Gif van de Zwarte Zee bevriest scheepswrak in perfecte staat

Het oudste schip op aarde is in gave staat gevonden op de bodem van de Zwarte Zee, waar geen zuurstof het wrak aantast. Robots met dieptecamera’s, 3D-scanners en sonar werpen licht op het ontstaan van het extreme milieu.

De roeispanen houwen in de maat in het grijze water van de Zwarte Zee. Het 23 meter lange Griekse koopvaardijschip met 15 tot 25 man aan boord is volgeladen met oliekruiken en specerijen, die worden verkocht in de koloniën en de stadstaten langs de kust van de geïsoleerde zee ten oosten van de Middellandse Zee.

De zeelieden dromen van een goede handel, maar dan steekt er een storm op, die gulzige golven op het schip afstuurt. De matrozen roeien wat ze kunnen, maar 80 kilometer van de Bulgaarse kuststad Boergas moeten ze opgeven.

Het koopvaardijschip maakt slagzij en zinkt naar de vergetelheid.

De Donau, Dnjestr, Dnjepr, Don en Koeban leiden elk jaar 354 km3 zoet water de Zwarte Zee in. In de diepte is er door zuurstofgebrek nauwelijks leven, wat paradoxaal genoeg wordt veroorzaakt door het voedselrijke rivierwater.

© Shutterstock

Tijdens een driejarig onderzoeksproject stuitten archeologen in de herfst van 2017 op het grotendeels intacte wrak, dat als een bevroren momentopname op de bodem van de Zwarte Zee ligt.

Na een koolstof 14-test bleek dat het schip zeker 2400 jaar geleden rondvoer, terwijl de Peloponnesische Oorlog woedde tussen Athene en Sparta. Het schip is het oudste intacte wrak ooit, maar het ziet eruit alsof het gisteren is gezonken.

Tijdens het project doken er 66 wrakken op. De ornamenten, tuigage en constructie van de schepen leren ons veel over de botenbouw in de oudheid, waar we het eerder moesten doen met afbeeldingen op bijvoorbeeld vazen.

Maar het belangrijkste is dat de bevindingen duidelijk het effect aantonen van de extreme omstandigheden in de Zwarte Zee, die tot voor kort niet te duiden waren.

Gewapend met onderwaterrobots heeft de onderzoeksexpeditie het geheim van het ontstaan van de Zwarte Zee ontdekt.

Diepzee-expeditie ontrafelt de geheimen van de Zwarte Zee

Een omgebouwd olieschip en een vloot onderwatervaartuigen vormden de kern van ’s werelds grootste maritiemearcheologieproject.

Expeditie naar ontstaan van zee

In 2015 voeren 70 maritiem archeologen, geologen en ingenieurs uit 15 landen voor het eerst de Zwarte Zee op om zo’n 2000 km2 zeebodem in kaart te kunnen brengen.

Het onderzoeksproject, het Black Sea Maritime Archaeology Project (afgekort Black Sea MAP) had als hoofddoel een antwoord te vinden op de vraag hoe de zeespiegelstijging na de laatste ijstijd van 12.000 jaar geleden de vroege beschavingen rond de Zwarte Zee heeft beïnvloed – en onder water gezet.

Een zeer uitgebreide kaart van de Zwarte Zeebodem moest onder andere verklaren hoe en hoe snel de Zwarte Zee is ontstaan en hoe hij is uitgegroeid tot de gelaagde, zuurstofarme en zelfs giftige zee die hij vandaag de dag is.

90 procent van de Zwarte Zee is één grote stilstaande, zuurstofvrije, giftige zone.

Maar verrassend genoeg kregen de onderzoekers een archeologische bijvangst in de schoot geworpen.

In het najaar van 2016 maakte Black Sea MAP de vondst bekend van tot dan toe 40 ongelooflijk goed bewaarde scheepswrakken op de zeebodem bij Bulgarije. De ouderdom van de schepen bestreek meer dan 1000 jaar: van het Byzantijnse Rijk in de 10e eeuw tot het Ottomaanse Rijk, dat bestond tot aan de 20e eeuw.

