Je hebt wetenschappers die nuttig werk verrichten in hun vertrouwde en veilige laboratorium. Én je hebt waaghalzen die voor de wetenschap zo dicht mogelijk in de buurt van vulkanen, orkanen, hitte of juist kou willen komen. Bijvoorbeeld Beatriz Flamini die vrijwillig 500 dagen in een grot leefde en vandaag voor het eerst weer daglicht zag. KIJK vertelt over deze en nog vier voorbeelden van extreem onderzoek.

Vandaag kwam een 50-jarige Spaanse vrouw voor het eerst sinds 500 dagen uit een 70-meter diepe grot. Ze zat hier niet per ongeluk vast, maar deed het als experiment om meer te leren over ons slaap-waakritme en over de capaciteiten van het menselijk brein.

Het afgelopen anderhalf jaar woonde Beatriz Flamini in de grot in de provincie Granda. Al die tijd had ze geen contact met de buitenwereld. Ze vermaakte zichzelf door te breien, sporten, schilderen, tekenen en lezen. Af en toe werden er levensmiddelen in een grote tas naar beneden getakeld.

Flamini had geen telefoon of horloge bij zich. Ze had wel een laptop waarmee ze informatie kon versturen, maar niet kon ontvangen. Haar ervaringen filmde ze met twee kleine camera’s. Wetenschappers van de universiteiten van Granada en Almería volgden zo nauwlettend haar avontuur. Nu willen ze gaan onderzoeken of de opsluiting neuropsychologische en mentale veranderingen heeft veroorzaakt.

Met haar experiment heeft ze een wereldrecord neergezet; nog nooit heeft iemand zo lang aaneengesloten in een grot geleefd. Flanini noemde haar tijd in de grot “uitstekend”, maar verlangde wel naar een douche.  

Twee emmertjes lava halen

Vele lagen katoen, een helm, speciale handschoenen en een gasmasker. Modieus was de outfit van de Amerikaanse geoloog en vulkanoloog Jessica Ball niet te noemen, maar bescherming bood hij haar wel degelijk. Ball behoort tot de onderzoekers die de grote uitbarsting van de vulkaan Kīlauea op het eiland Hawaii in 2018 bestudeerden. Op de top van deze 1,2 kilometer hoge vulkaan ligt een grote komvormige krater, een caldeira. Vanuit deze krater lopen zogenoemde riftzones, zwakke plekken in de flank van een vulkaan waar lava uit kan stromen. Tijdens de uitbarsting in 2018 gebeurde dit volop: uit de verzwakte zones spoten heuse lavafonteinen omhoog.

Ball en haar collega’s van de U.S. Geological Survey onderzochten tijdens deze uitbarstingen hoe magma (vloeibaar gesteente onder het aardoppervlak) naar de riftzones toe stroomde. Dat deden ze in de hoop om voortaan erupties beter te kunnen voorspellen.

Maar dit onderzoek is niet zonder risico. Zo dragen de vulkanologen katoenen kleding omdat synthetische stoffen door de intense hitte smelten. Verder beschermen de handschoenen de wetenschappers bij het verzamelen van grondmonsters tegen scherp vulkanisch gesteente, en dragen ze helmen en gasmaskers om ervoor te zorgen dat ze veilig uit deze hel op aarde terug kunnen komen. Geen beroep voor angsthazen dus.

Door de jaren heen kwamen meerdere vulkanologen om tijdens hun veldwerk. Zo werd David Alexander Johnston in 1980 gedood door een pyroclastische stroom: een hete wolk van lava, gas, rotsen en as. En dat terwijl de observatiepost die hij op dat moment bemande op maar liefst 10 kilometer van de vulkaan Mount Saint Helens lag. Elf jaar later werden de vulkanologen Harry Glicken en Maurice en Katia Krafft eveneens overvallen door een pyroclastische stroom, dit keer veroorzaakt door de uitbarsting van de Unzen, een Japanse vulkaan.

Maar ondanks al het gevaar dat ze met zich meebrengen, vindt Ball de uitbarstingen van de Kīlauea – en daarmee haar werk – fascinerend. “Een vulkaan doet wat hij wil. Door dit onderzoek realiseer ik me eens te meer dat we gewoon hebben te dealen met de krachten van de natuur.”

