Al mijn hele volwassen leven draag ik ruim twaalf kilo koolstof rond. En ook jij zeult koolstof met je mee, want ongeveer achttien procent van het menselijk lichaam bestaat uit koolstofatomen. Al die atomen zaten ooit in het voedsel dat we hebben gegeten, en daarvóór in andere levensvormen, de lucht, de oceanen en gesteenten. Koolstof is een element dat tijdens explosies van sterren wordt gesmeed en is essentieel voor alle vormen van leven. Dus zal het misschien verbazen dat ruim negentig procent van de koolstof op onze planeet zich onder de grond bevindt.
Nog opmerkelijker is het besef dat er kilometers onder de aarde levensvormen als bacteriën en andere microben leven, en wel in zulke kolossale hoeveelheden dat hun totale massa aan koolstof vierhonderd maal groter is dan die van de 7,7 miljard mensen op het aardoppervlak. Dat zich diep onder de grond een van de meest omvangrijke ecosystemen van de planeet bevindt, is slechts een van de vele ontdekkingen van het project Deep Carbon Observatory (DCO), dat in de afgelopen tien jaar met behulp van 1200 onderzoekers uit 55 landen de interne mechanismen van onze planeet heeft bestudeerd.
Het DCO wordt van 24 tot 25 oktober afgerond met een congres in Washington DC, waar honderden wetenschappers uit de hele wereld de resultaten van het project zullen bespreken en vieren.
“We weten nu dat de biosfeer en geosfeer één samenhangend en complex systeem vormen en dat koolstof daarin een hoofdrol speelt,” zegt de DCO-directeur Robert Hazen van het Carnegie Institution for Science. “Dit is een fundamenteel nieuwe manier van denken over onze planeet,” zegt Hazen in een interview.
In de afgelopen tien jaar zijn in het kader van het DCO 268 verschillende projecten opgestart en 1400 wetenschappelijke artikelen gepubliceerd. We bespreken hieronder enkele hoogtepunten van de honderden nieuwe inzichten die het project over de diepten van onze planeet heeft opgeleverd, waaronder een beter inzicht in de belangrijke rol van dit onderaardse domein bij het ontstaan van het leven op aarde.
Koolstof erin, koolstof eruit
Dankzij het proces van subductie, waarbij in de loop van honderden miljoenen jaren oceanische korst onder continentale korst schuift, wordt koolstof afkomstig van planten en dieren tot diep in de aardmantel afgezonken. Koolstof dat ooit in levende organismen actief was, is ontdekt in het binnenste van diamanten die op diepten van 410 tot 660 kilometer onder het aardoppervlak zijn gevormd. Als je lang genoeg wacht, zal al dat koolstof in de vorm van diamanten, gesteenten en de uitstoot van koolstofdioxide uit vulkanen weer naar de oppervlakte terugkeren en opnieuw het daglicht zien.
Kortom, net als jij en ik is onze planeet een systeem dat voortdurend koolstof opneemt en weer uitademt, vaak in de vorm van kooldioxide (CO2). Deze ooit zo stabiele koolstofcyclus is verstoord geraakt door de versnelde manier waarop de mens diep begraven koolstofvoorraden naar de oppervlakte brengt: door grote hoeveelheden fossiele brandstoffen (aardolie, aardgas en steenkool) op te pompen of te graven en dan te verstoken. Tegelijkertijd kappen we bossen, bouwen we steden en wegen, en veranderen we het aardoppervlak op talloze andere manieren waarmee we de opname van koolstof door de aarde tegengaan.
De verstoring van de koolstofcyclus is wat we ‘de klimaatcrisis’ kunnen noemen, zegt Hazen.
“De klimaatverandering vormt een existentiële bedreiging van de mensheid, niet in de verre toekomst maar over een generatie of twee,” zegt hij.
In de komende twintig tot veertig jaar zal de CO2-uitstoot als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen drastisch moeten verminderen en zullen grote hoeveelheden CO2 die al in de atmosfeer zijn gepompt, moeten worden verwijderd om te voorkomen dat de aarde gevaarlijk snel opwarmt.
Maar Hazen put hoop uit de nieuwe inzichten die tijdens het DCO zijn opgedaan over de koolstofcyclus die zich diep onder het aardoppervlak afspeelt. Er bestaan volgens hem natuurlijke methoden om koolstof af te vangen en op te slaan, en die methoden zijn volgens hem “ongelooflijk krachtig.”
Zien hoe gesteente groeit
Bij een van die afvang- of ‘sequestratie’-methoden draait het om een uitgestrekte rotsplaat genaamd Semail-ofioliet in een gebied waar nu de staat Oman ligt. Lang geleden werd deze steenplaat vanuit de buitenmantel van de aarde naar de oppervlakte gestuwd. Door verwering en het microbiële leven binnenin dit gesteente wordt CO2 uit de atmosfeer geabsorbeerd en omgezet in koolstofmineralen.
Het proces is zó efficiënt dat “je het praktisch voor je ogen ziet hoe de CO2 uit de lucht wordt gezogen en in gesteente wordt omgezet,” zegt Hazen.
