- Wetenschappers uit IJsland willen gaten boren in een magmakamer op een diepte van ruim 1,5 kilometer.
- Het project moet kennis opleveren over vulkanische activiteit en het efficiënt opwekken van geothermische energie.
- De grootste hordes voor het onderzoek zijn de financiering en uitvogelen hoe er geboord kan worden in magma.
- Lees ook: De VS wil kleine kernreactoren maken op basis van een decennia oud concept – kernafval was daarbij wel een relatief groot probleem
Wetenschappers uit IJsland willen een gat gaan graven in een magmakamer ruim 1,5 kilometer onder de grond, met de bedoeling onbeperkt energie te kunnen gaan opwekken.
Het Krafla Magma Testbed (KMT) moet het eerste onderzoekscentrum ter wereld worden boven een magmakamer. De wetenschappers willen het gesmolten gesteente monitoren, er tests mee doen en er monsters van nemen.
Het onderzoekscentrum hoopt veel meer te weten te komen over hoe vulkanen werken en wat voor mogelijkheden er zijn om ongelimiteerd geothermische energie op te wekken.
“Magma binnen in de aarde is de laatste nog onontdekte grens”, zegt de bij het onderzoek betrokken wetenschapper Hjalti Páll Ingólfsson van het KMT tegen Business Insider.
Een toevallige ontdekking
Onderzoek naar magmakamers is uiterst belangrijk. Deze poelen van gesmolten gesteente in de aardkorst kunnen vulkanen creëren, als het ze lukt om de oppervlakte te bereiken.
Maar ze zijn ontzettend moeilijk te lokaliseren met oppervlakteapparatuur en moeilijk te volgen voorafgaand aan een uitbarsting.
"We hebben geen directe kennis over hoe een magmakamer eruit ziet, terwijl dat natuurlijk wel cruciaal is om de werking van vulkanen te begrijpen", zegt Paolo Papale van het Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia in Pisa tegen het tijdschrift New Scientist.
In 2009 vonden wetenschappers een mogelijke kandidaat bijna vier kilometer onder de grond nabij Krafla in het noorden van IJsland. Dus begonnen ze te boren.
Maar toen ze een diepte van ruim anderhalve kilometer hadden bereikt, liep hun boor vast. Pas later, toen de boor weer naar boven kwam met stukken vulkanisch glas, realiseerden ze zich wat er gebeurd was. Ze hadden met de boor per ongeluk een magmakamer geraakt.
De wetenschappers verrichtten een aantal metingen, maar uiteindelijk werd de boorkop te heet om verder te kunnen functioneren, schrijft New Scientist. Ze besloten koud water in de put te gieten om die af te koelen. Daarop kwamen zwarte golvende wolken vrij, die hun hijskabels kapotmaakten.
Nu, 15 jaar later, wil het KMT opnieuw gaan boren in de magmakamer. Dankzij een paar slimme ingenieurstrucjes zouden de wetenschappers dit keer succesvol kunnen zijn.
Om in de magmakamer te kunnen boren, moet het gesmolten gesteente eerst bevroren worden
Krafla is de perfecte plek voor dit soort experimenten. De magma is er oud en dik, waardoor het onwaarschijnlijk is dat er een eruptie plaatsvindt of het uit de put stroomt als je ermee gaat experimenteren, zegt Ingólfsson.
Omdat het zo dicht bij een vulkaan is, zullen kleine trillingen die wetenschappers veroorzaken door de kamer binnen te dringen hoogstwaarschijnlijk geen gevolgen hebben, zegt hoogleraar aardwetenschappen Jon Gluyas van Durham University tegen Business Insider. "Als je in IJsland bent, bevind je je sowieso al in een regio met extreme vulkanische activiteit. Mensen kunnen daar weinig invloed op uitoefenen."
Overigens is een standaard booruitrusting niet geschikt voor dergelijke omstandigheden. "Het is er ongelooflijk heet. De materialen die je normaal gebruikt voor boren zijn niet bestand tegen dit soort temperaturen", zegt Gluyas.
In magma boren is inderdaad een grote uitdaging, beaamt ook Ingólfsson van het KMT. Toch is de oplossing relatief simpel: de magma laten bevriezen. Met het gebruik van water wil het team de magma bevriezen alvorens te gaan boren. Dat creëert een "sok of een zakje" van bevroren, glazig gesteente. Dit is vergelijkbaar met obsidiaan (een soort vulkanisch glas) dat je op aarde kan vinden, zegt Ingólfsson.
Als die gecreëerde ruimte eenmaal groot genoeg, is kan de boor worden verwijderd en is er een kleine holte ontstaan in de kamer. Daar kan volgens Ingólfsson vervolgens de nodige apparatuur in geplaatst worden om metingen te verrichten, voordat de glazen sok weer kapot gaat.
Daarmee zouden de wetenschappers in staat moeten zijn de exacte temperatuur te meten binnen in de magmakamer. Dat is volgens New Scientist nog nooit eerder gelukt.
