Zoutvloei in het Reformatorisch Dagblad

In de afgelopen weken stond er in het Reformatorisch Dagblad een discussie tussen Stef Heerema enerzijds en mijzelf en twee geologen anderzijds. De aanleiding was een artikel van Heerema over de bodemdaling boven de afgesloten zoutmijn bij Barradeel. Een computermodel van TNO uit 2003 had voorspeld dat de bodem na de afsluiting een aantal centimeter zou opveren, maar dat is tot nog toe niet gebeurd. Volgens Heerema wijst dit erop dat steenzout niet zo stroperig blijkt als gedacht. Hij concludeert:

Geologen gingen ervan uit dat het een uitzonderlijk mobiel gesteente zou zijn. Steenzout blijkt echter keihard. Het uitblijven van het opveren van de bodem zet de theorie van ‘vloeibaar’ steenzout ter discussie.

In onze reactie legden wij uit dat Heerema’s conclusie onterecht is. Dit zal ik hieronder verder uitwerken en ook in een eerdere blogpost heb ik hier al over geschreven. Daarnaast stelden wij dat er achter Heerema’s schijnbaar neutrale bericht over bodemdaling – er werden zelfs Kamervragen over gesteld – een verborgen agenda zit: hij wil zijn ideeën over de zondvloed propageren. Wij betoogden dat geloof noch wetenschap daarbij gebaat is. Heerema begint in zijn reactie zelf ook over de zondvloed. De inhoud van zijn reactie zal ik hieronder bespreken, maar een kwalijk aspect is dat hij suggereert dat de erkenning van zoutvloei verbonden is aan het ondermijnen van het gezag van Gods Woord. Alsof hij daar over gaat. In onze korte en laatste reactie in het RD (niet online beschikbaar) zijn we daarom vooral daar op ingegaan. In deze blogpost wil ik de geologische achtergrond van de artikelen verder toelichten.

Theorieën en modellen

Geologisch onderzoek gaat vaak op de volgende manier. Eerst worden in het veld bepaalde observaties gedaan die om een verklaring vragen; bijvoorbeeld de constatering dat zoutlagen allerlei tektonische structuren – zoals diapieren – bevatten. Geologen zetten hun verbeeldingskracht aan het werk en ontwikkelen een hypothese hoe dat gegaan zou kunnen zijn. In het geval van zoutstructuren is dat bijvoorbeeld de hypothese dat deze structuren het gevolg zijn van steenzout dat als gevolg van drukverschillen ging vloeien. Om die hypothese verder te ontwikkelen, zijn laboratoriumproeven gedaan om de eigenschappen van steenzout te bepalen. Ook observaties bij zoutmijnen spelen hier een rol. Daarna is de hypothese getoetst door computermodellen te ontwikkelen die aan de hand van de eigenschappen van steenzout het gedrag van zoutlagen in het geologische verleden proberen te simuleren. Hoe beter zo’n model de werkelijkheid kan verklaren, hoe waarschijnlijker dat de hypothese van de geologen correct is. En inderdaad, computermodellen zijn in staat om zoutstructuren te verklaren met behulp van de kennis die we bezitten over de eigenschappen van steenzout en de natuurkundige krachten rond zouttektoniek.

In het geval van het TNO-model gaat het niet om het ontstaan van zoutstructuren uit het geologische verleden. Het model van Breunese et al. probeerde de bodemdaling goed te modelleren. Het bodemdalingsmodel dat voorafgaand aan de zoutwinning was gemaakt (in 1994) schatte de bodemdaling veel te laag in. De snellere bodemdaling werd verklaard doordat het zout sneller vloeide als gevolg van de relatief hoge temperatuur in de ondergrond. Maar het model dat daar rekening mee hield, bleek na een aantal jaar de bodemdaling juist iets te hoog in te schatten. Om dit te verklaren stelden Breunese et al. dat het zout van verder weg kwam, waardoor de dalingskom boven het zout breder en platter is. Maar als dat zo is, betekent dat dat het zout mobieler is dan gedacht. Let wel, het is natuurlijk niet zo dat Breunese et al. als eerste hebben voorgesteld dat zout kan vloeien. Dat was al lang en breed bekend. Waar het om gaat, is dat Breunese et al. een bepaald mechanisme van zoutkruip een belangrijkere rol hebben toegekend dan meestal in modellen wordt gedaan. Op die manier konden zij de dalingskom beter modelleren, en zoals gezegd wil je dat je model de werkelijkheid zo goed mogelijk kan verklaren.