En in het najaar van 2017, tijdens de derde en laatste expeditie, doemden de contouren van het 23 meter lange schip op.

Brintsulfid og nul ilt i bunden af Sortehavet holder vragene i perfekt stand.

© Black Sea MAP/EEF Expeditions

Robots tekenen bodem in 3D

De archeologen van het project zagen de scheepswrakken op de zeebodem opduiken aan boord van het onderzoeksschip Stril Explorer van Black Sea MAP.

Vanaf het dek volgden ze op een computerscherm hun twee op afstand bestuurbare onderwatervoertuigen die de diepte verkenden.

Deze remotely operated vehicles of ROV’s hadden felle lampen, HD-camera’s en geavanceerde sonarapparatuur die de zeebodem tot op de millimeter precies in kaart bracht met akoestische signalen. ‘Alsof ik terug in de tijd reisde,’ zei archeoloog Helen Farr.

Op circa 2 kilometer diepte vond de ene onderwaterrobot, de Survey Interceptor, een wrak van 23 meter lang. Een stukje ervan werd naar boven gehaald om aan de hand van een koolstof 14-test de ouderdom van het hout te kunnen vaststellen.

De Zwarte Zee is verkend met robots tijdens een van de grootste onderwaterarcheologieprojecten ooit.

© Reach Subsea

Een koolstofdatering bepaalt het verval van de instabiele, radioactieve versie van koolstof, 14C, in organische stoffen als botten en hout. Een organisme absorbeert bij leven continu 14C, maar vanaf het sterven – in dit geval na het kappen van de boom – treedt alleen verval op.

Daarbij worden de radioactieve koolstofatomen omgezet in de stabiele stikstofatomen, 14N. Het aantal 14C-­atomen is na 5730 jaar gehalveerd en door het aantal atomen in het monster te tellen, valt te bepalen wanneer het organisme stierf.

Koolstofdatering stelt in het beste geval de ouderdom van een monster tot op een kwart eeuw vast, en uit het wrakstuk viel op te maken dat het schip was gebouwd van hout dat rond de 4e eeuw v.Chr. was gekapt, waarmee dit ’s werelds oudste intacte schip is.

Mogelijk was het een Grieks koopvaardijschip, want de Zwarte Zee was destijds een drukke handelsroute voor de oude Grieken, en bovendien lijkt het als twee druppels water op een ontwerp dat op enkele Griekse vazen en muurschilderingen uit die periode staat.

Het beroemdst is de Sirenenvaas, waarop de legendarische held Odysseus te zien is die aan de mast van een soortgelijk schip is gebonden, terwijl de Sirenen hem lokken met hun lied.

Feiten

  • Naam:

    Sirenenvaas, te zien in het British Museum in Londen.

  • Hoogte:

    34 centimeter.

  • Motief:

    De held Odysseus aan de mast van een Grieks schip.

  • Belang

    Een van de weinige afbeeldingen van dit scheepstype.

Ondanks de ouderdom waren mast, roer en roeibanken nog gaaf. Van de duizenden hogeresolutiebeelden die de drie camera’s van de ROV maakten, werd later één 3D-beeld van het schip gemaakt.

Zwarte Zee geeft momentopname

De oude Grieken noemden de Zwarte Zee Pontos axeinos – de onherbergzame zee. Die naam verwees waarschijnlijk naar stormen die plotseling opstaken en naar de dichte mistbanken. Maar Black Sea MAP benadrukt dat de beschrijving van de Grieken ook geldt voor de omstandigheden diep onder water.

Zeepieren, termieten, koolstofverslindende bacteriën en vooral zuurstof vreten zich in veruit de meeste andere zeeën razendsnel door de boeg heen, dus houten schepen zijn na 100 jaar zo goed als verdwenen. Maar in de Zwarte Zee liggen de schepen ongerept in de bescherming van een krasse chemie.

