveer net zo groot als een voetbalveld, wat dubbel zo groot is als de dichtstbijzijnde actieve hydrothermale bronnen. De foto’s zijn indrukwekkend: het lijken wel hele grote kaarsen die zo hoog zijn als een gebouw van drie verdiepingen.

Het onderzoeksteam van het McDermott-lab in Lehigh verzamelt de vloeistof die door de hydrothermale bronnen omhoogkomt om zo de temperatuur te kunnen bepalen waarbij de vloeistoffen zich gevormd hebben. Hogere temperaturen kunnen een teken zijn van een naderende uitbarsting. Tegelijkertijd maten de wetenschappers bij negen bronnen elke tien minuten de temperatuur gedurende twee jaar om zo veranderingen te kunnen waarnemen in het gebied.

Hoge torens
Het nieuwe gebied is ontdekt met behulp van het autonome onderwatervoertuig Sentry, dat bodemkaarten in hoge resolutie maakte. “We ontdekten een veld van hoge torens en we gaan ervan uit dat het oudere vulkanische bouwwerken zijn of inactieve hydrothermische schoorstenen die lang geleden zijn afgezet”, zegt een collega-onderzoeker.

Dat klinkt ingewikkeld. Barreyre legt uit: “De oceaankorst is poreus. Je kunt hem zien als een spons, verzadigd met zeewater en aangetast door breuken. Boven de magma verzadigt zeewater de poreuze korst en warmt daardoor op tot temperaturen tussen de 500 en 600 graden Celsius. Hydrothermische vloeistof raakt oververhit en wordt daardoor extreem drijvend. Deze oververhitte vloeistof verlaat de zeebodem bij de hydrothermale ventilatiepijpen.”

temperature logger

Een hydrothermale schoorsteen waar de onderzoekers de temperatuur twee jaar lang iedere tien minuten hebben gemeten. Foto: Woods Hole Oceanographic Institution

En dat gebeurt niet met kleine beetjes. “Een kwart van de warmte van de aarde wordt overgedragen door de oceanische lithosfeer (het 80 kilometer dikke buitenste gedeelte van de aarde, red.) door middel van hydrothermische circulatie. Dit maakt het de meest efficiënte plaats voor warmteoverdracht op aarde.”

Dertig jaar onderzoek
De nieuwe hydrothermale bronnen zijn op meerdere vlakken bijzonder. Barreyre: “De Oost-Pacifische Rug (East Pacific Rise) is misschien wel het meest bestudeerde hydrothermale systeem op aarde. Er wordt al meer dan dertig jaar onderzoek gedaan. Alle hydrothermale openingen daar werden verondersteld zich op de nokas te bevinden, in de axiale trog. Dit nieuwe hogetemperatuursysteem werd buiten de as gevonden en vormt voorheen onbekende bronnen van warmte en chemische stoffen.” Medeonderzoeker Daniel J. Fornari voegt toe: “We waren verbaasd dat het veld niet alleen erg actief was, maar ook groter in oppervlakte en warmer dan enig ander hydrothermisch veld langs dit deel van de Oost-Pacifische Rug dat de afgelopen dertig jaar is bestudeerd.”

NASA van de diepzee
Met onderwatervoertuig Sentry kon de zeebodem veel nauwkeuriger in kaart worden gebracht. De wetenschappers spreken van een revolutie op dat gebied. “De kaarten geven een gedetailleerd beeld van de zeebodem, zodat we veranderingen kunnen volgen, die optreden wanneer de volgende vulkaanuitbarsting plaatsvindt langs dit deel van de East Pacific Rise”, zegt McDermott.

Nog niet zolang geleden waren er uitbarstingen in het gebied: in 1991-1992 en nog een keer in 2005-2006. Het team voorspelt dat een nieuwe uitbarsting niet lang meer op zich laat wachten. “We hebben signalen gevonden die daarop wijzen”, aldus Barreyre. “De uitbarsting zal het hydrothermale leidingsysteem dat het ecosysteem op de zeebodem in stand houdt ernstig verstoren door een nieuwe route te creëren voor de vloeistoffen of de route af te sluiten. De nieuwe lava zal de zeebodem opnieuw bedekken en alle hydrothermale bouwwerken en bijbehorende levensvormen opslokken.”

ocean tester

Zwarte vloeistof spuit uit de hydrothermale bronnen, terwijl de onderzoekers metingen verrichten. Foto: Woods Hole Oceanographic Institution

De hydrothermale bronnen hebben veel impact op hun omgeving. “De warmte en de chemische stoffen die door hydrothermale vloeistoffen worden getransporteerd, hebben invloed op de wereldwijde samenstelling van de oceaan en de gecreëerde ecosystemen zijn uniek. Maar liefst 60 procent van de soorten die op een bepaalde locatie worden gevonden, zijn endemisch (en komen dus alleen daar voor)”, legt de geofysicus uit.

De stilte van de zee
Barreyre wil met zijn onderzoek de oorsprong, patronen en mechanismen blootleggen waarmee hydrothermale stromen reageren op processen in de oceaan en de aardkorst. Ook kan het onderzoek helpen om uitbarstingen te voorspellen langs de mid-oceanische rug, de langste vulkanische bergketen op aarde.”

De onderzoeker citeert Albert Camus om zijn fascinatie voor de hydrothermale bronnen uit te leggen: “Over elke weg op aarde zijn al miljoenen ons voorgegaan. Maar in de oudste zeeën is onze stilte altijd de eerste.” Hij verklaart: “Wat me elke keer weer verrast is dat we steeds als we naar de zeebodem duiken iets nieuws ontdekken. Iets dat ons, stapje voor stapje, leert hoe dit fundamentele energietransportsysteem – van de kern van de aarde naar de bovenliggende oceanen – werkt.”