Wil je in de les werken rond het thema oceaanbodems? Hieronder vind je een aantal suggesties.
In Onderzeese pijpleiding aanleggen oefenen leerlingen op het tekenen van reliefdoorsnedes.
Seismisch onderzoek van methaanhydraten behandelt de interpretatie van seismische grafieken en leerlingen dienen afstanden te berekenen.
In Water uit steen halen kunnen we aantonen dat de aardkorst water bevat. Aan de hand van een chemisch experiment waar kopersulfaat wordt ingedampt, wordt dit duidelijk.
Volg Freediver Guillaume Néry op zijn tocht over de oceaanbodem. (c) Ocean Gravity
Je kent vast wel iemand die een gewaagde sport als duiken, klimmen, motorcross of snowboarden beoefent. Sommige atleten gaan nog een stapje verder voor de ultieme sportkick. Ze gaan waar geen mens ooit een voet heeft gezet en dalen in één ademtuig af naar de oceaanbodem.
Er zijn in de oceaan heel wat toplocaties te vinden waar je massa's toeristen zou kunnen tegenkomen, mochten ze boven water liggen. Het landschap onder water is op zijn minst even interessant als boven water. Ze omvat iets meer dan 70% van onze aarde en reikt dieper dan de hoogste berg op het land. Slechts weinig personen weten dat de Mount Everest, met zijn 8.848 m niet echt de hoogste berg op aarde is. Gemeten vanaf de zeespiegel is de Mount Everest wel degelijk de hoogste top op het land. Maar als je rekent vanaf de voet van de berg is de Mauna Kea, een slapende vulkaan op het eiland Hawaï, groter. Ook al steekt de vulkaan maar 4.207 m boven de zeespiegel uit, de voet van de vulkaan ligt bijna 6.000 m onder de zeespiegel. Van voet tot top meet hij dus 10.200 m. Beklim die maar eens!
Mauna Kea, Hawaï
Het diepste punt op aarde vinden we in de Grote Oceaan. De Marianentrog ligt op 11.035 m onder het zeeniveau. Er bestaan een dertigtal dergelijke diepzeetroggen. Deze langgerekte depressies komen voor op plaatsen waar de aardkorst actief is. Wie de oceaanbodem verkent zal dikwijls oog in oog staan met vulkanische activiteit. Onder water wordt immers onze aarde gevormd.
Met deze kennis opent zich een nieuwe wereld, een wereld die niet aan de zeespiegel stopt zoals de atlaskaarten. De zeebodem bestaat uit heel wat fascinerende landschappen die voor ons oog verborgen blijven. Trouwens, wist je dat de top van diezelfde Mount Everest deels uit kalksteen bestaat waarin fossielen van zeedieren zitten? Eigenlijk vind je de zeebodem dus een beetje overal!
Kaart: https://www.submarinecablemap.com/
In deze module ontdek je wat een karwei het is geweest zo'n 378 telecomkabels (2019) over de grillige oceaanbodem te leggen. Zonder kennis van de oceaanbodem hadden we geen telefoon en geen internet!
Continentendrift
De continentendrift
Opbouw aarde
Niet alleen dicht bij de top van de Mount Everest werden resten van mariene fossielen gevonden, dergelijke vondsten zien we ook op andere gebergten. Over het hoe en waarom is jarenlang gemijmerd en gediscussieerd, de verklaring ligt niet bepaald voor de hand. Niemand kon zich voorstellen dat bergen maar een beperkt bestaan hebben, dat ze ontstaan en terug eroderen over de loop van miljoenen jaren. Vanuit het standpunt van een 80-jarig mensenleven is er weinig dat zo standvastig en onveranderlijk lijkt als een berg…
Vandaag kennen we het mechanisme achter de vorming van gebergten, continenten en oceanen. Structuren in het aardoppervlak ontstaan door de beweging van tektonische aardplaten met daarop oceaankorst of continentale korst. Ze bevinden zich in de bovenste 100km van de aarde (lithosfeer). De platen ‘drijven’ onnoemelijk traag op een taaie, maar vervormbare laag (de mantel of asthenosfeer) naar elkaar toe, van elkaar weg of ze schuren tegen elkaar. Op deze plaatgrenzen krijgen we aardbevingen en vulkanisme.
