Een student slaat met een hamer op een metalen plaat. Een andere student in een tentje verderop kijkt naar het scherm van zijn laptop. Wat gebeurt hier? PhD en geofysicus Myrna Staring: “We kijken naar het binnenste van de aarde.”
Als kind was Staring al gefascineerd door de aarde en door alles wat er binnenin die aarde gebeurde. “Ik verzamelde verschillende soorten stenen en wilde alles weten van aardbevinden en vulkanen. En toen ontdekte ik dat er een manier bestond om daadwerkelijk in de aarde te kijken. Ik was meteen verkocht.”
Met behulp van de hamer en de metalen plaat maakt Staring een digitaal plaatje van hoe de aarde onder onze voeten eruitziet. Maar wat het scherm laat zien, is niet altijd hoe het in werkelijkheid is.
Met geluid een plaatje van de aarde maken
“Om zo’n digitaal plaatje van de aarde te maken, zend je als geofysicus een signaal de aarde in. Zoals met een hamer op een metalen plaat. De hoop is dat dit signaal in de aarde op een laag stoot, en dan direct terugkaatst.” Ondertussen wordt het signaal opgenomen met behulp van een geophone. Die volgt het signaal en laat zien hoe lang het duurt voor het signaal weer terugkomt. En dus hoe diep die laag onder je in de aarde zit.
“Maar in de aarde zitten veel lagen. Het signaal kan op de terugweg een andere laag tegenkomen waarop het weer terugkaatst. En soms nog één, en nog één.” Het zijn allemaal lagen die bestaan uit verschillende soorten aarde en steen. Als het signaal ineens stuit op een ander soort materiaal, dan kan ervoor zorgen dat een deel van het signaal meerdere keren heen en weer kaatst voordat het weer naar boven komt.
Klopt het plaatje wel?
Hoe weet je of het signaal meteen terug is gekomen, of dat het eerst heen en weer is gekaatst in de aarde? “Als er sprake is van meerdere weerkaatsingen, dan zal de geophone het signaal later opvangen dan wanneer het direct na één keer kaatsen terug omhoog komt.”
Het probleem met deze methode: je neemt aan dat een signaal door iedere laag maar één keer wordt weerkaatst. Zijn er meerdere weerkaatsingen, dan doet het signaal er langer over en neemt deze methode aan dat de oorsprong ervan dus dieper ligt. Je krijgt een incorrect plaatje van hoe de ondergrond eruit ziet. “We weten niet wat de echte situatie is, en nog belangrijker: we weten niet wat het incorrecte plaatje allemaal verbergt.”
Marchenko methode
De Marchenko methode die Staring onderzoekt, kan daar verandering in brengen. “Het is een methode die ervanuit gaat dat het signaal zelf alle informatie heeft die je nodig hebt. Met behulp van een hoop wiskunde en de fysische data van geluidsgolven kun je voorspellen welk deel van een signaal meteen is teruggekaatst, en welke deel eerst meerdere keren op en neer is gegaan.” En met die informatie kun je daarna een incorrect plaatje reconstrueren.
Als je de plaatjes van voor en na de Marchenko methode vergelijkt, zie je vaak meteen een groot verschil. “Opeens verschijnt het echte plaatje, dat eerst verborgen bleef. Vaak verandert dat de hele interpretatie van een gebied.” En dat neemt een hoop kosten en risico’s weg, wanneer je in dat gebied iets onder de grond moet doen. “Binnenkort ga ik werken aan nieuwe windparken. Daar zijn enorme krachten werkzaam, en je wilt niet dat een windmolen in de grond verzakt. Kan ik de ondergrond zo in kaart kan brengen, dat je de windmolens beter kunt plaatsen en daarna ook beter in de gaten kunt houden?”
Gepubliceerd: maart 2020
