De onthulde geheimen van de oceaanbodem

OM DE betekenis van de dingen die de onderzoekers van de Alvin zagen te begrijpen, hebben we enig inzicht nodig in de structuur van de aarde. Men is tot de conclusie gekomen dat de grond onder onze voeten bestaat uit een vaste laag (de lithosfeer genoemd) die op een massa gesmolten, zich langzaam verplaatsend gesteente rust. Kennelijk is deze vaste buitenste laag gemiddeld zo’n 100 kilometer dik en maakt ze slechts een 0,6 procent van het volume van de planeet uit. Het bovenste deel ervan, de aardkorst, is ongelijk, dikker onder de continenten en slechts 6 kilometer dik onder de middenoceanische ruggen.

Bovendien bestaat deze vaste buitenste schil niet uit één stuk, zoals de schaal van een gaaf ei. In plaats daarvan blijkt ze gebroken te zijn in een aantal grote, vaste platen en flink wat kleinere stukken, die allemaal tektonische schollen worden genoemd. Die vormen de continenten en oceaanbekkens. De schollen verplaatsen zich ten opzichte van elkaar. Waar ze uiteengaan, worden ze dunner en vormen ze de slenken van de middenoceanische ruggen. Wereldwijd verplaatsen de schollen zich gemiddeld een centimeter of drie per jaar.

Volgens de theorie van de schollentektoniek kan er als de schollen langs de ruggen uiteenwijken, heet gesteente opwellen uit de mantel, het gebied onder de korst. Het hete materiaal vormt nieuwe oceaankorst langs de slenkzone, maar dat leidt er niet toe dat de schollen zich samenvoegen.  In plaats daarvan blijven ze uiteenwijken, zodat het slenksysteem lijkt op een grote wond die nooit geneest.

Terwijl aan een schol nieuwe lagen worden toegevoegd bij de middenoceanische ruggen, schuift het andere uiteinde ervan geleidelijk onder de aangrenzende schol en zakt weg in de hete mantel eronder. Daar wordt ze geassimileerd in de mantel. Het gebied waar een schol wegzakt, wordt een subductiezone genoemd. Subductiezones bevatten enkele van de diepste troggen ter wereld. De Marianentrog bij Guam in de Grote Oceaan bijvoorbeeld is ruim 11.000 meter diep. Zou de Mount Everest, de hoogste berg op aarde, in deze trog worden gezet, dan zou de top ervan zich nog 2000 meter onder de zeespiegel bevinden!

Een oase — Van gifstoffen!

Door zijn uiterst onstabiele en vulkanische aard wemelt het in het stelsel van middenoceanische ruggen dat de aardbol omcirkelt van lavastromen en hydrothermale bronnen. De bronnen spugen een toxisch, oververhit drankje uit van water en opgeloste mineralen uit het inwendige van de aarde. Maar verbazingwekkend genoeg stoot dit onherbergzame gebied, waar de druk bovendien honderden malen groter is dan die ter hoogte van de zeespiegel, het leven niet af maar trekt het dat juist aan — in overvloed zelfs! Tot de honderden daar levende soorten behoren bacteriën, reusachtige schelpdieren — van misschien wel dertig centimeter lang — en, het vreemdst van allemaal, bosjes met vuurrode pluimen getooide kokerwormen die stevig  in de zeebodem verankerd zijn en wel 1,8 meter lang kunnen worden.

Wanneer de dieren uit de omgeving van de bronnen aan de oppervlakte worden gebracht, stinken ze naar rotte eieren! Die stank ontstaat niet door rotting maar door zwavelwaterstof — een kwalijk riekende en uiterst giftige chemische verbinding die rijkelijk in hydrothermale bronnen voorkomt. Het bronwater heeft ook een bijzonder hoge zuurgraad en bevat veel metalen, waaronder koper, magnesium, ijzer en zink. Maar in plaats dat kokerwormen en andere dieren het nauwelijks redden in dit milieu — dat wel vergeleken is met een dumpplaats voor giftig afval — doen ze het er heel goed! Hoe komt dat? Laten we om dat te begrijpen de kokerworm eens nader bekijken.

Een levend raadsel

Toen biologen de kokerwormen bestudeerden, kwamen ze tot de ontdekking dat het levende raadsels waren. Ze hadden geen bek en geen spijsverteringsstelsel. De vraag rees hoe ze aten en voedsel verteerden. Toen ontdekte men iets opzienbarends: de wormen hadden rood bloed — geen bloedachtige vloeistof maar echt bloed, rijk aan hemoglobine — dat door hun lichaam en pluim circuleerde.