Moeilijk voor te stellen? Denk maar aan aardkorst als een groot tafelkleed dat rond de aarde ligt. Duw eens tegen het tafelkleed: je krijgt plooien, net zoals de aardkorst en alle gesteenten erop kunnen door botsingen geplooid worden.
Het heeft lang geduurd voordat knappe koppen op aarde deze theorie hadden gevonden. Toen in 1915 de Duitse onderzoeker Alfred Wegner (1880–1930) zijn theorie van de ‘continentendrift’ publiceerde, was er veel ongeloof vanuit de wetenschappelijke gemeenschap, ondanks harde bewijzen uit de paleoklimatologie. Zo toonde Wegner aan dat steenkool in Europa ontstaan was uit tropische planten die op dat ogenblik niet in het Europa voorkwamen. Verder wees hij erop dat de continenten aan weerszijden van de Atlantische Oceaan verdacht goed als een puzzel in elkaar passen en dat identieke fossielen op verschillende continenten terug te vinden zijn. Een wetenschappelijk aanvaardbare verklaring waarom de tektonische platen bewegen ontbrak in zijn theorie, en dus werd ze afgevoerd. Pas nadat Wegner omkwam tijdens een wetenschappelijke expeditie op Groenland, werd de mysterieuze motor achter het bewegen van de aardplaten gevonden, en nog wel op de bodem van de oceaan. Deze ontdekking zorgde voor een ongeziene omkeer in de gedachtewereld van alle aardwetenschappers.
Tectonische platen
Zeevloerspreiding en platentektoniek
Zeevloerspreiding en platentektoniek
De eerste diepteprofielen van de Atlantische Oceaan, genomen tijdens een oceaanexpeditie geven het reliëf van de Atlantische Oceaan weer
Dankzij de ontdekking van een oceaanrug in de Atlantische Oceaan tijdens een van de eerste grote oceaanexpedities werd de theorie van de continentendrift bevestigd. Zo’n oceaanrug bleek geen gewoon onderzees gebergte, maar eerder een scheur in de aardkorst waar vulkanische activiteit en gesteente werden aangetroffen. De aarde was hier geen slapende reus! Merkwaardig genoeg lopen over de hele aardbol zulke oceaanruggen, met elkaar verbonden als de naden van een baseball. De Mid-Atlantische Rug veranderde algauw in een kerkhof van meetapparatuur om het geheim van deze oceaanruggen te ontrafelen. Zo leidde het prille onderzoek van de oceaan tot een nieuwe theorie, de ‘zeevloerspreiding’.
Een oceaanrug vormt namelijk de grens tussen twee oceaanplaten. Deze bewegen van elkaar weg terwijl er in de oceaanrug zelf nieuwe aardkorst wordt gevormd. Pasgevormde aardkorst bestaat uit basaltisch magma dat op geringe diepte van 200 m ontstaat. Het magma stolt in zeewater en maakt na afkoeling aan weerszijden van de scheur nieuwe oceaanbodem aan. De platen bewegen aan een snelheid te vergelijken met een groeiende teennagel. De prille oceaankorst is nog warm en licht. Naarmate de oceaankorst verder van de oceaanrug reist, koelt hij af, wordt ouder, groeit aan en verzwaart. Hier duikt de dunne oceaankorst (7 tot 10 km dik) met al zijn gewicht onder de continentale korst (20 tot 70 km dik), een proces dat we subductie noemen. Subductie gaat gepaard met aardbevingen. De hele Pacifische (Grote) Oceaan is omgeven door subductiezones. In deze actieve ‘ring van vuur’ doen zich veel aardschokken voor met soms een tsunami als gevolg. Om de oceaankorst al krakend in de asthenosfeer te trekken, speelt de zwaartekracht een belangrijke rol. In deze subductiezones vinden we de diepzeetroggen. Er werkt dus zowel een trekkracht in de diepzeetrog als een rugduwkracht uit de oceaanrug. Diep onder de trog recycleert de mantel de oceaankorst en wordt er van de korst ondiep magma gevormd.