Het was dit model dat voorspelde dat na het beëindigen van de zoutwinning de bodem weer zou terugveren. Het lijkt er niet op dat dit nog gaat gebeuren. In de metingen is geen enkele stijging te zien, en hoewel het gaat om een opveren van zo’n vijftien centimeter in een eeuw, laat het model van Breunese juist de snelste stijging in de eerste paar jaar zien. Met enige voorzichtigheid kunnen we vaststellen dat er iets is wat ervoor zorgt dat het model niet klopt.

De meest voor de hand liggende conclusie is om terug te keren naar de oude manier om zoutvloei te modelleren. Een artikel van Marketos et al. (2016) laat zien dat de keuze voor het zoutvloeimechanisme cruciaal is voor de vraag of terugveren verwacht wordt. Zij schrijven:

We find that if rock salt creep is linear, as appropriate for steady state flow by pressure solution, the subsidence response to any pressure reduction history contains two distinct components, one that leads to the subsidence bowl becoming narrower and deeper and one that leads to subsidence rebound and becomes dominant at later stages. This subsidence rebound becomes inhibited if rock salt deforms purely through steady state power law creep at low stresses.

Het was precies die eerste vorm van kruip (pressure-solution creep) die Breunese et al. in hun model extra belangrijk hadden gemaakt en waardoor de voorspelling van terugveren tot stand kwam. De andere vorm van zoutvloei (dislocation creep) werkt volgens een andere formule waarbij het drukverschil in een machtsverband staat. Dat betekent dat het onder grote drukverschillen (relatief) heel snel kan vloeien, maar onder kleine drukverschil juist bijna niet. Pressure-solution creep zorgt ervoor dat zout veel mobieler wordt onder kleine drukken – vandaar dat het in het model van verder weg begint te stromen – en daardoor zo krachtig blijft toestromen dat het de bodem boven het zout een beetje kan terugdrukken. Welk mechanisme dominant is, hangt af van de eigenschappen van het steenzout (mineralogische samenstelling, temperatuur, korrelgrootte, de aanwezigheid van water, etc.) en van het feit dat de exponent in de machtsfunctie van dislocation creep op verschillende plekken een verschillende waarde heeft. Al deze waardes zijn niet volledig bekend voor de situatie van Barradeel, waardoor er een grote onzekerheid in het model kruipt.

Zelfs met de observatie dat het terugveren van de bodem uitblijft, betekent dat nog niet dat Breunese et al. ongelijk hadden wat betreft de mechanismen achter zoutvloei. Immers, er is nog altijd die relatief platte dalingskom die verklaard moet worden. Het kan zijn dat er bepaalde factoren met betrekking tot de aard van de caverne, de gesteenten boven het zout of andere invloeden op de bodemdaling ervoor hebben gezorgd dat het opveren is uitgebleven. Als die factoren niet in het model zijn meegenomen, is het begrijpelijk dat de voorspelling niet is uitgekomen. Niet voor niets hebben de onderzoekers zelf ook aangegeven dat ze niet wisten of de voorspelling van terugveren uit zou komen en is er in het verlenen van vergunningen geen rekening mee gehouden. Een nieuw model, waarin meer informatie van de situatie wordt opgenomen, zou de bodemdaling wellicht heel anders en conform de huidige situatie voorspellen.

Er zijn dus allerlei verklaringen die een geoloog kan bedenken wanneer hij ziet dat de voorspelling van Breunese et al. niet is uitgekomen. Waar echter niet aan gedacht wordt, is om de achterliggende theorie van zoutvloei te verwerpen. Dat is logisch, want deze theorie is keer op keer bevestigd en komt direct voort uit de waarneming van zoutvloei in cavernes en laboratoria. Toch is juist dit de conclusie die Stef Heerema wil trekken. Dat is dus onterecht. Het zou pas een optie worden als alle andere, veel voor de hand liggender verklaringen, zijn uitgesloten. En dan moet er ook nog een heel goede verklaring komen voor de waarnemingen die zoutvloei bevestigen.