Vanaf circa 200 meter en dieper bevat de Zwarte Zee geen zuurstof. Daarentegen is de hoogste concentratie dodelijke gifstoffen hier te vinden: waterstofsulfiden. Daarom leven hier maar weinig micro-organismen, wat de zeebodem tot een ideale laatste rustplaats voor zeewrakken maakt.

Onderzoeksleider Jon Adams laat een 3D-geprint model van een wrak zien.

© David Parry/PA Wire/Ritzau Scanpix

De Zwarte Zee staat via de Bosporus in verbinding met de Middellandse Zee. De Bosporus is een ongeveer 33 kilometer lange geul die door Istanboel, de grootste stad van Turkije, loopt. Op de smalste plekken is de geul maar 750 meter breed en het water is nergens dieper dan 110 meter.

Door deze flessenhals stroomt jaarlijks zo’n 385 km3 brak water – zout zeewater en zoet water van de rivieren die in de zee uitmonden – de Zwarte Zee uit, terwijl maar 175 km3 zout water van de Middellandse Zee de andere kant op stroomt.

Doordat de dichtheid van het zeewater toeneemt naarmate het zoutgehalte hoger wordt, zal het brakke water altijd de bovenstroom vormen.

De rest van het water in de Zwarte Zee staat volledig stil en wordt nooit ververst. Het gebrek aan circulatie van vers water en dus zuurstoftoevoer heeft 90 procent van de Zwarte Zee omgetoverd tot een zuurstofvrije zone voor bijna alle vormen van leven.

Giftig milieu houdt verleden levend

Termieten, zeepieren en houtvretende bacteriën zijn volledig afwezig in de grote, zuurstofvrije zone van de Zwarte Zee. Gezonken schepen kunnen duizenden jaren intact op de zeebodem blijven liggen dankzij de gelaagdheid van het water en een sulfaatetende bacterie die het water voor andere organismen vergiftigt.

Smalle straat vormt de enige uitlaatklep van de Zwarte Zee

Het bekken van de Zwarte Zee bevat circa 547.000 km3 water, dat er alleen weg kan via de maximaal 750 meter brede en 110 meter diepe Bosporus. Hier stroomt brak water – een mengsel van zoet en zout water – boven het zoute water uit de Middellandse Zee langs. De smalle doorgang betekent dat slechts zo'n 0,14 procent van het water van de Zwarte Zee elk jaar wordt ververst.

Verschillen in waterdichtheid creëren sterke gelaagdheid

Brak en zout water vormen lagen, want de dichtheid van het water varieert met het aantal zoutmoleculen. De bovenste 100 meter water bestaat uit 1,7 à 1,8 procent zout. Hieronder stijgt het zoutgehalte in enkele meters tot 2,1 procent. Het verschil creëert een barrière die voorkomt dat de lagen zich vermengen. Daardoor daalt er geen zuurstof af.

Bacteriën roeien al het leven uit met giftige gassen

In het ooit zuurstofrijke dieptewater hebben micro-organismen gedurende duizenden jaren alle zuurstof verbruikt om voedsel af te breken. Daarna pelden bacteriën de zuurstofatomen van sulfaat af, dat daardoor waterstof opnam en giftige waterstofsulfiden vormde. Het gif roeide al het bodemleven uit, behalve enkele taaie bacteriën.

Toch is het een verrassing dat vondsten er zo lang in goed blijven. ‘Ik had echt nooit gedacht dat het mogelijk zou zijn om een nog volledig intact schip uit de oudheid op meer dan 2 kilometer diepte te vinden,’ zei onderzoeksleider Jon Adams toen Black Sea MAP de vondst in 2018 openbaar maakte.

Boringen testen wilde theorie

Naast de oudste scheepswrakken ter wereld vond Black Sea MAP 65 andere, nog gave wrakken uit zeer uiteenlopende perioden. Maar het achterhalen van de oorsprong van de Zwarte Zee had meer voeten in de aarde.

