Tussen het geluid van brekende golven door klonk opeens een vage pfieuw – het eerste teken dat er iets was misgegaan. Aan boord van het onderzoeksschip RV_Falkor luisterde David Barclay in december 2014 door zijn koptelefoon naar geluiden die werden opgepikt door een onderwatermicrofoon aan de romp van het schip. Meteen dacht hij aan het tweetal akoestische instrumenten dat ver beneden hem op weg was naar de bodem van het Challenger Deep in de Stille Oceaan. Deze plek in de Marianentrog ligt meer dan tien kilometer onder de golven – ruim twee kilometer dieper dan de Mount Everest hoog is – en is het diepste punt op onze planeet.
Het Britse oorlogsschip HMS Challenger (hier te zien op een houtsnede die met de hand is ingekleurd) begon in 1872 aan de eerste expeditie om de geheimen van de oceaan te ontrafelen. Door een storm raakte het schip uit koers en stuitte bij toeval op de onderzeese kloof die we nu kennen als de Marianentrog. De bemanning bepaalde de diepte van het zuideinde van de trog op 8140 meter. Tijdens een latere expeditie in de jaren vijftig ontdekte de bemanning van de HMS Challenger II binnen de trog een nog diepere depressie: het diepste punt op aarde, dat als eerbetoon aan de beide schepen het ‘Challenger Deep’ werd genoemd.
De twee instrumenten maakten deel uit van het netwerk waarmee Barclay, inmiddels assistent-professor aan de Dalhousie University in Nova Scotia, Canada, op een compacte en goedkopere manier het onderzeese landschap van de trog in kaart wilde brengen, een project waaraan hij al als student aan de Scripps Institution of Oceanography in San Diego was begonnen. Door het diepe gerommel in de oceaan te analyseren krijgen wetenschappers niet alleen meer inzicht in de structuur van de oceaanbodem maar kunnen ze ook heel specifieke geluidspatronen oppikken, onder meer van walvissen en onderzeeërs.
De heen- en terugreis van de instrumenten naar de bodem van het Challenger Deep nam ongeveer negen uur in beslag. Maar na het verstrijken van die tijd dook slechts één van de instrumenten uit de golven op.
Zoals Barclay later uit de metingen kon afleiden, was de vage pfieuw veroorzaakt door de implosie van een glazen koepel met een diameter van een kleine veertig centimeter waarin de elektronica van een van de beide akoestische instrumenten was ondergebracht. Hoewel het instrument was vernield, konden Barclay en zijn collega’s bruikbare patronen ontwaren in de kakofonie van geluiden die door de implosie was voortgebracht. Het team kon bovendien de weerkaatsingen van de geluidsgolven gebruiken voor de tot nu toe meest precieze berekening van de diepte van het Challenger Deep.
Bij eerdere metingen was een diepte van tussen de 10.900 en 10.950 meter geregistreerd, maar de nieuwste schatting leverde een nóg hoger getal op: 10.983 meter.
De HMS Challenger had talloze wetenschappelijke instrumenten aan boord, waarvan er enkele op deze gravure zijn te zien. Van links naar rechts: een sleepcilinder voor het meten van de zoutgraad, een cilinderdieplood voor het nemen van bodemmonsters, een sleepemmer voor het verzamelen van zeeleven, een thermometer voor het meten van de temperatuur op grote diepte en twee zware dieploden.
In december 2014 zetten wetenschappers een tweetal Deep Sound-instrumenten in zee uit. De instrumenten waren ontworpen om langzaam naar de zeebodem af te dalen en onderweg de geluiden van de oceaan vast te leggen. Nadat beide apparaten tot voorbij een diepte van acht kilometer waren afgedaald, implodeerde een ervan, de Deep Sound Mark III. Het andere instrument, de Mark II (op de foto tijdens het uitzetten), legde niet alleen het geluid van de implosie vast, maar ook de vele weerkaatsingen ervan die tussen het wateroppervlak en de zeebodem heen en weer galmden.
