Wat veroorzaakte deze kolossale krater in Siberië?

Het gapende gat is waarschijnlijk het gevolg van een explosieve combinatie van gas, ijs en modder – en door de klimaatverandering zal dat proces zich in de toekomst misschien vaker voordoen.

Friday, September 25, 2020,
Door Maya Wei-Haas
De pas ontdekte krater, een vijftig meter diep gat in de bevroren bodem, behoort tot de ...

De pas ontdekte krater, een vijftig meter diep gat in de bevroren bodem, behoort tot de grootste die tot nu toe zijn geïdentificeerd.

Foto van Evgeny Chuvilin

Toen leden van een Russische tv-ploeg onlangs boven de eindeloze Siberische toendra vlogen, zagen ze plotseling een interessant kenmerk in het landschap: in de bevroren grond was een krater met een doorsnede van ruim een half voetbalveld geslagen. Op een afstand van tientallen meters rondom de krater lagen brokken ijs en modder, die vanuit de diepe wond in de aarde waren weggeslingerd.

Het is de zoveelste keer dat dit soort merkwaardige kraters in het Siberische Noordpoolgebied zijn gespot, sinds de waarneming van een eerste krater in 2014. Wetenschappers denken dat ze ontstaan door een ontploffing van methaan- en kooldioxidegas dat in bulten van aarde en ijs ligt opgesloten – een fenomeen dat zich door de opwarming van de aarde mogelijk steeds vaker zal voordoen. Maar er bestaan nog veel vragen over het mechanisme van dit soort explosies. 

“We weten nog steeds niet precies hoe het gebeurt,” zegt Sue Natali, permafrostexpert aan het Woodwell Climate Research Center in Falmouth, Massachusetts. “En zal het ook op andere plekken gebeuren?”

In recent onderzoek naar soortgelijke kraters is gewezen op een mogelijke oorzaak: cryovulkanisme, waarbij de aarde niet gloeiendheet gesmolten gesteente maar een half-bevroren smurrie van modder en ijs uitbraakt. Het is een welbekend fenomeen op andere hemellichamen in ons zonnestelsel, zoals op Saturnus’ waterrijke maan Enceladus. Maar aangenomen wordt dat cryovulkanisme hier op aarde zeer zeldzaam is. Door de studie naar deze Siberische kraters hopen wetenschappers meer inzicht te krijgen in processen op buitenaardse werelden.

Daarnaast maakt de vondst duidelijk hoeveel er eigenlijk nog valt te ontdekken over onze blauwe planeet, vooral nu wetenschappers proberen uit te zoeken hoe de aarde zal reageren op een warmere toekomst. “Er zullen zich misschien processen gaan voordoen die we ons niet eens hadden voorgesteld,” zegt Natali. “Mogelijk zijn er meer fenomenen waarvan we het bestaan niet kennen. Je kent alleen wat je weet.”

Onderzoekers bezochten de krater kort nadat hij was ontdekt, in de hoop dat ze daardoor beter kunnen verklaren hoe deze gaten in het landschap ontstaan.

Foto van Evgeny Chuvilin

Buitenaards Noordpoolgebied

De eerste Siberische krater werd in juli 2014 ontdekt, waarna er al snel allerlei theorieën over de oorsprong van de krater de kop opstaken. De inslag van een meteoriet! Een raketexplosie! Aliens! 

Sindsdien hebben onderzoekers nog eens vijftien andere vermoedelijke kraters geïdentificeerd. Het nu gevonden gat – nummer 17 – is tot nu toe waarschijnlijk het grootste, zegt Evgeni Tsjoevilin, permafrostexpert van het Centrum voor de Winning van Koolwaterstoffen, onderdeel van het Russische Skolkovo Institute of Science and Technology (Skoltech). De Arctische kraters zijn lastig om te bestuderen, want na hun explosieve ontstaan vullen ze zich binnen enkele maanden of jaren met water, waardoor ze zich vanuit de lucht voordoen als een van de vele meren in het gebied.

Kort na deze laatste ontdekking haastten Tsjoevilin en zijn collega’s zich dan ook om monsters te nemen van de ijzige krater, die op het schiereiland Jamal in het hoge noordwesten van Siberië ligt. Maar in het grijze, gele en groene landschap van de Siberische toendra valt de krater “een beetje uit de toon, als een outsider,” zegt Tsjoevilin. “Als je een nieuwe krater nadert, is de enorme omvang van het ding het eerste wat je opvalt.” Er zijn ook vreemde geluiden te horen, omdat het langzaam smeltende ijs in de bodem de bijna verticale kraterwanden verder doet afbrokkelen en stukken aarde de diepte in vallen – “waardoor je de indruk krijgt dat het een levend wezen is,” zegt hij. 