Lees ook:

• ‘Tsja, wetenschappers zijn soms net echte mensen’
• Vrouwelijke wetenschappers krijgen minder erkenning

Spannende spelonken

Claustrofobie en speleologie, oftewel grotonderzoek, is geen ideale combinatie. Sommige doorgangen in de onderaardse ruimtes zijn zo klein dat de wetenschappers zich er tijgerend doorheen moeten wurmen. Ook krijgen ze te maken met diepe afgronden, afbrokkelende richels, én is er altijd de kans dat ze de weg terug niet meer kunnen vinden. Speleologen nemen het omwille van de wetenschap allemaal voor lief. Ze willen weten hoe oud grotten zijn, hoe ze ontstonden, welke mineralen er te vinden zijn en welke organismen van deze extreme plek hun thuis hebben gemaakt.

Een van de grotten die al meer dan vijftig jaar worden bestudeerd, is het Verjovkina-systeem in Abchazië, een gebied in de Kaukasus. Met 2212 meter onder het aardoppervlak mag Verjovkina zich ’s werelds diepste grotstelsel noemen. Het duurt drie dagen om het laagste punt te bereiken. Hier slaan (veelal Russische) speleologen dan een kamp op om een aantal dagen onderzoek te doen, om daarna de eveneens drie dagen durende terugtocht te maken.

“De eerste 400 meter naar beneden zijn het lastigst, omdat je daar erg smalle doorgangen tegenkomt”, zei speleoloog Pavel Demidov tegen de BBC. Daarna wordt de tocht gemakkelijker, maar eenmaal op het diepste punt aangekomen, krijgen de onderzoekers het weer even zwaar. “Door een luchtvochtigheid van bijna 100 procent, temperaturen van 4 tot 7 graden en een laagje water onder je voeten voelt het in het kamp namelijk ijzig koud aan.”

Demidov vertelde dat hij en zijn collega’s bovendien rekening moeten houden met de kans op vallend gesteente en overstromingen van de grot door regenwater. In 2018 waren de speleologen bijvoorbeeld gedwongen om uit de grot te vluchten omdat er steeds meer water in sijpelde. Met behulp van stijgklemmen klauterden de wetenschappers, langs touwen die bij de heenreis waren neergelaten, razendsnel omhoog naar een veilige zijpassage in de grot waar ze zestien uur verbleven – tot de stortvloed was afgenomen. Uiteindelijk wisten alle speleologen het Verjovkina-systeem heelhuids te verlaten.

Helaas ging het voor Demidov op 23 augustus 2020 alsnog helemaal mis. Niet in het Verjovkina-systeem, maar in een nog niet eerder verkende grot, eveneens in Abchazië. Op een diepte van 300 meter werd de Rus geraakt door rotsblokken die naar beneden vielen. Hij was op slag dood.

Opgesloten op Antarctica

In Nederland kan het ’s winters goed koud worden. In februari 2021 lag er een dik pak sneeuw, een laag ijs op de snelwegen én was de gevoelstemperatuur -18 graden Celsius. Maar wetenschappers op Antarctica lachen daarom. Zij bestuderen de aanwezige organismen, geschiedenis en omgevingsfactoren van de Zuidpool bij veel lagere temperaturen.

De Nijmeegse huisarts en expeditiedokter Floris van den Berg bracht bijna veertien maanden door op Antarctica, in het 1500 kubieke meter grote onderzoeksstation Concordia. Hier mat hij onder meer het verval van botten en spieren van zijn collega’s en nam hij hun immuunsysteem onder de loep. Bovendien onderzocht hij welk effect de extreme geïsoleerdheid op de menselijke psyche had. Je kunt immers door de kou maar voor heel korte tijd buiten zijn.

“Als je uitademt, krijg je waterdamp, waardoor een sjaal of mondbedekking meteen bevriest. Die sjaal moet je ronddraaien, maar dan heb je ijs in je nek. Even een skibril wisselen omdat de binnenkant beslaat? Dan bevriezen je oogleden. Daar is echt maar een paar seconden voor nodig”, vertelde Van den Berg ons in een eerder interview via een videoverbinding met de Zuidpool. “Op dit moment is het -63 graden Celsius, met een gevoelstemperatuur van -82.”

