Wetenschappers ontdekken ‘geheime’ zoetwaterbronnen onder de oceaan, wat hoop biedt voor een dorstige wereld

Diepe ondergrondse zoetwatervoorzieningen ontdekt onder de oceaan

Diep in het verleden van de aarde veranderde een ijzige landschap in een zee, toen het ijs smolt en de oceanen stegen langs wat nu het noordoosten van de Verenigde Staten is. Bijna vijftig jaar geleden boorde een Amerikaanse overheidsschip, dat op zoek was naar mineralen en koolwaterstoffen in het gebied, in de zeebodem om te zien wat het kon vinden. Het ontdekte, tot verbazing van velen, verse waterdruppels onder het zoute water.

Deze zomer volgde een eerste wereldwijde onderzoeksexpeditie op deze verrassing. Bij het boren naar zoet water onder het zoute water bij Cape Cod, heeft Expeditie 501 duizenden monsters verzameld uit wat nu wordt gedacht als een enorme, verborgen watervoorraad die zich uitstrekt van New Jersey tot aan Maine. Dit is slechts een van de vele “geheime zoetwatervoorzieningen” die wereldwijd in ondiepe zoutwatergebieden bestaan en mogelijk ooit kunnen worden aangewend om de toenemende dorst van de planeet te lessen, aldus Brandon Dugan, de co-hoofdwetenschapper van de expeditie.

“We moeten elke mogelijkheid onderzoeken die we hebben om meer water voor de samenleving te vinden,” zei Dugan, een geofysicus en hydrologe aan de Colorado School of Mines. De onderzoeksteams keken op “een van de laatste plaatsen waar je waarschijnlijk naar zoet water op aarde zou kijken.”

Ze vonden het, en zullen in de komende maanden bijna 50.000 liter water analyseren in hun laboratoria over de wereld. Ze zijn vastbesloten om het mysterie van de oorsprong ervan te ontrafelen—of het water afkomstig is van gletsjers, verbonden grondwatersystemen op het land, of een combinatie daarvan.

Het potentieel is enorm. Maar ook de obstakels om het water te winnen zijn groot, evenals de vragen over wie het bezit, wie het gebruikt en hoe het zonder schade aan de natuur kan worden gewonnen. Het zal jaren duren om dat water naar de kust te brengen voor openbaar gebruik, als het al haalbaar is.

De wereldwijde watervoorraden staan onder druk

Waarom deze inspanning? Volgens de VN zal de wereldwijde vraag naar zoet water over vijf jaar de voorraden met 40% overschrijden. Stijgende zeespiegels door de opwarming van het klimaat bederven de zoetwatervoorraden aan de kust, terwijl datacentra die AI en cloud computing aandrijven water consumeren in een onverzadigbaar tempo.

De bekende klaagzang van de Ancient Mariner, “Water, water, overal, maar geen druppel om te drinken,” vormt een waarschuwing voor zowel landrotten als zeelieden op zoute zeeën.

In Virginia gaat een kwart van alle geproduceerde energie naar datacentra, een aandeel dat naar verwachting in vijf jaar bijna zal verdubbelen. Volgens sommige schattingen verbruikt elk middelgroot datacenter evenveel water als 1.000 huishoudens. Elk van de staten rond de Grote Meren heeft te maken gehad met tekorten aan grondwater.

Kaapstad, Zuid-Afrika, kwam in 2018 gevaarlijk dicht bij het opraken van zoet water voor zijn bijna 5 miljoen inwoners tijdens een epische droogte van drie jaar. Ook Zuid-Afrika wordt verondersteld een onderzeese zoetwaterbonanza te hebben, en er is ten minste anekdotisch bewijs dat elk continent hetzelfde kan hebben.