"Zal het lukken? Het is zeker een grote uitdaging", zegt Ingólfsson. "We denken dat we de juiste apparatuur hebben en de juiste oplossingen, maar het is heel moeilijk dat te testen buiten de echte omgeving om."
Een ander probleem is voorkomen dat het takelmateriaal kapotgaat, omdat KMT de boorgaten open wil houden. De pijpen die het gat in gaan, krijgen te maken met extreem hoge temperaturen en een hele zure omgeving die het metaal kan 'opeten'.
"We zijn bezig de juiste materialen te selecteren en uit te zoeken hoe we alles zo kunnen ontwerpen dat het standhoudt in die extreme omgeving", zegt Ingólfsson.
'Wat we nu weten van de binnenkant van vulkanen is slechts een beredeneerde gok'
Als het allemaal lukt, kan het KMT tot heel veel nieuwe inzichten komen over vulkanische activiteit, zegt Gluyas.
"Vanuit wetenschappelijk perspectief kan een monster uit een actieve magmakamer heel veel nieuwe informatie opleveren, die normaal gesproken uiterst moeilijk te verkrijgen is", zegt Gluyas, die ook voorzitter is van de Global Geothermal Energy Advancement Association.
Uiteindelijk komt het meeste dat we nu weten over vulkanen vrijwel uitsluitend van wat we zien aan de oppervlakte.
Maar tegen de tijd dat het gesmolten gesteente in lava verandert, is al heel veel gas de lucht in verdwenen. Daardoor weten we heel weinig van de samenstelling van magma voor een uitbarsting.
"Ik beledig soms wetenschappers door te zeggen dat vrijwel alles wat we weten over wat zich binnen een vulkaan afspeelt niet meer is dan een beredeneerde gok", zegt Ingólfsson.
Door de magma direct te monitoren en er monsters van te nemen, moet duidelijk worden waar het precies uit bestaat. Ook hopen wetenschappers manieren te ontdekken om de ondergrondse bewegingen te volgen.
Het glazige gesteente dat wordt gecreëerd bij het bevriezen van magma zou volgens Gluyas ook wel eens een goudmijn van informatie kunnen zijn, omdat het bellen zou kunnen bevatten met magmatische gassen.
"Er zal heel veel fundamentele wetenschap uit voortkomen en vast ook onverwachte bonussen. Maar er zit ook een hele praktische kant aan, omdat we beter zullen gaan begrijpen hoe de aarde zich gedraagt. Daardoor zullen we beter voorbereid zijn op natuurrampen", zegt Gluyas.
Geothermische put in een magmakamer is tien keer zo effectief, verwacht wetenschapper
Het KMT wil ook een tweede gat boren, dat is bedoeld voor geothermisch onderzoek.
Ingólfsson verwacht dat een geothermische put in een magmakamer net zo productief zal zijn als tien putten elders. Het is niet alleen erg heet daar, maar het magma verandert ook de samenstelling van steen, waardoor het opwekken van energie volgens het KMT veel efficiënter kan verlopen.
"De bron van geothermische energie is altijd magma en hoe dichter je daar bij in de buurt komt, hoe hoger de efficiëntie uiteraard wordt", aldus Ingólfsson. Het KMT-onderzoek moet zorgen voor hele nieuwe manieren om geothermische energie op te wekken.
"Je hebt de hele Mid-Atlantische Rug [een grotendeels onder water liggende bergketen, red.] offshore. En als we onze kennis over offshore boren combineren met wat we leren in Krafla, zouden we in theorie onbeperkt energie kunnen opwekken", zegt Ingólfsson.
Gluyas vindt de technologie veelbelovend, maar vraagt zich wel af of het op dit moment wel nodig is. "Op plekken met veel vulkanische activiteit - zoals in Mexico, Kenia, Ethiopië en Italië - wordt geothermische energie massaal onderbenut", zegt hij. "Ik weet niet hoeveel efficiënter systemen direct in een magmakamer zouden zijn."
'Voor het onderzoek naar de magmakamer is bijna €100 miljoen nodig'
Het KMT hoopt in 2026 het eerste gat te gaan boren in de magmakamer. Maar daar moet nog een hoop voor gebeuren.
De grootste uitdaging is het ophalen van genoeg geld om het onderzoekscentrum te kunnen bouwen en te beginnen met het boren van gaten. Ingólfsson schat dat het KMT bijna 100 miljoen euro op zal moeten halen bij overheidsorganisaties en zakelijke partners.
"We zeggen soms wel eens dat geologie aan de verkeerde pokertafel wordt gespeeld", zegt hij. "Bij ruimteonderzoek kosten telescopen voor bijvoorbeeld gammastraling miljarden, maar in de geologie is 200 of 300 miljoen al heel veel geld."
Toch heeft Ingólfsson veel vertrouwen in het project. "Naar onze mening is de kans dat we iets heel bijzonders gaan presteren erg groot."