Auteur: Jan Voskuil

Het Groningen gasveld vertoont sinds de jaren ’90 aardbevingen. Dat de aardbevingen veroorzaakt worden door de gaswinning daar is al geruime tijd duidelijk. Maar wat gebeurt daar nou precies? Daar was zeker na de Huizinge-aardbeving in 2012 veel belangstelling naar. Dit leidde tot een groot onderzoek vanuit de NAM, waar mijn onderzoek aan Universiteit Utrecht onderdeel van was. Het aardgas in Groningen zit op drie kilometer diepte opgesloten in een laag zandsteen. Dat bestaat uit samengeklonterde zandkorreltjes, waar ruimte tussen zit. In die poriën zit aardgas. Tijdens gasproductie zakt het zandsteen een stukje in. In een lab bootste ik de condities op die diepte na, zoals hoge druk en temperatuur, en bekeek wat er gebeurde als je vervolgens gas onttrekt. Tijdens deze winterlezing zal ik dit onderzoek beschrijven, en ingaan op de resultaten die hierbinnen heb behaald. Hoe zakt een zandsteen in tijdens gesimuleerde gasproductie? Verschuiven de korreltjes ten opzichte van elkaar? Of barsten ze? En wat maken die korreltjes eigenlijk uit, nu de overheid van plan is in de komende jaren te stoppen met gasproductie in Groningen? 

Het levenswerk van prof. Vening Meinesz was om het zwaartekrachtveld van de aarde in kaart te brengen met talrijke onderzeebootexpedities. Bij deze expedities nam de professor een slingerapparaat mee, dat door de zeelieden gedoopt werd tot “Het Gouden Kalf”. Tot 1950 was dit het enige instrument dat het zwaartekrachtveld met een dergelijke precisie kon bepalen op de oceanen van de Aarde. Deze expedities waren verantwoordelijk voor 37 jaar oceaan gravimetrie dat de continentale data completeerde tot globale kaarten van de zwaartekracht. De observaties maakte nieuwe studies mogelijk over het binnenste van onze planeet en liet de toepasbaarheid van globale zwaartekracht onderzoek zien. Uiteindelijk resulteerde dit in speciale zwaartekrachtsatellietmissies die het veld nog beter in kaart brachten. Door het Doppler effect van het radiosignaal in kaart te brengen kunnen wetenschappers de beweging van ruimtevaarttuigen bepalen en daardoor ook de ‘verstorende’ effecten van het zwaartekrachtveld. Deze techniek wordt ook toegepast met satelliet missies rond andere hemellichamen. Hierdoor zijn er van de verschillende planeten, manen en asteroïden kaarten van hun zwaartekracht veld. Hiermee krijgen we een blik in het binnenste van deze lichamen. Tijdens het college neem ik u mee langs dit hele process en laat ik verschillende ontdekkingen zien die we hebben verkregen dankzij deze observaties. Gaat u mee op zwaartekrachtexpeditie in onderzeeboten en ruimtevaarttuigen?

De Alpiene orogenese heeft grote gevolgen gehad voor de bodembewegingen in Nederland en omstreken. Tijdens de laatste fase van de gebergtevorming was er sprake van een NW-ZO gerichte plaat-tektonische kracht, die zorgde voor opheffing van de Ardennen en het Rijns Massief (inclusief Zuid Limburg), en daling van de bekkens in de Nederlandse ondergrond. Deze fase is nog actief. De geschiedenis van de opheffing kunnen we onder andere reconstrueren uit de planatie-vlakken, en de re-organisatie van het Maas riviersysteem, en de terrassen van de Maas. De tektonische bodemdaling vindt voor een belangrijk deel plaats d.m.v. verplaatsing langs breuken. De verplaatsingen langs de belangrijkste breukzones zijn vooral plotseling geweest (aardbevingen), en gingen gepaard met belangrijke aardbevingen. De breuk-verplaatsingen zijn nog steeds herkenbaar in het landschap, en ze zijn belangrijk geweest voor de ontwikkeling van de Maas.