Wetenschappers weten al geruime tijd dat het Challenger Deep het diepste punt op aarde is, maar ze hebben vele tientallen jaren nodig gehad om uit te zoeken waar het precies lag en hoe diep het daar werkelijk was.
‘We willen graag de extremen van onze planeet kennen,’ zegt Scott Loranger, akoestisch oceanograaf van de Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts en een van de auteurs van de nieuwe studie. ‘Wat is de hoogste berg? Waar ligt de droogste woestijn? Wat is de scherpste pepersoort?’ Met dat soort vragen worden volgens hem de grenzen van de menselijke kennis verlegd. ‘Het is wat iedere wetenschapper probeert te doen.’
Professionele paranoia
Barclay omschrijft zichzelf als iemand die ‘professioneel paranoïde’ is, een beroepsdeformatie die is ontstaan tijdens een carrière waarin hij heel wat peperdure instrumenten overboord heeft gegooid. En die paranoia dwingt hem tot zeer nauwgezette voorbereidingen. Aan de vooravond van een ‘lancering’ van een instrument stelt hij altijd een lijstje op van wat er mis zou kunnen gaan. ‘Het klinkt een beetje sad*stisch, maar het is echt verstandig om te doen.’ zegt hij.
Het opsommen van mogelijke calamiteiten helpt Barclay om menselijke fouten te voorkomen, zoals het verzuim om een bepaalde accu op te laden of een bepaald instrument in te schakelen. Maar er blijven altijd factoren die aan Barcley’s controle ontsnappen.
Het onderzoek naar de diepste plekken op aarde is geen sinecure. De vele kilometers water boven deze plekken oefenen een verpletterende druk uit, in het geval van het Challenger Deep ruim een ton per vierkante centimeter, oftewel meer dan duizendmaal de luchtdruk aan de oppervlakte.
In 1960 daalden de Zwitserse oceanograaf Jacques Piccard en de Amerikaanse luitenant-ter-zee tweede klasse Don Walsh met de bathyscaaf Trieste van de Amerikaanse marine af naar het Challenger Deep. In de autonome onderzeeër, die op de foto boven de golven hangt, zorgde een tank vol benzine voor een deel van het drijfvermogen. De twee onderzoekers waren de eersten die het laagste punt van de oceaan bereikten, waar ze een recorddiepte van 10.911 meter maten.
De diepste trogDankzij de onbedoelde implosie van een akoestisch instrument in de diepzee, waardoor geluidsgolven heen en weer kaatsten tussen de oceaanbodem en het wateroppervlak, konden wetenschappers de precieze diepte van het diepste punt op aarde opnieuw berekenen.
Slechts een paar mensen hebben het Challenger Deep bereikt. De eersten waren de Zwitserse oceanograaf Jacques Piccard en de Amerikaanse luitenant-ter-zee tweede klasse Don Walsh, die op 23 januari 1963 aan boord van de bathyscaaf Trieste naar het diepste punt op aarde afdaalden. Toen de Trieste tot vlak boven de zeebodem was gezonken, barstte de plexiglazen kijkkoepel van het vaartuig als gevolg van de snel dalende temperatuur, waardoor er een harde knal in de cabine klonk. De koepel bleef verder intact, en Piccard en Walsh bereikten veilig en wel het Challenger Deep, waar ze twintig minuten bleven voordat ze weer naar de oppervlakte opstegen.
Andere wetenschappers hebben op afstand bestuurbare onderzeeërs naar het Challenger Deep gestuurd of de enorme diepte ervan met behulp van sonarapparatuur verkend. Het tweetal instrumenten van Barclay maakte dus deel uit van een lange geschiedenis van onderzoekingen in de Marianentrog.
De beide instrumenten waren geprogrammeerd om naar een bepaalde diepte af te dalen, daar te blijven zweven, de symfonie van oceanische geluiden op te nemen en dan weer naar de oppervlakte op te stijgen. Gepland was dat het ene instrument, de Deep Sound Mark II, naar een diepte van negen kilometer zou afdalen. Het andere, de Deep Sound Mark III, zou tot op de oceaanbodem zinken. Toen het tweetal instrumenten eenmaal uit zicht was verdwenen, waren er slechts maar weinig manieren om de voortgang van hun afdaling te volgen.