Het team is nu “met urgentie” bezig om de genomen monsters te onderzoeken ten behoeve van een wetenschappelijke publicatie, legt Tsjoevilin in een e-mail uit.

De onderzoekers hopen niet alleen meer inzicht te krijgen in het explosieve ontstaansproces achter deze kraters maar ook te kunnen voorspellen waar de explosies zich in de toekomst kunnen voordoen. Ze zouden een risico voor de plaatselijke bevolking kunnen betekenen – sommige bewoners hebben luide knallen gehoord en vlammen gezien in de buurt van plekken waar nieuwe kraters zijn ontdekt, zegt Andrej Bysjkov, een geochemicus van de Staatsuniversiteit van Moskou die onderzoek heeft gedaan naar andere kraters maar de nieuwe krater nog niet heeft bezocht. In 2017 werd de explosieve vorming van een krater gemeld in de buurt van een kamp van Nenetsische rendierherders. De explosies zouden ook de alomtegenwoordige infrastructuur voor de olie- en gassector in de regio kunnen bedreigen.

Ingrediënten voor een ijsexplosie

Onderzoek naar andere kraters, zoals analyses van monsters die van de ijzige kraterwanden zijn genomen, hebben enkele aanwijzingen voor het ontstaan van de explosies opgeleverd. In 2018 stelden Bysjkov en zijn collega’s de hypothese voor dat de ontploffingen een vorm van cryovulkanisme waren en dat ze werden gevormd door een explosieve mix van gas, ijs, water en modder. 

De kraters ontstaan in permafrost, bodem die ook gedurende de zomermaanden permanent bevroren blijft. Het permafrostgebied beslaat op het noordelijk halfrond een oppervlakte van ruim 23 miljoen vierkante kilometer. De kraters lijken te ontstaan in diepe lagen van niet-bevroren ondergrond, taliks genaamd. Taliks vormen zich vaak onder meren, waar het bovenliggende water wordt opgewarmd en de bodem eronder wordt geïsoleerd. Maar terwijl de permafrost voortdurend opvriest en weer ontdooit, veranderen deze meren telkens van locatie, waarbij ze de ene keer vol water lopen en dan weer helemaal opdrogen. Als een meer opdroogt, begint de bodem ervan weer op te vriezen.

“Het lege meer bevriest van onderen, van boven, vanaf de oevers, vanuit alle richtingen,” zegt Katey Walter Anthony, ecologe aan de University of Alaska Fairbanks. Omdat ijs meer ruimte in beslag neemt dan water, zet het opvriezende ijs de niet-bevroren aardlagen onder hoge druk, zodat gas en water zich ophoopt en uiteindelijk naar de oppervlakte wordt gestuwd en daar wratvormige heuveltjes of pingo’s vormt.

Niet alle kraters kunnen in verband worden gebracht met meren, zegt Natali. Taliks kunnen ook onder andere omstandigheden ontstaan, bijvoorbeeld in onderaardse bodemlagen met een hoog zoutgehalte, waar het zout het vriespunt van het water verlaagt. Sommige pingo’s worden van onderaf voortdurend gevoed door opstijgend grondwater.

Pingo’s zijn in het hele Noordpoolgebied te vinden: op het noordelijk halfrond zijn er ruim elfduizend geteld. Maar explosies die kraters in de bodem slaan, doen zich zeer zelden voor en zijn tot nu toe alleen op de Siberische schiereilanden Jamal en Gyda ontdekt. Bovendien hebben de explosies nog een aanvullend ingrediënt nodig om zich voor te doen: gas.

In het westen van Siberië zijn grote voorraden aardgas gevonden en een deel van dat gas sijpelt waarschijnlijk via scheuren en poreuze bodems naar boven en hoopt zich op in de weke taliks. Maar er zijn nog andere mogelijke bronnen van het gas. Microben verteren organisch materiaal en scheiden methaan of kooldioxide uit. Een ander deel van het gas kan worden gevormd bij de afbraak van zogenaamde methaanhydraten, kristalvormig waterijs dat veel methaan bevat. 

