In 2011 brak een aardbeving met een kracht van 9,0 tot leven voor de kust van Tohoku, Japan, wat een enorme tsunami veroorzaakte en meer dan 15.000 mensen het leven kostte.
De wereldwijde effecten van de Tohoku-aardbeving - nu beschouwd als de vierde krachtigste sinds de opname in 1900 begon - worden nog steeds bestudeerd. Wetenschappers hebben sindsdien geschat dat de aardbeving het hoofdeiland van Japan 8 voet (2,4 meter) naar het oosten duwde, de aarde maar liefst 10 inch (25 cm) van zijn as sloeg en de dag met een paar miljoenste van een seconde verkortte, NASA rapporteerde in 2011. Maar voor Arata Kioka, een geoloog aan de Universiteit van Innsbruck in Oostenrijk, zijn de meest interessante en mysterieuze effecten van de aardbeving niet te zien met een satelliet; ze kunnen alleen worden gemeten in de diepste kloven van de oceanen van de aarde.
In een nieuwe studie die op 7 februari in het tijdschrift Scientific Reports werd gepubliceerd, bezochten Kioka en zijn collega's de Japan Trench - een subductiezone (waar de ene tektonische plaat onder de andere duikt) in de Stille Oceaan die meer dan 26.000 voet (8.000 m) stort op het diepste punt - om te bepalen hoeveel organisch materiaal daar was gedumpt door de aardbevingsbeving. Het antwoord: veel. Het team ontdekte dat ongeveer één teragram - of 1 miljoen ton - koolstof in de greppel was gedumpt na de aardbeving in Tohoku en de daaropvolgende naschokken.
'Dit was veel meer dan we hadden verwacht', vertelde Kioka aan WordsSideKick.com.
De diepste plekken van de aarde
De enorme hoeveelheid koolstof die door aardbevingen is verplaatst, kan een sleutelrol spelen in de wereldwijde koolstofcyclus - de langzame, natuurlijke processen waarmee koolstof door de atmosfeer, de oceaan en alle levende wezens op aarde fietst. Maar, zei Kioka, onderzoek naar dit onderwerp ontbrak.
Een deel daarvan kan zijn omdat het gaat om het bezoeken van de diepste plekken op aarde. De Japanse loopgraaf maakt deel uit van de hadal-zone (genoemd naar Hades, de Griekse god van de onderwereld), met plaatsen op de loer die meer dan 3,7 mijl (6 kilometer) onder het oceaanoppervlak liggen.
'De hadale zone beslaat slechts 2 procent van de totale oppervlakte van de zeebodem', vertelde Kioka aan WordsSideKick.com. 'Het is waarschijnlijk minder onderzocht dan zelfs de maan of Mars.'
Tijdens een reeks missies die werden gefinancierd door verschillende internationale wetenschappelijke instellingen, reden Kioka en zijn collega's tussen 2012 en 2016 zes keer over de Japanse loopgraaf. Tijdens deze cruises gebruikte het team twee verschillende sonarsystemen om een kaart met hoge resolutie te maken van de diepten van de greppel. Zo konden ze inschatten hoeveel nieuw sediment er in de loop van de tijd aan de loopgravenvloer was toegevoegd.
Om te zien hoe de chemische inhoud van dat sediment was veranderd sinds de aardbeving van 2011, groef het team verschillende lange sedimentkernen op vanaf de bodem van de greppel. Elk van deze kernen was tot 10 meter lang en diende als een soort geologische laagkoek die liet zien hoe diverse stukjes materie van land en zee zich op de bodem van de greppel stapelden.
Meerdere meters sediment leken in 2011 in de greppel te zijn gedumpt, zei Kioka. Toen het team deze sedimentmonsters in een laboratorium in Duitsland analyseerde, konden ze de hoeveelheid koolstof in elke kern berekenen. Ze schatten dat de totale hoeveelheid toegevoegde koolstof over de hele greppel tot een miljoen ton was.
Dat is veel koolstof. Ter vergelijking: jaarlijks wordt ongeveer 4 miljoen ton koolstof uit de Himalaya-bergen via de Ganges-Brahmaputra-rivieren aan zee geleverd, schreven Kioka en zijn collega's in hun studie. Dat een kwart van dat bedrag in de Japanse loopgraaf terechtkomt na een enkele seismische gebeurtenis, onderstreept de mysterieuze kracht die aardbevingen in de wereldwijde koolstofcyclus met zich meebrengen.
Hoe precies koolstof dat op de diepste plaatsen van de aarde wordt gedumpt, in de bredere cyclus terechtkomt, is nog onzeker. Kioka zei echter dat subductiezones zoals de Japanse loopgraaf koolstofsedimenten een relatief snel pad naar het binnenste van de aarde kunnen geven, waar ze uiteindelijk tijdens vulkaanuitbarstingen als koolstofdioxide in de atmosfeer kunnen vrijkomen. Verder onderzoek is nodig en een geplande expeditie in 2020 om nog langere kernmonsters uit de greppel te verzamelen, kan enkele historische details bevatten die honderden of duizenden jaren teruggaan.