‘Je trekt aan een touw en laat ze los, en dan zijn ze weg,’ zegt Barclay. ‘Je ziet ze niet meer en je kunt niet met ze communiceren. Je weet de hele tijd niet wat er gaande is.’
Op 26 maart 2012 maakte National Geographic-onderzoeker en regisseur James Cameron in de onderzeeër DEEPSEA CHALLENGER de eerste succesvolle soloduik naar het Challenger Deep. Op de foto is het vaartuig tijdens een testduik naar acht kilometer diepte te zien. Gedurende de expeditie, die in samenwerking met National Geographic op touw werd gezet, legde Cameron zijn ervaringen met een hoge-resolutiecamera vast en nam bodemmonsters.
Maar de immer goed voorbereide Barclay had aan boord van het onderzoeksschip een onderwatermicrofoon geïnstalleerd, waarmee hij naar geluiden uit de diepte kon luisteren. Met deze microfoon werd ook de vage pfieuw opgevangen. Die avond wisten hij en de bemanning nog niet zeker wat er precies was gebeurd. Op het geplande tijdstip van opduiken tuurden ze gespannen over de oceaan uit om de instrumenten weer op te pikken. Maar slechts een van de beide Marks bleek op de golven te dobberen.
De wetenschappers hesen de Deep Sound Mark II aan boord en luisterden de geluidsopnamen van het akoestische instrument af. De ruis van zwakkere geluiden werd doorbroken door de vreemde pfieuw – de cluster van geluiden die was veroorzaakt door de implosie van de Mark III, die zich ver beneden de Mark II bevond. Barclay vermoedt dat een van de kleine keramische drijvers van het instrument het heeft begeven, waardoor een kettingreactie van verwoesting in gang werd gezet.
Toen de glazen koepel van het instrument onder het gewicht van acht kilometer water werd verbrijzeld, kwam er een luchtbel vrij die onder de enorme druk even bleef vibreren en daarna in ontelbare kleinere belletjes uiteenspatte. De geluiden van al deze processen schoten door de waterkolom naar de oppervlakte, waar ze werden weerkaatst en terug naar de oceaanbodem gestuurd. En daar hing nog het aandachtig luisterende oor van de Mark II. ‘Het was meteen duidelijk dat we het apparaat kwijt waren,’ zegt Barclay over de geïmplodeerde Mark III.
Weerkaatsende golven
Zes jaar later zat Loranger achter zijn bureau te luisteren naar de nagalm van de implosie. Omdat het veldwerk op zee door de pandemie stil was komen te liggen, hoopte hij tenminste uit deze geluidsopnamen iets nuttigs op te kunnen maken. Na een aanvankelijk chaotische cluster van geluiden, hoorde hij meerdere duidelijke echo’s, die telkens zwakker werden totdat ze niet meer van de stilte waren te onderscheiden.
‘Ik vergat om op ‘stop’ te klikken en was intussen op m’n toetsenbord aantekeningen aan het maken,’ vertelt Loranger. Maar toen hoorde hij iets vreemds. Ongeveer 25 seconden na de implosie schoot de vage pfieuw door de andere geluiden heen. De echo had al weerkaatsend tussen het wateroppervlak en het diepste punt van de oceaanbodem zo’n veertig kilometer afgelegd. ‘Jeetjemina,’ was Lorangers reactie. ‘Dat had ik totaal niet verwacht.’
Het meten van geluidsgolven is een van de meest gebruikelijke manieren om de zeebodem in kaart te brengen, net zoals vleermuizen echolocatie gebruiken om in het donker hun omgeving te scannen. Al vele jaren brengen wetenschappers op of vlak onder het wateroppervlak explosieven tot ontploffing om met behulp van de opgewekte geluidsgolven de afstand tot de zeebodem te berekenen. Maar volgens Mark Rognstad, een expert in de cartografie van de zeebodem van het Institute of Geophysics and Planetology, onderdeel van de University of Hawai‘i, maken oceanografen de laatste jaren vaker gebruik van subtielere methoden om lawaai te maken, bijvoorbeeld met perslucht.