Alleen door ruim 400 boormonsters uit tal van bodemlagen te nemen, konden de onderzoekers analyseren wanneer en hoe de Zwarte Zee tot stand kwam, en zo een omstreden theorie bevestigen of weerleggen.

In 1998 voerden de twee Amerikaanse geologen William Ryan en Walter Pitman aan dat de Zwarte Zee het resultaat was van een natuurramp. Volgens hun theorie was er na de ijstijd dagelijks zo’n 40 km3 zout water uit de Middellandse Zee door de Bosporus gestroomd: de doorstroming van 200 keer de Niagara-watervallen.

Ruim 300 dagen lang overspoelde het water een weelderige vlakte rond een meer van smeltwater van de gletsjers uit de ijstijd, waardoor er een zee van geïsoleerd, stilstaand zout water ontstond. De kustlijn rond het meer bewoog dagelijks zo’n 1,5 kilometer landinwaarts, waardoor de bevolking moest verkassen.

‘Ik had echt nooit gedacht dat het mogelijk zou zijn om een nog volledig intact schip uit de oudheid op meer dan 2 kilometer diepte te vinden.’
Onderzoeksleider Jon Adams

Volgens de geologen werd het verhaal van generatie op generatie doorgegeven, waarna het in de 9e eeuw v.Chr. opgetekend werd in het Oude Testament als het verslag van de ark van Noach en de zondvloed.

Toen de archeologen van Black Sea MAP op steeds grotere diepte kernen uit de zeebodem boorden, was het alsof ze door de ontstaansgeschiedenis van de zee trokken. De lagen van de zeebodem zijn te dateren met behulp van sedimenten: afzettingen van losse deeltjes.

Sedimenten bevatten een schat aan informatie over het klimaat van vroeger, de temperatuur van het zeewater, veranderingen in mondiale zeestromingen, het zoutgehalte van het water en de hoogte van het waterpeil – en bij elkaar schetsen ze de vorming van de Zwarte Zee.

Schatten van de zeebodem zijn gereconstrueerd als 3D-modellen

De onderzoekers legden duizenden foto’s op de scans van hun vondsten. Software integreerde de foto’s en scans tot 3D-figuren, die op een computer vanuit alle hoeken te bestuderen zijn.

Zondvloedtheorie lekgeprikt

De zeebodemmonsters gingen voor analyse naar de medewerkers van de British Ocean Sediment Core Research Facility. Zij hebben de sedimenten met een ITRAX-kernscanner gedateerd, die werkt door de kernen met röntgenstralen te bestoken.

Daardoor beginnen de atomen in het sediment een zogeheten fluorescentiestraling af te geven, die door een detector wordt opgevangen en dan wordt omgezet in een digitaal signaal dat wetenschappers kunnen analyseren.

Het gehalte aan elementen als kalium, calcium en magnesium in de sedimentkern beschrijft de klimaatomstandigheden. Zo zit magnesium in zout water, en door analyse van de concentratie van het element in de verschillende sedimentkernen valt te zien wanneer het water uit de Middellandse Zee de Zwarte Zee in stroomde en hoe lang het duurde voordat het hele bekken vol was.

De omstreden zondvloedhypothese, die tientallen jaren de ronde heeft gedaan, is door Black Sea MAP inmiddels lekgeprikt. De wetenschappers hebben nog niet alle sedimentkernen verwerkt, maar de huidige resultaten geven al aan dat de Middellandse Zee gedurende duizenden jaren, van circa 16.000 tot 10.000 v.Chr., in de Bosporus is gestroomd.

Maar al is de Zwarte Zee niet gevormd door een gigantische overstroming, de wereldwijde waterstijging kreeg grote gevolgen voor de hele kustbevolking.

Dorp kan het museum in

Kort voor de afronding van het project in 2017 vonden de wetenschappers aan boord van de Stril Explorer wat ze oorspronkelijk zochten. Op de bodem van een voormalig dal voor de kust van Bulgarije troffen ze een nederzetting uit de bronstijd aan, die van 3000 tot 1200 v.Chr. overstroomd raakte door de Zwarte Zee.