Experimenten waarbij koolstofrijke vloeistoffen in rotsformaties van de Semail-ofioliet zijn geïnjecteerd, hebben aangetoond dat koolstofmineralen zich zeer snel kunnen vormen. Daarmee zouden mogelijk miljarden tonnen aan CO2 uit de atmosfeer geabsorbeerd kunnen worden, zij het dat zoiets volgens Hazen een omvangrijk project zou zijn – en voor Oman een geheel nieuwe ervaring, aangezien dit land juist leeft van het oppompen van zijn rijke oliereserves.
Ofiolieten worden ook aangetroffen in Noord-Amerika, Afrika en elders in de wereld. Bij een andere natuurlijke vorm van CO2-sequestratie gaat het om basaltformaties zoals die op Hawaï voorkomen en die in verpulverde vorm veel CO2 uit de lucht kunnen opnemen. Op IJsland wordt nog een ander DCO-project voor natuurlijke CO2-sequestratie uitgevoerd. Onder de naam CarbFix worden daar koolstofhoudende vloeistoffen in basalt geïnjecteerd, waarna wordt bekeken hoe deze worden omgezet in vaste stoffen. De nieuwe ontdekkingen over het vermogen van de aarde om koolstof te absorberen “maken me enorm optimistisch,” zegt Hazen.
Inzicht in het oerleven
Het DCO heeft ook een optimistische kijk op de mogelijkheid van het bestaan van buitenaards leven op andere planeten opgeleverd. Pure diamanten bestaan uit koolstof, maar de meeste bevatten kleine ‘verontreinigingen’ van andere elementen. Als edelstenen worden ze daardoor minder zuiver, maar als onderzoeksobjecten zijn ze daardoor van onschatbare waarde. Uit deze verontreinigingen of insluitingen is namelijk gebleken dat ‘abiotisch methaan’ dient als energiebron voor levensvormen in diepe gesteentelagen.
Wanneer water onder immense druk in contact komt met het alomtegenwoordige mineraal olivijn, verandert dit gesteente in een ander mineraal genaamd serpentijn. Daarbij wordt ook abiotisch methaan geproduceerd. Als microben die onder aarde in een brede bandbreedte van extreme temperaturen en druk kunnen leven van de chemische energie van gesteenten, dan zou dat ook moeten gelden voor andere planeten.
De ontdekking is een verdere onderbouwing van de hypothese dat het eerste leven op aarde niet in de oceanen ontstond, maar diep onder de grond. “Het Deep Carbon Observatory heeft geleid tot belangrijke bewijzen” voor deze hypothese, zegt Jesse Ausubel, verbonden aan de Rockefeller University en wetenschappelijk adviseur van de Alfred P. Sloan Foundation.
Diamanten gaven de onderzoekers van het DCO ook de bevestiging van het idee dat er in diepe gesteentelagen meer water aanwezig is dan in alle oceanen op aarde bij elkaar – niet zozeer in vloeibare vorm, maar ingesloten in kristallen van mineralen. Net als koolstof moet dit water door middel van subductie van grote continentale en oceanische schollen in de diepten van de aardmantel zijn afgezonken.
Alarmbellen
Uit diverse DCO-projecten waarbij gassen uit een vulkaan in Costa Rica werden onderzocht, werd voor het eerst in de aanloop naar een uitbarsting een verandering van de verhouding tussen CO2 en zwaveldioxide (SO2) gemeten, wat hoop biedt op een potentieel alarmsignaal voor dit soort uitbarstingen.
“Dat de verhouding tussen deze gassen aan de vooravond van een uitbarsting veranderen, was gewoon een hypothese, maar dankzij het DCO hebben we die nu kunnen testen,” zegt Sami Mikhail van de University of St Andrews. “Dit zou kunnen werken als een deurbel, die ons vertelt wanneer er iemand aan de deur is.”
Meerdere vulkanen in dichtbevolkte gebieden, waaronder de Tungurahua in Ecuador, de Etna in Italië en de Soufrière op Montserrat, worden nu met deze methode in de gaten gehouden. Deze en andere meetstations hebben ook definitief bewijs opgeleverd voor de stelling dat de uitstoot van CO2 door vulkanen in het niet valt bij de uitstoot als gevolg van het gebruik van fossiele brandstoffen. Sommige klimaatsceptici wijzen al lange tijd op vulkanen als mogelijke oorzaak van de verhoogde CO2-concentratie in de atmosfeer.
Toekomst van het DCO
Hoewel het DCO nu wordt afgerond, zal de wereldwijde gemeenschap van wetenschappers die onderzoek doet naar de diepe koolstofcyclus blijven werken aan bestaand en nieuw onderzoek, daarbij gesteund door fondsen van de NASA, de Amerikaanse National Science Foundation, de Deutsche Forschungsgemeinschaft, het Canadian Institute for Advanced Research en andere instituties.
Het Institut du Physique de Globe du Paris zal als nieuw hoofdkwartier voor al dit onderzoek fungeren.
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