De mysteries werden nog groter toen biologen de weke zak in het lichaam van de kokerworm openmaakten. De weefsels bevatten een bacteriecultuur die uit tien miljard bacteriën per gram weefsel bestond! In 1980 kwam een biologiestudente tot de theorie dat de kokerworm leeft door symbiose — een verschijnsel waarbij twee soorten tot wederzijds nut samenwerken. Onderzoek bevestigde haar hypothese, want het bleek dat de kokerworm, als gastheer, de bacteriën voedt en de bacteriën de worm voeden.

Net als kieuwen verzamelen de pluimen van de kokerworm de ingrediënten, zuurstof en koolstof bijvoorbeeld, die de bacteriën nodig hebben om voedsel te produceren. De pluimen wuiven niet rechtstreeks in het verschroeiende bronwater — dat zou zelfmoord zijn — maar dicht bij de plek waar bijna bevriezend zeewater en bronwater zich vermengen. Natuurlijk vergt dit voedselproductieproces energie. Op het aardoppervlak — en in het bovenste deel van de oceaan — voorziet het zonlicht in de voor de voedselproductie benodigde energie; het laat de vegetatie groeien. Maar het zonlicht komt in de verste verte niet in de buurt van het diepzeegebied waar de kokerworm woont.

Energie uit het inwendige van de aarde

De Schepper heeft het vernuftig zo geregeld dat het inwendige van de aarde voor de nodige energie zorgt via de hydrothermale bronnen en die walglijk ruikende verbinding zwavelwaterstof. Als het „zonlicht” van de levensgemeenschappen bij de bronnen voorziet zwavelwaterstof in de energie die de bacteriën nodig hebben om zich van hun voedselproducerende taak te kwijten. Ondertussen zijn de bacteriën de „planten” van die levensgemeenschap omdat ze aan de basis staan van de plaatselijke voedselketen. *

Om alle chemicaliën die de bacteriën nodig hebben te binden, bestaat het bloed van de kokerworm uit hemoglobinemoleculen die dertigmaal zo groot zijn als de hemoglobinemoleculen bij mensen. Het bloed transporteert deze chemicaliën naar de hongerige bacteriën, en de bacteriën produceren op hun beurt voedsel voor de kokerworm.

Het leven rond de bronnen — Een hele verzameling organismen!

Niet één dier dat bij de bronnen leeft, hoeft honger te lijden, want op vrijwel alles ligt een deken van bacteriën, soms wel centimeters dik! Zelfs in de warme turbulentie boven de bronnen verzamelen de bacteriën zich soms als het ware tot een flinke sneeuwstorm en vormen zo in feite een levende soep. Net als de kokerwormen hebben sommige andere dieren een symbiotische relatie met de bacteriën, terwijl weer andere zich rechtstreeks te goed doen aan deze micro-organismen. Deze levensgemeenschappen zijn zelfs zo vruchtbaar en actief dat ze wel vergeleken zijn met schorren, tropische regenwouden en koraalriffen in ondiep water.

 In feite zijn er in de buurt van de bronnen al zo’n 300 nieuwe soorten geïdentificeerd. Daartoe behoren reusachtige witte schelpdieren en mosselen (pigment is overbodig in een wereld waar het eeuwig nacht is), octopussen en vraatzuchtige witte krabben die dol zijn op de tere pluimen van kokerwormen. De wormen beschikken ter bescherming over een snelle reflex waardoor de pluim snel veilig in de koker wordt teruggetrokken.

Andere leden van deze levensgemeenschappen zijn zeespinnen, slakken, dansende garnalen, schaalhorens, roeipootkreeftjes, aalachtige vissen die rondglibberen op de met bacteriën en zwavel bedekte oppervlakken, kleinere soorten kokerwormen en andere wormen. Tot de laatste behoren spaghettiwormen en Pompejiwormen. De naam spaghettiwormen is heel toepasselijk, want ze doen denken aan een handvol op de rotsen gedrapeerde witte spaghetti. Wat de Pompejiworm uniek maakt, is zijn vermogen temperaturen van tegen de 80 °C te verdragen! Uiteraard zijn ook de bacteriën waarmee de Pompejiworm overdekt is tegen hoge temperaturen bestand. *

Een mysterieus licht!

In 1985 waren wetenschappers verrast toen ze bij de bronnen garnalen aantroffen die twee oogachtige organen hebben met lichtgevoelige chemicaliën maar geen lenzen. Uiteraard was de eerste vraag die bij hen opkwam: Wat konden deze diertjes mogelijkerwijs zien in een wereld van totale duisternis? Om daarachter te komen, maakten onderzoekers gebruik van een bijzonder gevoelige digitale camera, zoals die gebruikt wordt om vage sterren te fotograferen. Ze richtten de camera op een bron, deden al hun lichten uit en namen een foto.