Heerema’s ideeën

Heerema’s conclusie is dus veel te snel, en daarom hoogst onaannemelijk. Maar laten we desondanks kijken wat hij zelf over zoutvloei te zeggen heeft. Hierboven schreef ik hoe geologische theorievorming normaliter verloopt. In Heerema’s geval missen nog de stappen veldwerk, experimenten en modellen. We zullen het dus moeten doen met een paar geschetste ideeën waarvan het lastig te controleren is of ze iets met de werkelijkheid te maken hebben. In zijn eerste artikel laat Heerema een figuur zien dat moet verklaren hoe de zoutwinning bij Barradeel in zijn werk gaat. Omdat de caverne een holte is met een lage druk, wordt het gesteente boven de caverne voor een deel gedragen door het gesteente rond de caverne, dat daardoor onder een relatief hoge druk komt te staan. Door het drukverschil tussen dit gesteente rond de caverne en de caverne zelf, begint het zout te stromen. Het gekke is dat dit niet eens per se fout is. Het laat zien hoe zout van hoge druk naar lage druk stroomt, zoals een vloeistof. Of het inderdaad zo is dat er rond de caverne een hogere druk heerst, is nog maar de vraag, maar dat maakt voor het grotere plaatje niet al te veel uit.

In zijn tweede artikel komt Heerema opnieuw met een situatieschets. Daarin is te zien hoe hij zich de bodemdaling boven het zout voorstelt, opnieuw volgens een schema dat mij niet direct fout overkomt. Maar dan schrijft hij plotseling:

De lokale vervorming van het zout is het gevolg van zoutkruip, niet van zoutvloei. Kruip is een langzaam toegeven aan een grote kracht, waarbij het zoutgesteente niet bezwijkt en zijn (door water verzwakte) sterkte behoudt.

Geologen daarentegen geloven dat steenzout zijdelings als een vloeistof toevloeit en zo bodemdaling voorkomt. Het droge en vaste zoutgesteente moet dan zijwaarts naar de caverne vloeien. De weerstand tegen die beweging is groot en er is geen zijwaartse kracht aanwezig om die verplaatsing te forceren. De rode pijlen (afbeelding) geven hun onjuiste denkbeeld weer.

De eerste verwarring is dat Heerema niet duidelijk maakt wat hij bedoelt met een verschil tussen zoutkruip en zoutvloei. Het zijn synoniemen. Zoutvloei wordt veroorzaakt door kruip, zoals hierboven ook is beschreven (creep is het Engelse woord voor kruip). En inderdaad, zoutvloei ‘is een langzaam toegeven aan een grote kracht, waarbij het zoutgesteente niet bezwijkt’, precies zoals Heerema kruip beschrijft.

Het merkwaardige is dat Heerema in zijn figuur lijkt te suggereren dat zoutkruip alleen mogelijk is in een zone met de vorm van een omgekeerde kegel rond de caverne. Maar dat lijkt niet overeen te stemmen met de figuur uit zijn eerste artikel, waaruit blijkt dat juist het zout naast de caverne onder verhoogde druk komt te staan, niet erboven. Je zou dan voornamelijk zijwaartse zoutvloei verwachten (de volgens Heerema onjuiste rode pijlen), geen kruip van bovenaf. Het zou goed zijn als Heerema nog een plaatje schetst waarin hij beide figuren combineert, zodat te zien is hoe het zout van hoge naar lage druk stroomt.

Mijn conclusie is dat Heerema’s eigen ideeën grotendeels lijken op de standaard theorie. Alleen is mij niet duidelijk hoe hij van zijn geschetste drukplaatje (dat speculatief is) tot zijn plaatje van stromingsbewegingen en ook is mij totaal niet duidelijk op welke manier dit zou laten zien dat zout niet stroomt.