Door een akoestisch signaal door de bovenste lagen te sturen, vonden de archeologen 2,5 meter diep in de zeebodem restanten van keramiek, vuurplaatsen en hout. Variaties in de weerkaatsing van de geluidsgolven brachten voorwerpen in de modder aan het licht. Later werd het dal een ankerplek en scheepshaven.

Razendsnelle onderwaterrobot werpt licht op de zeebodem

Met 15 km/h is de Survey Interceptor drie keer zo snel als andere onderwaterrobots. Het ROV (remotely operated vehicle) scande de zeebodem over een route van 1250 kilometer in de Zwarte Zee. De snelheid vergt veel van de instrumenten, die de data in het tempo van de ROV moeten verwerken.

800 geluidssignalen schetsen de zeebodem

De ROV zendt 20 meter boven de zeebodem geluidsgolven van een multibeam echolood naar beneden. Het signaal komt terug en wordt in 800 punten opgevangen. Die punten geven informatie prijs over hoogteverschillen, hardheid en eventuele voorwerpen.

Pinger pelt lagen van de zeebodem af

Met een ‘pinger’ kan de ROV verlaten nederzettingen tot 2,5 meter in de zeebodem vinden. De pinger zendt op een hoge frequentie een geluidssignaal uit, dat in diepe lagen dringt en terugkomt. Pinger en sonar zitten voor in de ROV, zodat de schroeven de signalen niet verstoren.

Lasermetingen en foto’s vormen 3D-modellen

Om de zeebodem tot in detail weer te geven heeft de duikboot Survey Interceptor drie ultra-HD-camera’s die duizenden beelden in een acht tot tien keer zo hoge resolutie als een gewone HD-video opnemen. Ook meet een laserscanner de vorm van de zeebodem op diverse diepten in de vorm van wolken van miljoenen punten, die daarna over de beelden gelegd worden. Software voegt de beelden en de scangegevens samen tot 3D-modellen van bijvoorbeeld een scheepswrak met de techniek fotogrammetrie. Zes ledspots en een stroboscooplamp leveren scherpe foto’s op, vanaf zo’n 5 meter boven de zeebodem gemaakt.

Omdat de Zwarte Zee zo langzaam vol stroomde, ontstond er een unieke niche in de tijd, terwijl het bovenste gedeelte van de zee de eetkamer van de wijde omstreken werd. De bovenste, zuurstofrijke lagen in zee zaten vol leven, en vandaag de dag leven er wel 180 vissoorten. Maar het voedselrijke water was paradoxaal genoeg ook de factor die het leven in de diepte zou verstikken.

Toen voedselrijk rivierwater in de zoute Zwarte Zee stroomde, gebruikten bacteriën de in het water opgeloste zuurstof om hun voedingsstoffen te laten oxideren, waarna ze die konden opnemen. Zodra alle zuurstof was verdwenen, begonnen de organismen de zuurstofatomen van de sulfaten in zee af te pellen, die daarna een dodelijke cocktail van giftige waterstofsulfiden werd.

Nu duidt veel erop dat het zuurstofarme water in de diepte de hele Zwarte Zee kan overnemen. De laatste 60 jaar is de toplaag volgens sommige onderzoekers geslonken van 140 tot 90 meter. Dit kan ten koste gaan van de toch al zwaar beproefde visserij, maar de grootste museumvitrine op aarde zal dan wel compleet zijn.

Lees ook:

Solpaneler ses nedefra.
Klimaatverandering

Geconcentreerde zonne-energie moet CO2-vriendelijk cement opleveren

3 minuten
Jaargetijden

KORTSTE DAG VAN HET JAAR: Noordelijk halfrond verbergt zich voor de zon

3 minuten
Vulkanen

De vulkaan Etna zakt langzaam in zee

8 minuten

Log in

Fout: Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
ToonVerberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!