Het kraken van de klimaatcode: Wetenschappers graven aanwijzingen op van 380 miljoen jaar geleden

Poreuze dolomietrots met holtes die ideaal zouden zijn voor geothermisch gebruik. Credit: RUB, Marquard

Vloeistoffen die ondergronds circuleren alteren geleidelijk gesteenten in de loop van de tijd. Deze processen moeten in overweging worden genomen bij het gebruiken van gesteenten als klimaatarchieven. Dr. Mathias Müller van de onderzoeksgroep Sediment en Isotoopgeologie aan de Ruhr Universiteit Bochum, Duitsland, heeft samen met internationale collega's gedetailleerd beschreven welke klimaatinformatie bewaard is gebleven in 380 miljoen jaar oude kalkstenen uit Hagen-Hohenlimburg.

Bovendien stellen zijn analyses hem in staat om conclusies te trekken over de geschiktheid van het gesteente vandaag de dag voor diep geothermisch gebruik. De resultaten van zijn onderzoek zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geochimica et Cosmochimica Acta op 1 juli 2024.

Beeld van één zijde van de Steltenberg steengroeve: De verschillend gekleurde gesteenten zijn producten van diagenetische processen ondergronds, die het oorspronkelijke kalksteen hebben veranderd. Credit: RUB, Marquard

Om een beter begrip te krijgen van het klimaat van vandaag, kan het helpen om naar het verleden te kijken. Onderzoekers gebruiken hiervoor zogenaamde proxies: indirecte indicatoren van het klimaat in natuurlijke archieven zoals ijskernen, boomringen of druipstenen. "Als we iets willen leren over het klimaat van enkele miljoenen of zelfs miljarden jaren geleden, onderzoeken we sedimentgesteenten die mogelijk zelfs de zeewatertemperatuur van honderden miljoenen jaren geleden hebben opgeslagen," legt Mathias Müller uit.

Fossielen van koralen en brachiopoden in de grijze Massenkalk kalksteen die gedeeltelijk diagenetisch getransformeerd zijn tot lichtbruine dolomietrots langs een verticale breuk. Credit: Mathias Müller

Een ding dat dit soort verstrekkend klimaatonderzoek aanzienlijk moeilijker kan maken, is de latere verandering in de klimaatsignalen die in deze gesteenten zijn opgeslagen. Dit proces wordt diagenese genoemd. Het begint kort na het afzetten van sediment in zeewater en kan tot op de dag van vandaag doorgaan. "Heel oude gesteenten zijn meestal tot op enkele kilometers diepte begraven," zegt Mathias Müller. "Veranderingen in klimaatinformatie worden dan veroorzaakt door hete vloeistoffen die diep circuleren." Waar ze het gesteente kunnen binnendringen, leiden ze vaak tot recrystallisatie of nieuwe mineraalgroei in het gesteente. Bovendien, wanneer gesteenten vanuit de diepten naar het aardoppervlak worden gebracht, worden ze beïnvloed door het weer. Deze zogenaamde meteorische diagenese kan ook oude klimaatinformatie beïnvloeden of volledig nutteloos maken.

Samen met een internationaal onderzoeksteam heeft Mathias Müller in detail gereconstrueerd welke klimaatinformatie uit de ondiepe zee tijdens het Devoon nog steeds opgeslagen is in het gesteente in het gebied van Hagen-Hohenlimburg en door welke processen en onder welke omstandigheden het sindsdien is veranderd. De onderzoekers analyseerden talrijke systematisch verzamelde steekproeven van gesteente uit de steengroeve Steltenberg met petrografische en geochemische methoden.

"We waren verbaasd dat de veranderingen in het gesteente ons in staat stelden een groot aantal significante geologische gebeurtenissen te identificeren, zoals de opening van de Noordelijke Atlantische Oceaan in het Jura en het begin van de plooiing en daaropvolgende opheffing van de Alpen honderden kilometers verderop sinds het late Krijt," somt Mathias Müller op. Hij beschouwt radiometrische uranium-lood datering als de sleutel tot de chronologische classificatie van de zogenaamde overprinting gebeurtenissen die zijn opgeslagen in het gesteente. "We waren bijzonder verheugd om tijdens ons onderzoek te ontdekken dat klimaatinformatie uit het Devoon nog steeds te vinden is, zelfs in sterk overbedrukte gesteenten," benadrukt de onderzoeker.

Mathias Müller analyseert de veranderingen die gesteenten hebben ondergaan gedurende miljoenen jaren. Credit: RUB, Marquard

De resultaten van de studie zijn ook interessant als het gaat om het exploiteren van gesteenten voor diepe geothermische energie, wat een bijdrage zou kunnen leveren aan de energietransitie. Het voorspellen van welke omstandigheden zullen worden aangetroffen in welke gebieden van de ondergrond is tot nu toe een grote uitdaging geweest voor onderzoekers. "Vooral in carbonaatgesteenten kan diagenetische overstepping zowel tot precipitatie als tot oplossingsfenomenen in het gesteente leiden, wat een dramatisch effect kan hebben op de potentiële levensvatbaarheid van geothermische energie," zegt Mathias Müller.

De resultaten van de huidige studie laten voorzichtig optimistische conclusies toe dat sommige van de gekarakteriseerde processen in de diepere ondergrond de bruikbaarheid van geothermische energie kunnen hebben verhoogd. Samen met onderzoekers van het Fraunhofer Onderzoeksinstituut voor Energie-infrastructuur en Geothermische Energie IEG en de Geologische Dienst van Noordrijn-Westfalen, streeft Mathias Müller er momenteel naar om te achterhalen welke implicaties de bevindingen vanaf het aardoppervlak hebben voor de toepasbaarheid van geothermische energie op diepte.