Al deze bevindingen vormden samen dé evolutietheorie van de aardwetenschappen, die de vorming van continenten en oceanen verklaart, gekend als de platentektoniek.
Vorming van nieuwe oceaankorst en subductie van oude oceaankorst
Diepzeeboringen
Diepzeeboringen
Expeditie naar het epicenter van de aardbeving die de tsunami in 2011 veroorzaakte
Een groot bewijs voor de platentektoniek danken we aan de diepzeeboringen. In 1968 werd het Deep Sea Drilling Project gestart, nu beter bekend als het Integrated Ocean Drilling Program (IODP). Een sterk staaltje ingenieursschap zorgde er voor dat we in diep gelegen oceaanbodems kunnen ‘kijken’. Huidige drilschepen zoals de JOIDES Resolution en de Chikyu reiken tot meer dan 7.000 m diepte in de oceaan, met een record van bijna 2.500 m in de oceaanbodem.
Eén van de grote ontdekkingen was de leeftijd van de aardkorst onder de Atlantische Oceaan. De Atlantische Oceaan blijkt zo’n 160 miljoen jaar te zijn, dit is geologisch erg jong gezien de leeftijd van de aarde ongeveer 4,5 miljard jaar oud is. Met het uit elkaar drijven van Pangea, het supercontinent waaruit alle continenten zijn ontstaan, groeide de Atlantische Oceaan dus in een relatief korte tijd uit tot zijn huidig formaat.
Terwijl de Atlantische Oceaan steeds breder wordt, krimpt de Pacifische of Grote Oceaan. Dit oceaanbassin bestaat al zo’n 750 miljoen jaar en nam ooit de helft van de wereld in. De oceaankorst spreidt zich met een veel grotere snelhied uit vanuit de Pacifische Rug dan vanuit de Mid-Atlantische Rug (resp. 14 cm/jaar en 2 cm/jaar). Doordat de Pacifische plaat omringd wordt door subductiezones verdwijnt het plaatmateriaal er snel. Zo is er niets meer overgebleven van de oorspronkelijke oceaankorst en is de huidige Pacifische Oceaan vooral in het oosten erg jong. De Middellandse Zee vertegenwoordigt het laatste stadium in dat proces. De Atlantische Oceaan kent nog niet het grote aantal subductiezones maar zal op termijn ook evolueren naar een situatie als de Pacifische Oceaan. Zo dreigen voor onze kust binnen miljoenen jaren meer aardbevingen en tsunami’s voor te komen.
Bodemmonsters tonen aan dat sedimenten die het verst van de oceaanruggen liggen veel dikker en ouder zijn. De laag skeletjes van zeer kleine zeeorganismen, die het bodemsediment vormen, groeit aan naarmate de plaat van de oceaanrug beweegt. Hoe ouder de oceaanbodem, hoe zwaarder en hoe dieper deze komt te liggen.
De beweging van de platen heeft voor heel wat interessante landschappen gezorgd, zowel boven als onder water. Maar het heeft tot de 20ste eeuw geduurd voordat we wisten hoe diep de oceaan en hoe gevarieerd het landschap onderwater is. Dankzij de ontwikkeling van hoogtechnologische apparatuur kunnen we de oceaanlandschappen vanop een afstand bekijken of beter gezegd, beluisteren.
