Je leest:

Rivieren op de bodem van de oceaan

Rivieren op de bodem van de oceaan

Auteur: | 15 februari 2012

Als je regelmatig naar SpongeBob Squarepants kijkt ken je het verschijnsel: Rivieren en zelfs stranden die zich onder het zeeoppervlak bevinden. Maar wist je dat onderzeese rivieren ook in het echt bestaan? Met hoge snelheden, tot wel 80 kilometer per uur, banen deze troebele stromen zich een weg naar de diepe oceaan. Aardwetenschapper Matthieu Cartigny van de Universiteit Utrecht deed het proces na in het laboratorium, om zo voorspellingen te kunnen doen over de afzettingen die deze rivieren achterlaten op de oceaanbodem. Op 17 februari verdedigde hij zijn proefschrift over erosie en sedimentatie van onderwaterrivieren.

De Monterey Kloof voor de kust van Californië. De kloof is uitgesleten door een onderzeese rivier, en wordt op dit moment nog altijd groter.
Doug Smith, California State University

Afzettingen

Matthieu Cartigny bestudeerde de koppeling tussen de stromingseigenschappen van de onderwaterrivieren en de vorm en inhoud van de sedimentlichamen (turbidieten) die door deze zogeheten troebelingsstromen worden afgezet. Bestaande tabellen die het verband geven tussen het type bedding (duinen, ribbels) en de stroomsnelheid, diepte en korrelgrootte van de sedimentstromen konden hiermee aanzienlijk worden uitgebreid. En dat is handig, zegt Cartigny. “Als er bijvoorbeeld uit een beperkt aantal boringen iets over een afzetting bekend is, kunnen deze nieuwe inzichten gebruikt worden om de aard van de afzetting ook in het onbekende gebied tussen de boorputten in te bepalen.” Het is waardevolle informatie: het zetten van één extra offshore boring loopt al gauw in de miljoenen.

Hoe ontstaat een onderzeese rivier?

Wie vanaf land de oceaan op vaart bevindt zich eerst in een tamelijk ondiepe kustzee (het continentaal plat), om een paar kilometer verderop vrij plotseling de diepe oceaan te bereiken. De overgang van kustzee naar oceaan vormt een onderzeese helling. Dit is de plek waar de onderzeese rivieren ontspringen. Bij hevige stormen of aardbevingen kunnen hier namelijk aardverschuivingen plaatsvinden – een soort modderlawines, waarbij plotseling een enorme wolk sediment in het water terecht komt. Het sediment-water-mengsel dat hierbij ontstaat is zwaarder dan het omringende zeewater, en zal dus onder invloed van de zwaartekracht over de bodem naar de diepe oceaan gaan stromen. Door onderweg nog meer sediment op te nemen kunnen de beginnende riviertjes uitgroeien tot troebelingsstromen van kilometers breed en tientallen meters hoog, en kloven en geulen veroorzaken die zich soms wel tot honderden kilometers over de oceaanbodem uitstrekken. In de diepere delen van de oceaan slaat het sediment neer, en vormen zich uitgestrekte zandige afzettingen. In de onderzeese ravijnen en op de overgang naar de meer vlakke oceaanbodem ontstaan hierbij duinpatronen.

Voorbeeld van een riviersysteem op de oceaanbodem: Monterey Canyon. De kaart is gemaakt uit de weerkaatsing van geluidsgolven tegen de zeebodem, door het Monterey Bay Aquarium Research Institute in Californië.

Veldwerk?

Maar hoe doe je dat eigenlijk, rivieren bestuderen die met snelheden tot 80 kilometer per uur over de bodem van de oceaan stromen? Een veldwerk om de boel met eigen ogen te gaan bekijken zit er, zelfs met een duikpak aan, niet in. Daarvoor bevinden de rivieren zich op een te grote diepte. De stroming is bovendien zo krachtig dat eventuele meetapparatuur zou worden meegesleurd. “Dat is anderen al verschillende keren overkomen”, vertelt Cartigny. “Meetapparaten met ankers van 1000 kilo zijn meegesleept en bedolven. Zelfs dikke stalen balken, verankerd in de zijkant van de kloof, voldeden niet. Ze bogen om, en de bevestigde apparatuur was spoorloos.”

De stroomgoot in het laboratorium van de Universiteit Utrecht
M. Cartigny, Universiteit Utrecht, met toestemming

Cartigny koos er daarom voor om het proces in het klein na te bootsen in de “Eurotank”, een stroomgoot waarin de interactie tussen water en sediment kan worden nagebootst, in het laboratorium van de Universiteit Utrecht. Hij vergeleek zijn resultaten met de uitkomsten van computermodellen en met seismische plaatjes en opgeboorde sedimenten van de oceaanbodem. De experimenten in de stroomgoot gaven het verband tussen stroming van het water-sediment mengsel en de vorm van de sedimentafzettingen. Met het computermodel kon de lengte van de sedimentribbels en de patronen van de duinen gerelateerd worden aan stroomsnelheden van de rivier. Cartigny: “Deze stroomsnelheden kunnen vervolgens weer gebruikt worden bij berekeningen om de ingraafdiepte of afstortdikte van pijpleidingen en kabels in deze gebieden te bepalen.”

Dankzij plaattektonische processen kunnen oceaanbodems van vroeger zich tegenwoordig hoog in de bergen bevinden. Ook het gebied rondom Tabernas, in Zuid Spanje, is een voormalige oceaanbodem, in dit geval bedekt met afzettingen van oer-troebelingsstromen. Hier kon Cartigny de afzettingen dus toch van dichtbij bekijken!
C. Elfenbein, Universiteit Utrecht, met toestemming

Olie

Inzicht in de rivieren die zich op de bodem van de oceaan bevinden is onder meer belangrijk voor oliemaatschappijen. Sedimenten die in het verleden door de onderwaterrivier op de zeebodem werden afgezet vormen niet zelden een olie- of gasreservoir. Het materiaal – vaak zandkorrels met veel ruimte ertussen – biedt voldoende opslagruimte voor de olie, en de afzettingen vormen vaak grote ononderbroken zandlichamen, waardoor de olie er ook nog eens relatief makkelijk uit te halen is. Cartigny:”Als de sedimentwaaiers op de oceaanbodem te hoog worden verlegt de troebelingsstroom zich. Het sedimentlichaam wordt dan langzaam maar zeker bedekt met lagen van klei en organisch materiaal. Die zorgen ervoor dat olie, afkomstig uit diepere aardlagen, uiteindelijk in de sedimentlichamen gevangen blijft zitten.”

Bron

  • Cartigny (2012) Morphodynamics of supercritical high-density turbidity currents Proefschrift, Utrecht Studies in Earth Sciences, v. 10, Universiteit Utrecht

Zie ook:

Op speurtocht diep onder de grond en de zee (Kennislinkartikel) Rivierenlandschap nagebootst in de zandbak (Kennislinkartikel)

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 februari 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.