Van der Bergs opdrachtgever, de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, gebruikt zijn data ter voorbereiding op een Marsmissie. De omstandigheden voor de onderzoekers op Antarctica zijn namelijk vergelijkbaar met die waaronder astronauten op de rode planeet moeten werken; in een kleine basis bovendien.

Naast de uitdagingen die met de kou gepaard gaan, laat de zon zich van begin mei tot eind augustus niet zien. Dit verstoort het biologische ritme van de wetenschappers. Uit bloedtesten die Van den Berg bij ze afnam bleek dat dit – samen met de isolatie – voor een hoger stressniveau zorgde. De hoeveelheid cortisol in het bloed was veel hoger dan normaal. “Verder ligt Concordia op 3230 meter hoogte, waar het zuurstofgehalte ruim 35 procent lager is dan in Nederland”, vertelde hij. Hierdoor hebben de wetenschappers de eerste paar weken moeite om een trap op te lopen, maar daarna past het lichaam zich aan het zuurstofgebrek aan.

Aan het leven in isolatie wen je daarentegen niet naarmate je er langer zit. Dat wordt juist moeilijker, merkte de Nijmeegse huisarts. De onderzoekers werden bijvoorbeeld steeds somberder en zonderden zich nog meer van hun collega’s af. Een behoorlijke beproeving dus, dat werk op de Zuidpool.

Stormachtige carrières

Als je een orkaan in vliegt, zie je vrij weinig”, vertelt de Amerikaanse luchtmachtpiloot Stephen Pituch in een filmpje van de BBC. “En dan opeens ga je van dit donkergrijze, mistige uitzicht naar een soort stadion met om je heen een muur van wolken.” Zo beschrijft hij wat er gebeurde toen hij met zijn toestel in 2017 het oog van de orkaan Irma binnenvloog.

Zoals Pituch het vertelt, klinkt het bijna als een hemelse ervaring, maar hij benadrukt dat orkaanvliegen stalen zenuwen vereist: “Op sommige momenten raakt de automatische piloot door de storm helemaal van slag. Je voelt het vliegtuig dan vallen en wacht op de juiste omstandigheden om het weer te kunnen besturen. Want als moeder natuur besluit dat je niet kunt vliegen, dan kan dat ook simpelweg niet.”

Pituch heeft het hier over de momenten in de eyewall, de ring rond het oog van de orkaan waar de turbulentie het hevigst is. Verder verlopen de vluchten niet al te spannend. De National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), die drie toestellen tot zijn beschikking heeft voor het orkaanvliegen, omschrijft ze zelfs als “redelijk saai”. Dat komt doordat de wind tijdens een orkaan horizontaal blaast en vrij voorspelbaar is. Maar dit betekent niet dat de vluchten, die soms tien uur duren, helemaal zonder gevaar zijn. Sinds 1943, toen de Amerikaanse kolonel Joseph Duckworth zich als eerste, en dan ook nog met een eenmotorig vliegtuig, in een orkaan waagde (zie KIJK 8/2019), zijn er namelijk 53 ‘orkaanvliegers’ omgekomen.

Na Irma, die met windsnelheden van bijna 300 kilometer per uur onder meer zware schade aanrichtte in het Caribisch gebied en Florida, volgden meer orkanen, zoals Florence en Dorian. Ook bij deze stormen trokken de vliegende orkaanjagers eropuit, zodat de wetenschappers en technici aan boord onder meer de barometrische druk en de windsnelheden kunnen meten. Op basis daarvan kan beter worden voorspeld wat de mensen op de grond te wachten staat.

Ad Stoffelen, verbonden aan het KNMI, is voor zover bekend de enige Nederlandse wetenschapper die meerdere orkaanvluchten meemaakte. Zo doorkruiste hij in 2008 de stormen Hanna en Ike, waarbij hij heel wat g-krachten voor zijn kiezen kreeg. Een zwakke maag kun je dan ook maar beter niet hebben bij dit werk.

Dit is een verkorte versie van een artikel uit KIJK 4/2021, daarin waren nog drie voorbeelden te lezen.

Bronnen: NOS, KIJK 4/2021

Openingsbeeld: Hawaiian Volcano Observatory

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!