Expeditie 501 en de zoektocht naar onderzees zoet water

Expeditie 501 is een wetenschappelijke samenwerking van 25 miljoen dollar van meer dan een dozijn landen, ondersteund door de National Science Foundation van de Amerikaanse overheid en het Europese Consortium voor Oceaanonderzoek. Wetenschappers gingen het project in met de overtuiging dat de onderzeese watervoorraad die ze bemonsterden, mogelijk voldoende zou zijn om te voldoen aan de behoeften van een metropool ter grootte van New York City voor 800 jaar. Ze vonden vers of bijna vers water op zowel hogere als lagere diepten dan verwacht, wat suggereert dat er zelfs een grotere voorraad is.

Hun werk op zee vond plaats over een periode van drie maanden vanaf het Liftboat Robert, een oceaanvarend schip dat, eenmaal ter plaatse, drie enorme pilaren naar de zeebodem laat zakken. Normaal gesproken ondersteunt het offshore petroleumlocaties en windparken. Deze missie was echter anders.

“Het is bekend dat dit fenomeen zowel hier als elders ter wereld bestaat,” zei Jez Everest, projectmanager van Expeditie 501. “Maar het is een onderwerp dat in het verleden nooit direct is onderzocht door een onderzoeksproject.”

De expeditie volgde een onderzoeksproject uit 2015 dat de contouren van een aquifer op afstand in kaart bracht met behulp van elektromagnetische technologie en de zoutgehalten van het water onder de zeebodem ruwweg schatte. Dit project meldde bewijs van een “massief offshore aquifersysteem” in dit gebied, mogelijk rivaliserend met de grootte van de grootste aquifer van Amerika—de Ogallala-aquifer, die water levert aan delen van acht staten in de Grote Vlakte.

Twee ontwikkelingen in 1976 hadden de interesse in de zoektocht naar onderzees zoet water aangewakkerd. In het midden van Nantucket-eiland boorde de U.S. Geological Survey een proefput om te zien hoe diep het grondwater ging. Het onttrok zoet water van zulke grote diepten dat het wetenschappers deed afvragen of het water uit de zee kwam, niet uit de lucht.

Een doorbraak in de zoektocht naar zoet water

Kort nadat het schip Robert op 19 mei arriveerde bij de eerste van drie boorlocaties, registreerden monsters die uit de zeebodem werden getrokken een zoutgehalte van slechts 4 delen per duizend. Dit is ver onder de gemiddelde zoutinhoud van de oceanen van 35 delen per duizend, maar nog steeds te zout om te voldoen aan de Amerikaanse zoetwaternorm van minder dan 1 deel per duizend.

“Vier delen per duizend was een doorbraak,” zei Dugan, omdat deze bevinding suggereert dat het water in het verleden verbonden moet zijn geweest met een terrestrisch systeem, of dat het dat nog steeds is.

Naarmate de weken verstreken en Robert van locatie naar locatie bewoog, 20 tot 30 mijl (30 tot 50 kilometer) voor de kust, leidde het boren in de door water verzadigde zeebodem tot een verzameling monsters met een zoutgehalte tot 1 deel per duizend. Sommige waren zelfs lager.

Bingo. Dat is wat je in veel lichamen van zoet water op het land vindt. Dat is water dat je theoretisch kunt drinken. Maar niemand deed dat.

Onderzoek naar de eigenschappen van het water

In de maanden die komen gaan, zullen de wetenschappers een reeks eigenschappen van het water onderzoeken, inclusief welke microben er in de diepten leefden, wat ze gebruikten als voedingsstoffen en energiebronnen en welke bijproducten ze mogelijk genereerden; met andere woorden, of het water veilig is om te consumeren of op een andere manier te gebruiken.

“Dit is een nieuwe omgeving die nog nooit eerder is bestudeerd,” zei Jocelyne DiRuggiero, een bioloog aan de Johns Hopkins University die de microbiële ecologie van extreme omgevingen bestudeert en niet betrokken is bij de expeditie.

“Het water kan mineralen bevatten die schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid, omdat het door lagen sedimenten is gepercoleerd,” zei ze. “Echter, een soortgelijk proces vormt de terrestrische aquifers die we gebruiken voor zoet water, en die hebben doorgaans een zeer hoge kwaliteit.”

