Kansen voor aardwarmte: Nieuwe methode haalt temperatuurhistorie van gesteente boven

Persbericht

Kansen voor aardwarmte: Nieuwe methode haalt temperatuurhistorie van gesteente boven

Gepubliceerd op
17 juni 2015

Bodemgesteente slaat informatie op over de temperaturen waaraan het heeft blootgestaan. Dankzij een nieuwe methode is die geschiedenis nu ook te achterhalen uit gesteente dat lagere temperaturen heeft ondergaan, vanaf 35 graden Celsius, en voor de relatief korte tijdschaal van enkele duizenden jaren. Dat is onder meer interessant bij het lokaliseren van geothermische reservoirs en het onderhoud van ondergrondse tunnels. De nieuwe methode werd ontwikkeld door onderzoekers van Wageningen University en internationale collega’s.

Foto rechtsboven: Benny Guralnik (rechts) bij veldwerk in Alaska (foto: Jean-Daniel Champagnac)

Hoe dieper in de aarde, hoe warmer het wordt. Maar hoe warm precies kan per locatie verschillen, bijvoorbeeld doordat er smeltende sneeuw door het gesteente sijpelt of een warmwaterbron tussen het gesteente zit. Met luminescentie is te achterhalen welke temperaturen gesteenten in duizenden jaren doorstaan hebben. De techniek maakt gebruik van elektronen die vastzitten in kristallen in het gesteente en een signaal kunnen afgeven. Het signaal ontstaat onder invloed van natuurlijke radioactieve stralingsbronnen en warmte, die elkaar beïnvloeden en in evenwicht houden. Kleine temperatuurveranderingen hebben effect op de balans en kunnen grote invloed hebben op de intensiteit van het signaal. Het signaal is in het laboratorium meetbaar met licht.

Benny Guralnik van het Nederlands Centrum voor Luminescentiedatering (NCL) van Wageningen University en daarvoor het ETH-Zürich, en Christina Ankjærgaard van het NCL, ontwikkelden met internationale collega’s de eerste methode die het signaal kan vertalen dat gesteente afgeeft dat lage temperaturen heeft meegemaakt (tussen de 35 en 80 graden Celcius) in de bovenste twee kilometer van de aarde. Dankzij de nieuwe vertaalsleutel kan bij luminescentiemetingen aan steenmonsters ook voor het eerst informatie beschikbaar komen over temperatuurontwikkeling in gesteente in de laatste tien- tot honderdduizend jaar.

Bestaande meetmethoden leverden informatie op tijdschalen van miljoenen jaren, diepere aardlagen en hogere temperaturen. Ook temperatuurmetingen bij grondboringen leveren dit soort informatie niet op. Guralnik: “Die geven alleen een indicatie van de temperatuur van dat moment, dat bovendien wordt verstoord door het boren zelf en het gebruikte water. Door de luminescentiesignalen te bestuderen, kunnen we de werkelijke, natuurlijke temperatuur zoals die gemiddeld over duizenden jaren is geweest achterhalen.”

Benny Guralnik in het lab (foto: Wageningen UR)
Benny Guralnik in het lab (foto: Wageningen UR)

Astrofysica

Guralnik greep voor de methodeontwikkeling terug op theoretisch werk van de Oostenrijks-Duitse astrofysicus Fritz Houtermans in de jaren vijftig van de vorige eeuw. Hij toog vervolgens naar een boorgat in Zuid-West Duitsland, waar de ondergrondse temperaturen bekend zijn. Daar verzamelde hij een reeks steenmonsters om de theorie in het lab te valideren. “Dat was als het maken van een kruiswoordpuzzel. We konden achterin het puzzelboekje kijken of onze oplossing klopte.”

Geothermische energie

De nieuwe meetmethode kan zowel boven- als ondergronds toepassing krijgen, aldus Guralnik. “Net zoals je naar olie kunt zoeken, kun je met deze methode aardwarmte opsporen. Geothermische energie is een hernieuwbare energiebron waarvan we nog steeds veel te weinig gebruikmaken.” Ook voor het bepalen van de veiligheid van ondergronds opslag van kernafval kan deze nieuwe temperatuurbepaling helpen. “Kernafval interacteert met zijn omgeving: het beïnvloedt de temperatuur van het omliggende gesteente en omgekeerd. Met deze methode kun je je ervan verzekeren dat het gesteente in het verleden geen temperatuurveranderingen heeft ondergaan.”

Een andere toepassing van de nieuwe luminescentiemethode ziet Guralnik bij de bouw en het onderhoud van ondergrondse tunnels, omdat de methode mogelijk zwakke plekken kan helpen opsporen. Ook ziet hij mogelijkheden voor klimaatonderzoekers en archeologen. “In woestijnen kan het overdag aan de grond 70 graden Celsius worden. Als je kunt achterhalen wat de oppervlaktetemperatuur de afgelopen duizenden jaren gemiddeld was, kan dat meer kennis opleveren over de regionale klimaatontwikkeling. Archeologen kunnen met onze methode mogelijk meer te weten komen over kookstenen: of de stenen waarvan ze denken dat ze zijn gebruikt bij het koken, ook werkelijk kookstenen zijn.”

Oude literatuur

Dat Guralnik aan de slag ging met bijna zeventig jaar oude literatuur vindt hij zelf overigens niet bijzonder. “Mijn vader zegt dat iets nieuws vaak iets ouds is dat is vergeten. Maar oude literatuur laat vooral zien dat onderzoek een geschiedenis heeft, en het rustig vijftig jaar kan duren voordat een idee resultaat oplevert. Zoals Newton ook stelde: If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.”

Uitgever Elsevier heeft het artikel van Guralnik et al, OSL-thermochronometry of feldspar from the KTB borehole, Germany, tot en met 5 juli vrij toegankelijk op de website geplaatst. Het artikel verschijnt in augustus in het wetenschappelijk tijdschrift Earth and Planetary Science Letters.

Some like it hot (illustratie: Benny Guralnik)
Some like it hot (illustratie: Benny Guralnik)