‘Reuzemetronoom’ levert nieuwe inzichten over ontstaan estuaria
Een metronoom voor aardwetenschappers. Professor Maarten Kleinhans van de Universiteit Utrecht heeft er een ontwikkeld. Met het unieke onderzoeksinstrument wil hij het ontstaan van estuaria simuleren. Als hij de typische grillige vormen kan nabootsen, heeft hij een wetenschappelijke primeur beet.
De Metronoom van professor Maarten Kleinhans, hoogleraar Rivieren en Delta’s aan de faculteit Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht, is eigenlijk een grote bak van 20 bij 3 meter, gevuld met zand en water, die langzaam heen en weer kantelt. Kleinhans: “Wetenschappers zijn al jaren razend geïnteresseerd in de vraag hoe estuaria precies ontstaan en welke rol het getij daarin speelt. Rond 1890 waren er eerste experimenten in een houten bak waar handmatig water werd ingepompt. Begin deze eeuw deden Italiaanse onderzoekers een gelijkaardige poging. Maar als je het getij nabootst door het waterpeil kunstmatig te verhogen en te verlagen, ontbreekt het element van de stroming. En daardoor kloppen de resultaten van die experimenten niet: de stroming blijft beperkt tot de monding, terwijl het getij in echte estuaria nog ver stroomopwaarts voelbaar is.”
Eb en vloed in 40 seconden
Maarten Kleinhans ging op zoek naar een methode die de getijstroming wél kan simuleren. “Het is immers de stroming die de typische banken en geulen doet ontstaan door voortdurend zand en slib heen en weer te transporteren”, vertelt de hoogleraar. “Met de Metronoom willen we dat effect nabootsen.”
Het onderzoeksinstrument dankt zijn naam aan de constante puls waarmee het heen en weer kantelt. “Een getijcyclus van 12 uur en 40 minuten wordt in onze bak gereduceerd tot 40 seconden. De kanteling bedraagt amper 9 centimeter. Volgens onze berekeningen is dat voldoende om in de Metronoom een prachtig estuarium in het klein tot leven te brengen.”
Slikken en schorren imiteren
De huidige opstelling is het resultaat van maanden studiewerk. Het team van Kleinhans maakte eerst enkele kleinere prototypes om het idee te testen. Kleinhans: “De resultaten van de kleinere opstellingen waren veelbelovend. Maar slib gedraagt zich anders in de miniatuuromgeving van het lab dan in de werkelijkheid. Om realistische resultaten te krijgen, was een grotere opstelling onontbeerlijk. Geen sinecure, want een stabiele, goed geschaalde opstelling van die grootte is een huzarenstukje. De bak van de Metronoom is bijvoorbeeld lichtjes gebogen. Dat is nodig om hem vlak te krijgen zodra hij gevuld is met sediment en water. Met een Vici-beurs van NWO-TTW (de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek, loket Toegepaste en Technische Wetenschappen) was het mogelijk om de grote opstelling te realiseren en systematisch onderzoek te starten.”
Bovendien onderzoekt het universitaire team meer dan de beweging van water en zand. “We bestuderen ook welke effecten elementen als reliëf, ondergrond en vegetatie hebben, net als in een echt estuarium”, zegt Kleinhans. “Op dit moment werken we bijvoorbeeld aan slikken en schorren. Voor de slikken gebruiken we gekraakte walnotenschaal, een ideale manier om een licht sediment te imiteren. De schorren creëren we met een zestal plantensoorten waarop we eerder testen hebben uitgevoerd in de botanische tuin. Ze zijn klein genoeg om dezelfde effecten op stroming te hebben als schorvegetatie op de schaal van de Metronoom.”
Primeur
De Metronoom is nog maar pas in werking, maar de eerste resultaten zijn veelbelovend. Vanaf de eerste experimenten was duidelijk dat de wetenschappers estuaria veel realistischer konden simuleren dan voorheen. De eb- en vloedscharen ontstaan bijvoorbeeld vanzelf en blijven doorlopend veranderen, net als in de natuur. Een primeur dus. Kleinhans: “We begonnen met een laagje zand van een handbreedte dik waar een smalle rivier doorheen stroomde. Al na enkele uren begonnen er zich prachtige vormen van geulen en banken te ontwikkelen: het begin van een estuarium met een smalle geul die stroomafwaarts breder wordt. Maar daar houden we niet op. Ons doel is om verschillende types van estuaria te onderzoeken, ook historische. Zo staat het voormalige estuarium van de Rijn bij Leiden op ons verlanglijstje: dat ontstond op een brede, verdrinkende kustvlakte en evolueerde uiteindelijk naar een smalle, trompetvormige riviermonding.”
“Ons onderzoek kan helpen om voorspellingen te doen over de ontwikkeling van delta’s.
Maarten Kleinhans, Universiteit Utrecht
Dat kan van levensbelang zijn.”
Door inzicht te krijgen in de patronen die het water creëert, begrijpen onderzoekers veel beter hoe estuaria functioneren. “En dat is erg belangrijk”, zegt Kleinhans. “Een groot deel van de wereldbevolking woont in deltagebieden. Als we weten hoe estuaria zich gedragen, kunnen we veel beter inspelen op de behoeftes van de bevolking en de industrie zonder de grote belangen van de natuur en voedselketens voor toekomstige generaties uit het oog te verliezen. Ons onderzoek kan helpen om voorspellingen te doen over de ontwikkeling van delta’s. Dat kan van levensbelang zijn in tijden waarin de zeespiegel stijgt.”
Kennis delen
Voor het zover is, moeten Maarten Kleinhans en zijn team nog vele experimenten uitvoeren en de resultaten bespreken met andere wetenschappers. Daar zijn ze ondertussen mee begonnen. Het experiment met slikken en schorvegetatie werd eerder deze maand voor het eerst voorgesteld in het kader van de Christiaan Brunings-lezing. Die lezing wordt jaarlijks georganiseerd aan de Universiteit Utrecht voor al wie rivieren en estuaria bestudeert of beheert.
Maar Kleinhans deelt zijn kennis niet alleen met vakgenoten. “We zetten ook heel bewust in op kennisoverdracht naar jongeren”, zegt hij. “Daarom hebben we in de botanische tuin van de Universiteit Utrecht een kleiner model van de Metronoom geplaatst. Scholieren kunnen er kennismaken met de werking van estuaria en de manier waarop we die als wetenschappers bestuderen.”
De Christiaan Brunings-lezing vindt elk jaar in januari plaats. Een internationaal toonaangevende wetenschapper geeft de keynotelezing. U kunt de lezingen integraal bekijken op de website van de Universiteit Utrecht. Daar vindt u ook een informatiefilmpje over de Metronoom.