Zondvloed

Precies zoals wij hadden aangegeven zit achter Heerema’s kijk op Barradeel een veel groter verhaal, dat zou moeten aantonen dat er een wereldwijde zondvloed is geweest. In zijn tweede artikel komt Heerema weer met zijn hypothese van zoutmagma (of -lava, dat is nog altijd onduidelijk) op de proppen. Daarbij refereert hij aan zijn artikel uit 2018, dat ik uitgebreid heb besproken zonder een inhoudelijke reactie te hebben ontvangen. Maar in zijn artikel in het Reformatorisch Dagblad maakt Heerema het nog bonter:

Geologen verwerpen de zondvloed ten gunste van hun eigen niet bewezen theorie dat vast steenzout vloeit als een vloeistof. In een langzame, gestage beweging gedurende miljoenen jaren moet het volgens hen hebben plaatsgevonden.

Om te beginnen is de mogelijkheid om te stromen als vloeistof vastgesteld. Zoutkruip (dat dus een synoniem van zoutvloei is) is in het laboratorium waargenomen. Overigens geldt voor alle gesteenten dat kruip onder bepaalde voorwaarden mogelijk is en het is dan ook bepaald geen uitzondering om de gevolgen van plastische vervorming van gesteenten in het veld waar te nemen. Bij steenzout gaat dit echter een aantal ordes van grootte sneller dan bij de meeste andere gesteenten, zodat het op geologische tijdschaal extreme effecten heeft. Dat is ook waar te nemen in gebieden waar grote pakketten gesteenten over elkaar zijn geschoven (bijvoorbeeld in de Pyreneeën); zout vormt dan meestal het ‘glijmiddel’ dat het voor de andere gesteenten mogelijk maakte om te verschuiven. Andere zwakke sedimentaire gesteenten, zoals schalie en mergel, kunnen dit gedrag ook vertonen.

Daarnaast is het niet zo dat geologen zoutvloei accepteren om de zondvloed te kunnen verwerpen. Heerema is de eerste die de ontkenning van zoutvloei aan de zondvloed koppelt. De geologische theorie van zoutvloei bestond al tientallen jaren daarvoor en was nog nooit door een creationist aangevallen. De hydrothermale modellen van andere creationisten kunnen ook haast niet anders dan zoutvloei accepteren, alleen moet het dan buitengewoon snel zijn gegaan.

Conclusie

Zowel voor geologen als voor natuurkundigen is het vloeigedrag van zout waar te nemen. Het zou daarom goed zijn als Heerema zijn kritiek meer zou verdiepen. Het is nu al een jaar of twee hetzelfde verhaal, zonder met de problemen in dat verhaal (die naar voren zijn gebracht door bijvoorbeeld Leon van den Berg en mij) aan de slag te gaan. De focus op Barradeel helpt daarbij niet; het maakt de zaak hooguit verwarrender. In plaats van krantenartikelen zou Heerema eens een stuk kunnen schrijven van een pagina of twintig tot dertig waarin hij uitgebreider ingaat op de natuurkundige achtergrond van zijn kritiek op de standaard geologie en zijn eigen ideeën. Op die manier kan er progressie gemaakt worden.

---

Update 1-3-2021

Afgelopen zaterdag heeft Stef Heerema een lezing gegeven over zout op het Logoscongres. Ik zal geen integrale bespreking van deze lezing publiceren, omdat het meeste al besproken is. Toch is er een aantal punten die nog wat extra aandacht verdienen.