Afgezien van plaat-tektonische krachten spelen ook ander processen een belangrijke rol bij de tektonische bodembewegingen: Eifel-vulkanisme beïnvloedt de opheffing van de Ardennen en de aardbevingen, tot op de dag van vandaag, en glacio-isostasie is belangrijk geweest voor aardbevingen tijdens de afloop van de laatste ijstijd.

Zes miljoen jaar geleden sluit de Middellandse Zee zich af van de Atlantische Oceaan. Verdamping neemt de overhand en de Middellandse Zee verandert in een serie van kleine afgesloten zoute meertjes. Deze Messiniaanse zoutcrisis is al tientallen jaren onderwerp van onderzoek vanuit een breed scala aan aardwetenschappelijke disciplines. Een van de onzekerheden die onderzoekers blijvend bezighoudt is de kwantificering van zeespiegelschommelingen, met name in de laatste fase van de crisis, ook wel de Lago-Mare genoemd.  Hoe verliep de overgang naar een grotendeels open verbonden Middellandse Zee ten tijde van het Plioceen? Seismische profielen suggereren dat deze overgang een catastrofaal karakter had. We spreken van de Zancliaanse vloed, waarbij de straat van Gibraltar openbreekt, gevolgd door een onomkeerbare opvulling van het Middellandse Zee bekken. De uitdrukking van deze ‘overstroming’ werd tot voor kort niet herkend of beschreven in Mioceen-Pliocene gesteente opeenvolgingen op land. Daar kwam afgelopen jaar verandering in. Ik schreef samen met mijn collega’s een artikel in Sedimentology waarin we een dergelijk fysiek bewijs melden, aan de zuidkust van Sicilië. In deze lezing bespreek ik de sedimentologie van deze prachtige afzettingen en plaats ik hun vormingsproces in de context van de meest recente inzichten over de Messiniaanse zoutcrisis.

De studie naar de wisselwerking tussen de aarde en het leven is een relatief jonge tak van wetenschap, die nog steeds sterk in ontwikkeling is. In deze presentatie worden enkele hoogtepunten nader belicht.

Welke invloed hebben geologie en klimaat op de biologische evolutie? Wat bepaalt massaal uitsterven of het ontstaan van nieuwe soorten? Welke nieuwe inzichten verkrijgen we uit het moderne DNA onderzoek naar evolutionaire stambomen in combinatie met geologische kennis? We gaan nader in op een voorbeeld uit de plantenwereld en de dierenwereld: de mens. Andersom blijkt het leven op aarde ook van grote invloed op de geologie. Als voorbeeld kijken we naar de ontwikkeling van het aantal mineralen op aarde. De enorme invloed van de vorming van zuurstof door algen en planten is al langer bekend. Nu is er echter een tijdlijn en kunnen we het ontstaan van nieuwe mineralen volgen vanaf het ontstaan van de aarde tot heden en hebben we ook een vermoeden van het aantal mineralen dat nog kan worden ontdekt.

Permafrost – permanent bevroren bodem – komt voor op een kwart van het landoppervlak van het Noordelijk halfrond. Permafrost bevat veel ijs en organische stof. Als het klimaat opwarmt kan de permafrost ontdooien. De klimaatopwarming is juist ook het sterkst in de meest noordelijke gebieden.

Ontdooien van permafrost zet een hele reeks processen in gang – biochemische veranderingen in de bodem, veranderingen in de vegetatie en ecosystemen, waterhuishouding, vorming van poelen en meren, en soms grootschalige bodemerosie. Dat kan leiden tot de emissie van broeikasgassen uit de bodem: CO₂, maar ook het veel sterkere methaan (CH₄) en lachgas (N₂O). Dit is een zelfversterkend effect van de opwarming van het klimaat.

Aan de hand van onderzoekservaring in Siberië wordt besproken hoe dat werkt, en in hoeverre ecosystemen de schade van opwarming en broeikasgasemissies kunnen repareren.   In Nederland kwam in de laatste ijstijd ook permafrost voor; de sporen ervan in de bodem zijn overal te vinden. Het ontdooien van de ijstijd-permafrost leidde ook tot grote veranderingen in het landschap. Hoe snel ging de dooi toen, en hoe snel nu?