 Het resultaat was verbazingwekkend. Het beeld onthulde „een spectaculaire, onmiskenbare gloed met een scherp afgetekende rand” waar de straal heet water de schoorsteen verliet, zegt de onderzoekster Cindy Lee Van Dover. Maken de garnalen gebruik van dit mysterieuze licht, dat onzichtbaar is voor mensenogen? Hoe het ook zij, de ontdekking dat hydrothermale bronnen gloeien, „opent een heel nieuw terrein van onderzoek”, aldus Van Dover.

De grootste en de kleinste

Onlangs bleek op een stuk methaanrijke zeebodem de grootste bacterie te huizen die de wetenschap kent. Deze reuzen, die in 1997 ontdekt werden en lijken op een snoer kralen, zijn 100 tot 200 maal zo lang als de gemiddelde bacterie. Het zijn ook grote eters, die vrijwel geen spoortje van de toxische sulfiden in het bezinksel overlaten en zo het gebied veilig maken voor andere oceaanbewoners.

Wat wel eens het kleinste levende organisme op aarde zou kunnen zijn, werd ook recent onder de zee ontdekt, zij het in dit geval vijf kilometer onder de zeebedding! In een verslag in The New York Times wordt de ontdekking, die voor de kust van Western Australia werd gedaan, beschreven als „zo bizar dat ze een verhit internationaal debat op gang heeft gebracht”. Het voornaamste punt waar het om gaat, is of de nanoben — zo genoemd omdat hun grootte gemeten wordt in nanometers of miljardsten van een meter — levende organismen zijn. Ze lijken op schimmels, zijn ruwweg even groot als virussen, hebben DNA en schijnen zich snel te vermenigvuldigen en compacte kolonies te vormen.

Er wordt nu zo veel leven ontdekt, dat veel wetenschappers geloven dat de totale massa  microbieel leven die in de bovenkorst van de aarde schuilt, de massa van alle oppervlakteleven wel eens ver zou kunnen overtreffen! Deze ontdekkingen brengen een revolutie in het wetenschappelijk denken teweeg. Een geleerde zei: „Dogma’s hebben de afgelopen paar jaar afgedaan in de microbiologie. Het veld heeft zichzelf opnieuw ontdekt. Het is in wezen een nieuwe wetenschap.”

Sterker nog, deze beslist verstrekkende ontdekkingen leren ons iets wat uitreikt boven de wetenschap. De bijbel geeft de essentie van dit inzicht als volgt weer: „[Gods] onzichtbare hoedanigheden worden van de schepping der wereld af duidelijk gezien, omdat ze worden waargenomen door middel van de dingen die gemaakt zijn” (Romeinen 1:20). God bekommert zich bijvoorbeeld erg om reinheid. Dat blijkt duidelijk uit de bacteriën en andere zeedieren die veel potentiële gifstoffen helpen ontgiften die afkomstig zijn uit het inwendige van de aarde en uit rottende materie die bezinkt uit de oceaan erboven. Het is duidelijk dat de gezondheid van de planeet en van al wat erop leeft God ter harte gaat. Zoals we in het volgende artikel zullen zien, waarborgt deze eigenschap van de Schepper een glorieuze toekomst voor al het aardse leven.

[Voetnoten]

 [Kader/Illustratie op blz. 7]

Wat zijn hydrothermale bronnen?

Langs de vulkanische middenoceanische ruggen sijpelt zeewater door barsten in de korst omlaag naar gebieden die extreem heet zijn. Het water raakt daarop oververhit, reageert met gesteente en absorbeert een aantal chemicaliën. Dan welt het weer op uit de zeebodem en vormt hydrothermale bronnen of geisers. Die kunnen het volgens een verwijsbron „qua kracht en spectaculaire aanblik gemakkelijk opnemen tegen hun aardse parallellen”.

Bovendien kan de temperatuur van deze diepzeebronnen wel tegen de 400 °C bedragen, wat heter is dan gesmolten lood! Maar door de druk die uitgeoefend wordt door kilometers oceaan erboven, gaat de oververhitte vloeistof niet over in stoom. Het verbazingwekkende is, dat op een centimeter of twee van een hete straal de omringende zeetemperatuur gewoonlijk slechts enkele graden boven het vriespunt is. Mineralen die uit snel afkoelende bronnen neerslaan, vormen op de zeebodem hopen en schoorstenen. De laatste kunnen een hoogte van wel 9 meter bereiken. Eén schoorsteen bleek zelfs 45 meter hoog en bijna 10 meter in doorsnee te zijn, en hij groeide nog steeds!