“Het draait misschien niet om één oorzaak,” zegt Natali. In verschillende heuveltjes kan zich op verschillende manieren gas ophopen, maar al deze gassen doen hetzelfde: het opvoeren van de onderaardse druk. Uiteindelijk kan de gasdruk zó groot of de bovenliggende ijslaag zó instabiel worden dat het hele bouwsel in een krachtige explosie uit elkaar vliegt, waarbij veel modder wordt weggeslingerd en een diepe krater ontstaat. 

“Het is net als champagne,” zegt Bysjkov.

Klimaat en kosmos

Het onderzoek naar de explosies zou kunnen helpen bij het ontrafelen van explosieve ijsvulkanen op andere hemellichamen in het zonnestelsel. Volgens Lynnae Quick, een planetologe en geofysicus van het Goddard Space Flight Center van de NASA die is gespecialiseerd in cryovulkanisme, doen de Siberische kraters fascinerend genoeg sterk denken aan het ijsvulkanisme op de dwergplaneet Ceres, waar (in tegenstelling tot veel andere ijswerelden waar zich cryovulkanisme voordoet) enkele van de ingrediënten zijn te vinden die ook bij de explosies in het Noordpoolgebied een rol spelen. 

“Ceres is zeer interessant omdat het deels een rotsachtige bodem heeft en omdat die bodem is betrokken bij processen die we niet op andere ijsmanen aantreffen,” zegt Quick. “We proberen nog steeds te achterhalen wat zich daar precies afspeelt.”

Zo ook zijn talloze vragen over de Siberische kraters nog niet beantwoord. Een van die vragen draait om de link met de klimaatverandering. In de laatste jaren zijn in het Noordpoolgebied ongebruikelijk hoge temperaturen gemeten. Afgelopen zomer bereikte de temperatuur in het Russische stadje Verchojansk op 20 juni 38 graden Celsius – de hoogste temperatuur in de regio sinds het begin van de officiële metingen in 1885.

Hoewel er sinds de ontdekking van de eerste krater in 2014 steeds meer van deze gaten in de grond zijn gevonden, is het volgens Walter Anthony mogelijk dat het fenomeen zich al duizenden jaren lang voordoet en tot nu toe onopgemerkt is gebleven. Het aantal vluchten boven het gebied is sterk toegenomen en vooral de bevolking van Jamal is enorm gestegen. “Er loopt nu een spoorweg en er liggen grote steden,” zegt Bysjkov.

Ook de opwarming van de aarde kan bijdragen aan het feit dat zich meer en meer van deze explosies voordoen, aangezien ondergrondse bellen met gas op een explosieve manier kunnen vrijkomen als de erboven liggende ijslaag smelt. Volgens Walter Anthony kunnen door het ontdooien van de permafrost ook steeds vaker scheuren en schachten in de bodem ontstaan, waardoorheen ondergronds opgehoopt gas, als door een schoorsteen, naar de oppervlakte kan opborrelen en zich in taliks kan ophopen. 

Vergeleken met de grootschalige uitstoot van broeikasgassen op aarde zijn de wolkjes methaan en kooldioxide die bij elke explosie vrijkomen waarschijnlijk onbelangrijk. Maar ze kunnen wel “op korte termijn inzicht bieden in een fenomeen van de lange termijn,” zegt Walter Anthony.

De klimaatverandering heeft al zijn tol geëist in het Noordpoolgebied, dat minstens tweemaal zo snel opwarmt als de rest van de planeet. Elk jaar ontdooit een steeds dikkere laag van koolstofrijke permafrost – en op sommige plekken bevriest die bodem zelfs in de wintermaanden niet meer. Door de ontdooide permafrost kunnen microben zich tegoed doen aan organisch materiaal en veel kooldioxide of methaan uitscheiden. Maar het ontdooiende permafrost kan een nog groter probleem veroorzaken, want het fungeert volgens Walter Anthony ook als een deksel op veel diepere lagen met geologisch methaangas, dat vanwege de bevroren ondergrond de oppervlakte moeilijk kan bereiken. Als de permafrost ontdooit, kan dat deksel steeds poreuzer worden, waardoor het methaan kan ontsnappen.

Walter Anthony onderzoekt dit fenomeen in meertjes in het Noordpoolgebied en wijst erop dat recente studies naar de vorming van kraters aanwijzingen hebben opgeleverd dat er nu al gas uit diepere lagen naar de oppervlakte opborrelt. “Als we de permafrost veranderen van een stevig blok kaas in een stuk gatenkaas, zal dit fenomeen sterker worden,” zegt zij. “Het is dé onberekenbare factor in het verhaal van de klimaatverandering.”

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer