Onderzoekers ontdekken enorme geo-waterstofbron ten westen van de Mussau-sleuf

Mechanisme diagram toont het explosieproces voor de vorming van de pijpenzwerm in een hydrothermisch systeem.

Waterstof is het meest voorkomende element in het zonnestelsel. Als een bron van schone energie is waterstof goed geschikt voor duurzame ontwikkeling, en de aarde fungeert als een natuurlijke waterstoffabriek. Tot nu toe zijn de meeste gerapporteerde waterstofventilaties klein, en de geologische processen die verantwoordelijk zijn voor de vorming van waterstof, evenals de hoeveelheden die in geologische instellingen kunnen worden bewaard, blijven onduidelijk.

Om de beschikbaarheid van geologische waterstof beter te begrijpen, hebben onderzoekers van het Instituut voor Oceanologie van de Chinese Academie van Wetenschappen (IOCAS) en hun samenwerkingspartners een grote pijpenzwerm ontdekt en geanalyseerd. Deze zwerm, die bestaat uit cilindrische geologische structuren, bevat resten van waterstofhydrothermische activiteit op de oostelijke Carolineplaat, ten westen van de Mussau-kloof.

De Mussau-kloof is een fossiele kloof, wat betekent dat het een oude (gestart ongeveer 25 miljoen jaar geleden) en nu inactieve kloof is die zijn tektonische activiteit heeft gestaakt. De onlangs ontdekte pijpenzwerm, genaamd “Kunlun,” bestaat uit pijpen met diameters variërend van 450 tot 1.800 meter. De studie is gepubliceerd in Science Advances.

Hydrothermische vloeistoffen, een mengsel van verwarmd water en opgeloste mineralen, spuiten uit door kleine buizen, variërend in diameter van centimeters tot sub-centimeters, langs de zijkanten van pockmarks (kleine, kraterachtige depressies) binnen grote pijpen, of door openingen of scheuren in breccia-ophopingen (ophopingen van hoekige gesteentefragmenten). De meeste breccia in de hydrothermische scheuren zijn gedeeltelijk geelachtig, waarschijnlijk door microbieel matten (lagen van micro-organismen).

Net als in andere hydrothermische velden zijn er ook hydrothermische biota (gemeenschappen van levende organismen) te vinden in de Kunlun-pijpenzwerm. De schorpioenvissen, de top-predator van het ecosysteem, worden vaak aangetroffen in de Kunlun-pijpenzwerm.

Aangezien de biomassa van de top-predator veel kleiner zou moeten zijn dan die van zijn prooi, verwachten onderzoekers een grote hoeveelheid microbieel mat binnen de breccia-ophopingen op de bodem van de pijpenzwerm. Bovendien werden er meer dan 800 kortdurende seismische gebeurtenissen—kleine aardbevingen—gedetecteerd over een periode van 28 dagen langs een profiel van 150 kilometer door de kloof, wat duidt op voortdurende actieve gaslekkage in de gehele Mussau-kloof.

Analyse van samengeklonterde stikstofisotopen (een methode voor het traceren van gasbronnen) van een monster van hydrothermische vloeistof onthulde een dominante atmosferische gascomponent. Eerder gerapporteerde waterstofhydrothermische activiteit is aangetroffen nabij actieve plaatranden, bijvoorbeeld bij spreidingsruggen, of nabij actieve transformatiefouten die mantelperidotiet blootleggen, zoals de Lost City.

In tegenstelling tot deze locaties bevinden de grote waterstofrijke hydrothermische velden van Kunlun zich ongeveer 80 kilometer van actieve plaatranden. Deze hydrothermische pijpen hebben steile wanden, met overvloedige breccia en verschillende generaties van kleinere komvormige pockmarks op de bodem, vergelijkbaar met die van kimberliet, wat wijst op meerdere generaties van explosies. Op basis van empirisch afgeleide schatting van explosiekracht zou de vorming van zulke grote pijpen miljoenen tonnen TNT vereisen.

De meest waarschijnlijke energiebron voor de vorming van dergelijke grote pijpen is waterstof. Gecomprimeerde waterstof kan een enorme hoeveelheid energie vrijgeven. Eén ton waterstof die adiabatisch expandeert van 1.500 bar naar 400 bar—de druk op de waterdiepten van de Kunlun-pijpenzwerm—kan dezelfde hoeveelheid energie vrijgeven als 0,21 ton TNT. Om zulke pijpen te vormen, zou een grote hoeveelheid waterstof nodig zijn. Alternatief zou een mengsel van waterstof en zuurstof zeer explosief zijn. Één ton waterstof die reageert met zuurstof geeft 143 GJ aan warmte vrij, wat 150 keer meer energie is dan de hoeveelheid die vrijkomt door fysieke expansie.

Volgens Prof. Xiao Yuanyuan, hoofdauteur van de studie, suggereren de resultaten dat er mogelijk een enorme hoeveelheid waterstof diep in de oceanische lithosferische mantel is gevormd. “Het zou in de toekomst economisch winbaar kunnen zijn,” aldus Prof. Xiao.