Door DNA te sequencen dat uit hun monsters is geëxtraheerd, zei ze, kunnen de onderzoekers bepalen welke micro-organismen er zijn en “leren hoe ze mogelijk in leven blijven.”

Het bepalen van de leeftijd van het water is cruciaal

Technieken zullen ook worden gebruikt om te bepalen of het water afkomstig is van smeltend gletsjerijs duizenden jaren geleden of nog steeds via labyrinthachtige geologische formaties van het land komt. Onderzoekers zullen het water in het laboratorium dateren, en dat zal cruciaal zijn om te bepalen of het een hernieuwbare bron is die verantwoord kan worden gebruikt. Primair water is gevangen en eindig; jonger water suggereert dat de aquifer nog steeds verbonden is met een terrestrische bron en langzaam wordt aangevuld.

“Jonger betekent dat het een regendruppel was 100 jaar geleden, 200 jaar geleden,” zei Dugan. “Als het jong is, wordt het aangevuld.”

Deze vragen zijn voor de basiswetenschap. Voor de samenleving rijzen er allerlei complexe vragen als de basiswetenschap de voorwaarden bevestigt die nodig zijn voor het winnen van het water. Wie gaat het beheren? Kan het worden onttrokken zonder onaanvaardbaar risico op verontreiniging van de voorraad uit de oceaan erboven? Zal het goedkoper of milieuvriendelijker zijn dan de huidige energie-intensievere ontziltingsinstallaties?

Dugan zei dat als overheden besluiten om het water te winnen, lokale gemeenschappen in tijden van nood, zoals droogte, of wanneer extreme stormen de zoetwatervoorraden aan de kust overstromen en verwoesten, naar de aquifers kunnen teruggrijpen. Het idee om daadwerkelijk dit oude begraven water te gebruiken is zo nieuw dat het nog niet op de radar staat van veel beleidsmakers of natuurbeschermers.

De weg naar de ontdekking

Voor de meeste mensen in het project betekende het bereiken van en terugkeren van het Liftboat Robert een reis van zeven uur of meer vanuit Fall River, Massachusetts, op een bevoorradingsboot die elke 10 dagen rondtochten maakte om voorraden aan te vullen en mensen te roteren. Op het platform was het geluid van metalen boorpijpen en machines, de boorsmodder en de gemengde rommelige omgeving, een contrast met het rustigere, schonere werk van wetenschappers in trailers die waren omgebouwd tot pristine laboratoria en verwerkingspunten.

Daar werden monsters behandeld volgens de verschillende behoeften van de geologen, geochemici, hydrologen, microbiologen, sedimentologen en anderen van de expeditie. Het vuil werd doorheldere plastic buizen geleid en in schijven gesneden zoals hockeypucks. Machines persten water eruit. Sommige monsters werden afgesloten bewaard om de studie van oude gassen die in het water zijn opgelost mogelijk te maken. Andere monsters werden bevroren, gefilterd of in oorspronkelijke staat gelaten, afhankelijk van het doel.

Na zes maanden van laboratoriumanalyse zullen alle wetenschappelijke teams van Expeditie 501 opnieuw samenkomen—dit keer in Duitsland voor een maand van gezamenlijke research die naar verwachting de eerste bevindingen zal opleveren die wijzen op de leeftijd en oorsprong van het water.

Op 31 juli tilde het Liftboat Robert zijn poten op van deze plek van verborgen water om een missie te beëindigen die geloofwaardigheid verleende aan een ander fragment uit “The Rime of the Ancient Mariner,” het klassieke gedicht van Samuel Taylor Coleridge over leven, dood en mysteries op zee.

In een voorwoord van het gedicht schreef Coleridge in sommige edities: “Ik geloof graag dat er meer onzichtbare dan zichtbare natuur in het universum is.”