Wereldwijde grote en snelle afnames van het leven komen in de geologische geschiedenis herhaaldelijk voor. Hoe vaak en wanneer zijn die massale golven van uitsterven er geweest? Wat is de mogelijke oorzaak, of zijn er meerdere scenario’s? Welke gevolgen zien we in de sedimenten en aan de fossielen die we vinden? Wie zijn het slachtoffer en welke soorten weten zo’n catastrofe te overleven? Kunnen we zo’n catastrofe voorkomen, of zijn we zelf de volgende al aan het veroorzaken? Allemaal vragen die aan bod komen en waarover wat meer duidelijkheid zal worden gegeven.

In Nederland worden elk jaar miljoenen kubieke meters afval geproduceerd. Daarvan is maar een zeer klein deel radioactief. Radioactief afval ontstaat bijvoorbeeld bij het opwekken van elektriciteit, het stellen van medische diagnoses, het behandelen van ziektes en tijdens de controle van lassen van windmolens. Omdat straling in potentie gevaarlijk is voor mens en milieu, moet het zorgvuldig worden beheerd. In Nederland wordt het radioactief afval door COVRA, de Centrale Organisatie Voor Radioactief Afval, opgehaald, verwerkt en voor minstens 100 jaar bovengronds opgeslagen in speciaal daarvoor ontworpen gebouwen.

Maar die bovengrondse opslag is slechts een tijdelijke oplossing. Een deel van het afval zal honderdduizend jaar en mogelijk langer uit de leefruimte van de mens moet worden gehouden. Voor zo’n lange termijn kun je geen gebouwen ontwerpen. Een eindberging, oftewel het definitief opbergen van radioactief afval in stabiele geologische lagen (enkele honderden meters) diep in de ondergrond, is volgens wetenschappers de enige lange termijn oplossing.

Wereldwijd wordt daarom actief onderzoek gedaan naar een eindberging. In sommige landen is een eindberging al in aanbouw (Finland) of al operationeel (Verenigde Staten). Nederland zal pas in 2100 een definitief besluit nemen over een eindberging, die dan in 2130 operationeel zou moeten zijn. Ondanks dat een eindberging in Nederland dus voorlopig nog op zich laat wachten, wordt er al onderzoek gedaan naar geschikte geologische lagen. Waarom willen we nu al weten hoe die eindberging eruitziet? Kun je het afval veilig opbergen voor meer dan 100.00 jaar? Waarom ook zout naast klei een geschikt geacht gastgesteente voor eindberging? Dat zijn vragen die dr. Jeroen Bartol, onderzoeker bij COVRA, in de lezing zal beantwoorden.

Mensen zijn al duizenden jaren gefascineerd door bergen. Van filosofen uit de Griekse oudheid tot de eerste wetenschappers uit de Renaissance en de Verlichting, allemaal ontwikkelden zij theorieën om het ontstaan van bergketens te verklaren. Ruim 200 jaar geleden begonnen de eerste geologen gesteenten en structuren in diverse bergketens zoals de Alpen, Himalaya en Andes in kaart te brengen, om deze bergen beter te begrijpen. Met de komst van de Theorie van de Plaattektoniek in de jaren zestig van de vorige eeuw werd duidelijk in wat voor een setting zulke gebergten worden gevormd, namelijk die van convergerende tektonische platen, en wat het fundamentele verschil is tussen Andes-achtige gebergten en Himalaya-achtige gebergten. Wat echter ontbrak in deze theorie was een aandrijfmechanisme dat verantwoordelijk is voor de enorme krachten die nodig zijn om dergelijke bergketens te bouwen. De afgelopen decennia hebben geologen en geofysici steeds meer gebruik gemaakt van zowel laboratorium experimenten alsmede computermodellen om gebergtevorming te simuleren en de aandrijfkrachten te doorgronden. In deze lezing zullen geavanceerde experimenten en computermodellen worden gepresenteerd, die laten zien hoe de aardse lagen worden gebroken, verkreukeld, en verkort om zo bergen te vormen. Tevens tonen de simulaties aan dat om een verklaring te geven voor het ontstaan van de langste bergketen ter wereld, de Andes, en het allerhoogste gebergte, de Himalaya, we duizenden kilometers diep in de aarde moeten kijken, op een plek waar gezonken tektonische platen interacteren met de aardse mantel.