De inzet van de militaire sonar (sound navigation and ranging), gebruikt tijdens WOII om op zee vijandige schepen op te sporen, betekende onverwachts een grote doorbraak in de bathymetrie (dieptemetingen). Het merendeel van de geluidsgolven reikte amper tot aan de vijandige schepen, maar ze bereikten wel de zeebodem. Deze data werd achteraf gebruikt om de eerste accurate kaarten van de oceaanvloer op te stellen. Vandaag hebben onderzoeksschepen een multibeam sonar aan boord om de afstand van het schip tot de bodem te kunnen berekenen. Het principe van deze akoestische dieptemeting komt overeen met hoe dolfijnen door middel van echolocatie voorwerpen kunnen lokaliseren. Een toestel onderaan het schip zendt een brede bundel van geluidspulsen uit naar de bodem, en registreert dan de tijd die nodig is om de echo van de geluidsgolven op te vangen.
De topografie van de oceaanbodem kennen we vooral dankzij de satellietaltimetrie. NASA lanceerde satellieten zoals oa de Seasat (1978), Geosat (1985), TOPEX/Poseidon (1992) en Jason-2 (2008) om het zeeniveau te meten. Bergen en dalen veroorzaken namelijk kleine verschillen in hoe de zwaartekracht op het zeeniveau werkt. Het wateroppervlak buigt (bijna onmerkbaar) in overeenstemming met het reliëf van de bodem. Een radar bevestigd aan een satelliet meet deze verschillen. Van daaruit kan ruwweg het reliëf van de oceaanbodem berekend worden. De data die satellieten verzamelen heeft niet dezelfde resolutie als de multibeamdata verzameld van op een schip. Multibeamgegevens zijn veel nauwkeuriger, satellieten brengen eerder grote structuren in kaart en hebben het grote voordeel dat we niet over elke meter oceaanbodem dienen te varen. Dit zou 200 scheepsjaren duren en miljarden euro’s kosten.
Satellietmeting van het zeeniveau en onderwaterreliëf
Wandeling over de zeebodem
Wandeling over de zeebodem
Doorsnede zandbanken
Benieuwd om te weten hoe de oceaanbodem er nu precies uitziet? Laten we vanaf het Belgische strand een wandeling maken dwars door de Atlantische Oceaan!
Wie dacht dat de Belgische zeebodem een ondiepe zandige vlakte was, zit er goed naast. Onze tocht begint met een aantal beklimmingen van zandbanken die evenwijdig aan de kust liggen. Sommige zandbanken verheffen zich bijna 30 m boven de naburige geul. Deze zandbanken vormden zich door de sterke getijdenstromingen die zo kenmerkend zijn voor de Zuidelijke Noordzee. Meestal liggen deze zandbanken onder het laagwaterpeil, hoewel enkele toppen slechts een paar meter van de zeespiegel verwijderd zijn. Bij een extreem laag waterpeil steken de Broersbank en de nieuwe zandbank voor Heist boven water uit. Geen wonder dat onze zee vol met scheepswrakken ligt.
Veel van de fysische processen in zee lijken op diegene op het land. Tijdens deze wandeling kun je duidelijk de effecten van zeestromingen zien die als een rivier door de mariene sedimenten snijden en kanalen in de zeebodem vormen. Meer nog, we zien relicten van de prehistorische Noordzeebodem. Ooit was hier een steppelandschap waar een netwerk van rivieren doorstroomde en nog mammoeten en sabeltandtijgers over de bodem liepen. Een deel van hun botten ligt vandaag nog op de bodem van de Noordzee.
Tijdens de laatste ijstijd bleek een lange wandeling voldoende om Groot-Brittannië te bereiken. De Noordzee lag toen grotendeels droog doordat grote hoeveelheden water opgeslagen waren in de ijskappen. Na de dooi vulde het Noordzeebekken zich op met smelt- en rivierwater uit de Thames, Rijn, Maas, … Dit was geen eenmalige gebeurtenis. Het toenmalige Doggerland liep geregeld vol en leeg, op het ritme van de klimaatswijzigingen, vandaar de zeespiegelstijgingen en –dalingen tot wel 120 m. Pas na de laatste ijstijd kwam het zeeniveau zo hoog te staan dat zout water uit de Atlantische Oceaan via het noorden en via het Kanaal kon binnendringen. Vandaag is het Noordzeewater zo’n 200 m diep en in de Zuidelijke Noordzee max. 50 m.