Hoe dieper de zee, hoe harder – en lager – het geluid moet zijn om de zeebodem te kunnen bereiken. En de implosie van 2014 was zo’n bron van intens en diep geluid. Het imploderen van een glazen koepel rond een akoestisch instrument kan op grote diepte zeer hevig zijn, zegt Rognstad, die niet tot het onderzoeksteam behoorde. Hijzelf maakte deel uit van een door National Geographic gesponsord expeditieteam dat op zoek ging naar oorlogsschepen die tijdens de Slag om Midway in de Tweede Wereldoorlog waren. Ook op die expeditie sneuvelde een glazen koepel, ditmaal van een op afstand bestuurbare onderzeeër. ‘Mensen beschreven die implosie alsof er een staaf dynamiet was ontploft,’ vertelt hij.
Door de intensiteit van de implosie van de Mark III kaatsten geluidsgolven meerdere keren tussen het wateroppervlak en de zeebodem heen en weer, wat doorslaggevend is geweest voor de nauwkeurige berekening van het team. Door de akoestische eigenschappen van een van de echo’s als uitgangspunt te kiezen, konden Loranger en zijn collega’s de aankomsttijden van de oorspronkelijke luide knal en de weerkaatsingen ervan precies vaststellen. Vervolgens stelden ze computermodellen op voor de verschillende trajecten die de golven mogelijk hadden afgelegd, waarbij ze rekening hielden met verschuivingen in de snelheid van het geluid die het gevolg zijn van verschillen in temperatuur, waterdruk en zoutgehalte op uiteenlopende diepten.
Hun berekeningen leverde een nieuwe geschatte diepte voor het Challenger Deep op, namelijk van 10.983 meter, met een foutmarge van zes meter.
De magie van het geluid
De precieze diepte van het Challenger Deep is op verschillende manieren gemeten, wat tot verschillende resultaten heeft geleid. Naarmate de technologie wordt verbeterd, zullen er steeds opnieuw pogingen worden ondernomen om het diepste punt op aarde nauwgezet te meten. Vorig jaar nog verscheen een grondige analyse waarin onderzoekers op basis van akoestische gegevens en drukmetingen een diepte van 10.935 meter hadden berekend. De meetgegevens waren verzameld tijdens een aantal duiken van de onderzeeër Limiting Factor. Omdat elk van deze meetmethoden zo zijn haken en ogen heeft, is het logisch dat ze enigszins uiteenlopende resultaten opleveren.
‘Je kunt er niet gewoon een meetlat boven hangen en het dan precies opmeten,’ zegt Rochelle Wigley, een geologe van de University of New Hampshire die evenmin tot het onderzoeksteam behoorde. Ze wijst erop dat het verschil tussen de twee meest recente schattingen minder dan een half procent bedraagt.
Wat de exacte diepte van het Challenger Deep ook is, de speurtocht naar deze gegevens – en naar de vele merkwaardige fenomenen die tijdens die speurtocht worden ontdekt – is op zichzelf al de moeite waard. Zo was de implosie zelf een fraai voorbeeld van ‘ontdekking bij toeval’, waarbij de onderzoekers gegevens verzamelden die ze oorspronkelijk niet van plan waren om te verzamelen.
Volgens Barclay biedt de geluidsopname mensen ook de kans om zich even op een plek te wagen die door weinig mensen ooit bereikt zal worden. Hij vergelijkt het met het slaken van een luide kreet in de Grand Canyon om daarna te luisteren naar de echo’s ervan. De opname is ‘een manier om je eventjes in de Marianentrog te wanen,’ zegt hij. ‘En dat is echt magisch.’
Het project waarmee Barclay met behulp van geluidsgolven de bodem van het Challenger Deep in kaart wilde brengen, is inmiddels met succes afgerond. In 2021 daalde een van zijn apparaten op het diepste punt van de aarde neer en luisterde daar vier uur lang naar de kalme ritmes van de oceaan.