Hydrothermale bronnen kunnen een onregelmatig spuitgedrag vertonen, wat het leven rond de bronnen tot een hachelijk bestaan maakt. Sommige dieren kunnen echter overleven door naar andere bronnen te migreren.

[Verantwoording]

P. Rona/OAR/National Undersea Research Program

[Kader/Illustratie op blz. 10]

Brandbaar ijs!

Vanaf de jaren ’70 ontdekten wetenschappers die voor de kust van Noord-Amerika werkten afzettingen van een opmerkelijke substantie die methaanhydraat heet — een verbinding van bevroren water en het brandbare gas methaan. Het methaan wordt afgescheiden door microben in de modder. Deze microben eten organisch materiaal dat vanuit de oceaan erboven afgezet is. Het methaan verbindt zich dan met bijna bevroren water tot methaanhydraatkristallen. Deze kristallen zijn als het ware minuscule ijskooitjes waarin methaan gevangenzit. Voor de vorming van de kristallen moet het water net iets boven het vriespunt zijn en moet er minstens 500 meter water boven de zeebodem staan. Wordt aan deze voorwaarden voldaan, dan ontwikkelen zich methaanhydraatkristallen, die een schuimende, sneeuwachtige substantie vormen. Wanneer een klompje ervan aan de oppervlakte wordt gebracht en wordt aangestoken, brandt het met een rossige vlam. Het enige wat ervan overblijft, is een plasje water.

Methaanhydraat is een rijke energiebron. Wetenschappers schatten dat de afzettingen ervan in totaal ongeveer tweemaal zo groot zijn als de reserves van alle andere fossiele brandstoffen samen! (Tot de fossiele brandstoffen behoren steenkool, olie en aardgas — waarvan methaan ook een voornaam bestanddeel is.) Tot dusver heeft men deze enorme energiebron echter niet aan kunnen boren omdat methaanhydraat snel uiteenvalt wanneer het uit de omgeving waarin het zich vormt, wordt gehaald.

De methaanhydraatbeddingen bevatten ook bronnen en schoorstenen, maar de vloeistof die eruit spuit is koud, in tegenstelling tot de hete bronnen van de middenoceanische ruggen. Maar omdat uit de bronnen giftige pluimen van methaan, zwavelwaterstof en ammoniak komen, voeden ze welvarende levensgemeenschappen van kokerwormen, schelpdieren, chemicaliënetende bacteriën en talrijke andere diertjes. Het chemisch afval van deze methaanetende bacteriën leidt tot de vorming van kalksteen — dezelfde onschadelijke substantie waaruit koraal bestaat. *

[Voetnoot]

[Diagram/Illustratie op blz. 4, 5]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Mantel (gedeeltelijk gesmolten)

Aardkorst

Trog

Subductiezone

Tektonische schol

Slenk

Wanneer schollen uiteenwijken, vormen zich slenken

[Illustratie]

De middenoceanische ruggen slingeren zich rond de aarde als de naad op een tennisbal

[Verantwoording]

NOAA/Department of Commerce

[Kaart op blz. 7]

(Zie publicatie voor volledig gezette tekst)

Grote oceaanslenken en -troggen

1. Marianentrog

2. Oost-Pacifische Rug

3. Galápagosslenk

4. Midden-Atlantische Rug

[Verantwoording]

NOAA/Department of Commerce

[Illustratie op blz. 8]

Mosselen

Mosselen worden op een diepte van 1000 meter aangetroffen in Green Canyon, Golf van Mexico

[Verantwoording]

J. Brooks/OAR/National Undersea Research Program

[Illustratie op blz. 8, 9]

Kokerwormen

Hun tere pluimen bevatten bloed dat rijk is aan hemoglobine

 [Verantwoording]

OAR/National Undersea Research Program

[Illustratie op blz. 9]

Krabben

Deze dieren doen zich meestal te goed aan kokerwormen

[Verantwoording]

I. MacDonald/OAR/National Undersea Research Program

[Illustratie op blz. 9]

Reusachtige schelpdieren

Deze misschien wel 30 centimeter lange dieren werden op een diepte van 3000 meter gevonden

[Verantwoording]

A. Malahoff/OAR/National Undersea Research Program

[Illustratie op blz. 9]

Enkele schelpdieren werden meegenomen naar de oppervlakte

[Verantwoording]

Photograph by William R. Normark, USGS

[Illustratie op blz. 9]

Garnalen

Sommige hebben twee oogachtige organen. Maar wat kunnen ze zien in totale duisternis?

[Verantwoording]

EMORY KRISTOF/NGS Image Collection

[Illustratie op blz. 11]

Nanoben

Zijn dat de kleinste levensvormen op aarde?

[Verantwoording]

Dr. Philippa J. R. Uwins/University of Queensland