Weet je waarom we spreken van de Noord’zee’ en niet ‘oceaan’? De Noordzee maakt geen deel uit van de Atlantische Oceaan omdat ze nog gelegen is op het Europese continent. Hier bestaat de ondergrond uit continentale lithosfeer. De Noordzee ligt op het deel dat onder water is gelopen, het continentaal plat genaamd.
We lopen nog wat verder in zuidwestelijke richting door het Kanaal tot we bij een diepte van ongeveer 300 m aankomen. De continentale plaat gaat hier over in de oceanische plaat of lithosfeer. De waterdiepte neemt op deze continentale helling (plaatrand) gestaag toe tot 3 à 4 km. In de Atlantische Oceaan zijn de plaatranden eerder passief omdat ze niet op een breuklijn tussen twee tektonische platen liggen. De kans op een aardbeving is hier dus vrij gering.
We dienen deze helling toch met de nodige voorzichtigheid af te dalen. Het landschap is hier veel ruiger, en bedekt met gevaarlijke, dikke sedimentwiggen afkomstig van het continent. Regelmatig glijden deze sedimentpakketten van de continentale helling af omdat ze te dik gestapeld liggen op een steile helling. Zo’n 8.000 jaar geleden gebeurde dit voor de kust van Noorwegen met als gevolg dat deze zogenaamde Storegga-afglijding de geschiedenis in ging als een afglijding die voor een uitzonderlijke tsunami in de Noordzee zorgde.
Pas ook op voor modderstromen, en razende onderwaterrivieren die diepe canyons hebben uitgeschuurd! Deze kloven kunnen soms meer sediment verplaatsen dan een lawine. De continentale hellingen zijn daarom een van de meest dynamische locaties in de zeebodem. Ze vormen immers het doorgeefluik van sediment, watermassa’s en verder heel wat levensnoodzakelijke voedingsstoffen tussen de ondiepe zeeën van het continentaal plat en de diepe oceaan. Deze voedingsstoffen fungeren daar als nieuwe brandstof voor de groei van het diepzee ecosysteem.
Gelukkig komen we heelhuids aan op de bodem van de diepe oceaan. Het landschap van de abyssale vlakte lijkt oneindig uitgestrekt, het is er zo vlak dat we vele kilometers moet lopen om slechts 2 m te stijgen. Deze enigszins inspiratieloze vlakten beslaan wereldwijd zo’n 40% van de oceaanbodem.
Af en toe wordt onze tocht eens onderbroken door een heuvel of door een zeeberg (seamount). Zeebergen maken het landschap alweer interessant. Ze zijn minstens 1.000 meter hoog, liggen geheel onderwater en zijn ontstaan door lokaal vulkanisme. Ze vormen dus geen eilanden.
Naar schatting zijn er in de Atlantische Oceaan alleen al een 800-tal van deze zeebergen, en duizenden in de Pacifische Oceaan. Rond deze onderzeese bergen vergapen we ons aan de hoge biodiversiteit. De seamounts vormen immers een unieke en complexe biotoop. Vaak zijn ze begroeid met koralen en sponzen. We vinden er een grote rijkdom aan commerciële vissen, haaien, zeezoogdieren en heel wat soorten die we nog nooit eerder hebben gezien. Helaas is er nog weinig bekend over de biodiversiteit van deze leefgemeenschappen. Men zegt zelfs wel eens dat we meer weten van ons sterrenstelsel dan van onze eigen diepzee...
Als je op het land vulkanische activiteit wil spotten, dan is het de moeite waard een paar geisers te bezichtigen. Op onze zeewandeling is het niet anders. Aangezien de oceanische korst relatief dun is, is de warmte uit de asthenosfeer vaak merkbaar aan het oppervlak. Al is het uitzicht anders dan op het land, in de oceaan zijn evengoed warmwaterbronnen te vinden.
In de jaren 70 werd de eerste hydrothermale bron ontdekt nabij de Galapagoseilanden, tijdens een wetenschappelijke expeditie met de beroemde duikboot DSV Alvin. Op 2.000 m diepte vond de crew een zogenaamde black smoker. Deze naam is toepasselijk, want deze formaties zien er een beetje uit als schoorstenen die zwarte rook uitspuwen. De rook is echter super heet, temperaturen kunnen er oplopen tot wel 400°C. Toch kookt het water niet, door de hoge druk op deze diepte kan het water immers niet overgaan in waterdamp.
Black smokers ontstaan op plaatsen waar scheuren in de oceanische korst zitten en oceaanwater in de aardkorst sijpelt. Door de intense vulkanische activiteit ter hoogte van deze locaties warmt het oceaanwater in de oceaankorst op. Het hete oceaanwater stijgt onder druk terug naar de oceaanbodem. In het hete water lossen veel mineralen uit de oceaanbodem op, zoals zwavel, wat voor de typische zwarte kleur zorgt. Door afkoeling kristalliseren de chemische stoffen aan de oppervlakte en vormen ze schoorsteenvormige structuren. De hoogste gemeten schoorsteen is wel 40 m hoog, hij werd daarom ‘Godzilla’ genoemd. Als de temperatuur iets lager is, krijg je soms white smokers. Daarin zorgen elementen zoals barium, calcium en silicium voor een wittere kleur.
De black smokers bevatten ook economisch interessante metalen zoals goud, ijzer, koper en zink. Het is slechts een kwestie van tijd vooraleer rendabele technieken worden ontwikkeld om deze kostbare metalen uit de diepzee te ontginnen, wat jammer zou zijn voor het bestaan van de unieke levensgemeenschappen die rond deze onderzeese geisers floreren.
Doorsnede van een black smoker
Oceaanruggen en diepzeetroggen
Oceaanruggen en diepzeetroggen
De Mid-Atlantische Rug in IJsland gezien vanuit de lucht.
We naderen het einde van onze wandeling: het centrum van de Atlantische Oceaan. Voor ons verschijnt de machtige Mid-Atlantische Rug. Een keten van submariene bergen, breuken en nog actieve vulkanen. Dat wordt een stevige beklimming van zo’n 1.000 m hoogte, boven de abyssale vlakte. De Mid-Atlantische Rug is de langste bergketen op aarde (10.000 km), alweer een record. Deze oceaanrug strekt zich uit van de Noordelijke IJszee, dwars doorheen IJsland (waar deze boven het water uitsteekt zodat je hem kan bezoeken!) en de Azoren, over de evenaar tot Antarctica. De Mid-Atlantische Rug staat in verbinding met de ruggen van andere oceanen, ze nemen samen 56.000 km van de aarde in.
Hier bewegen tektonische platen langzaam uit elkaar en wordt er nieuwe oceaankorst gevormd: de Afrikaanse en Euraziatische platen in het oosten, en de Noord-Amerikaanse en Zuid-Amerikaanse platen in het westen.
Wat we niet op de wandeling hebben gezien zijn diepzeetroggen. Daarvoor trekken we beter naar de Stille Oceaan of naar de Caraïben. Troggen vinden we aan actieve plaatranden waar de oceaankorst in de mantel wegzakt. De Hollywoodster onder de diepzeetroggen is de Marianentrog, in 2012 verkend door filmmaker James Cameron. Hij was de 3de mens in de geschiedenis die deze diepzeetrog bezocht, na de expeditie van Jacques Piccard en Don Walsh in 1960 met hun duikboot de Triëste. In de top-10 van de diepste troggen vinden we slechts één trog in de Atlantische Oceaan terug, de Puerto Rico Trog (8.648 m). Nabij zulke subductiezones komen smalle onderzeese bergketens voor die boven water vulkanische eilandenbogen vormen zoals de Caraïben.
Zo, onze reis langs de grote onderwaterlandschappen zit er nagenoeg op. Kom gerust terug!
%20columbia%20unijpg.jpg)
NOAA.gif)
%20NG.jpg)
%20Ifremer_small.jpg)