1. Heerema besteedt de nodige aandacht aan de gaswinning in Groningen. Volgens hem is het fout gegaan door verkeerde ‘geologische denkbeelden’. Het verhaal van Heerema is echter onvolledig. De aardbevingen in Groningen zijn namelijk ontstaan door het reactiveren van inactieve breuken in de ondergrond. Het heeft niet te maken met het afnemen van de druk in het gesteente, want het is van begin af aan vastgesteld dat dat gebeurt.
2. Volgens Heerema komt de convergentie van de caverne vooral van bovenaf. Echter, in cavernes waar de convergentie daadwerkelijk is gemeten (zoals in Tersanne in Frankrijk en Eminence in Mississippi), blijkt dat de convergentie helemaal niet van bovenaf komt. De convergentie vindt aan de zijkanten plaats, en is onderaan groter dan bovenaan. Dat is logisch, want de druk in het zout is onderaan groter, terwijl de druk in de caverne bij benadering overal gelijk is. Als gevolg daarvan is het drukverschil tussen het zout en de caverne onderaan groter dan bovenaan, waardoor de zoutkruip sneller verloopt.
3. Volgens Heerema vindt zoutkruip (een synoniem voor zoutvloei) plaats doordat de viscositeit van het zout verlaagd wordt door het water. Ik neem aan (maar weet niet zeker) dat hij denkt dat de pressure-solution creep vergemakkelijkt wordt. Het probleem is alleen dat dit helemaal niet nodig is om de convergentie van de caverne te verklaren, omdat de computermodellen van TNO dit niet meenemen, maar de snelheid van zoutvloei al goed weten te modelleren. Het is namelijk zo dat het water in de caverne volledig verzadigd raakt met zout, dus waarschijnlijk niet ver kan doordringen in het gesteente – het lost dat gesteente juist op. Heerema legt niet uit waarom het water wel ver zou doordringen en er zijn ook geen modellen of berekeningen die bevestigen dat dit nodig is om zoutvloei mogelijk te maken.
4. Heerema gaat kort in op het RD-artikel van Jan van Herk, Nico Hardebol en mij. Hij is er niet van onder de indruk, omdat Van Herk en Hardebol voor overheidsorganisaties werken of hebben gewerkt. En ik ben geïndoctrineerd door mijn hoogleraren die beweren dat zout kan stromen. Hoewel we deze manier van redeneren ad hominem noemen en geen enkele argumentatieve waarde heeft, dient opgemerkt te worden dat Stef Heerema geen enkel idee heeft wat je zoal leert bij een opleiding aardwetenschappen. Als hij ook aardwetenschappen had gestudeerd, was hij er misschien achter gekomen waarom zijn denkbeelden onjuist zijn.
5. Hoewel ik Heerema de woensdag voor het congres had ge-e-maild, heeft hij de extra informatie in mijn blogs genegeerd, ook al is daar de technische onderbouwing voor onze artikelen in het RD te vinden.
6. Volgens Heerema bagatelliseren wij de voorspelling dat de bodem weer zou opveren. Maar als hij mijn blogs had gelezen, dan wist hij dat die bagatellisering terecht is. De onderzoekers hebben zelf aangegeven dat ze niet zeker wisten wat er zou gebeuren. Het is niet meegenomen in de vergunningverlening. En de hierboven vermelde studie van Marketos et al. laat zien dat de voorspelling van opveren afhankelijk is van de manier waarop je zoutvloei modelleert.
7. Heerema beweert dat vergunningen zijn gebaseerd op de belofte dat de bodem na het stoppen van de zoutwinning weer zou opveren. Dat is incorrect. Om nog maar te citeren uit het protocol: “Het mogelijke terugveren van bodemdaling (rebound) vanwege lineaire zoutkruip wordt niet meegenomen in de prognoses.” Let op het woord ‘mogelijke’.
8. Heerema heeft het voortdurend over het feit dat geologen aangeven dat zout heeft gevloeid ‘als ware het een vloeistof’. Dit is een onjuiste vertaling van het Engelse ‘salt flows as a fluid’. In het Engels zijn er twee verschillende woorden voor enerzijds de manier waarop een materiaal op krachten reageert (fluid) en de fase van het materiaal (liquid). Zout is een fluid, ook al is het een solid en geen liquid. De correcte vertaling is dus dat ‘zout stroomt als vloeistof’, ook al is het woord ‘vloeistof’ in het Nederlands verwarrend.

---

Update 9-3-2021

Inmiddels zijn de Kamervragen van Henk Nijboer beantwoord. De minister schrijft dat het eventuele opveren van de bodem onderwerp is “van voortgaande analyse van de monitoring gegevens”. Over het vloeien van zout hoeft daarentegen geen twijfel te zijn. Dit laat weer zien dat (1) het opveren van de bodem geen directe afleiding is van de vaststelling dat zout vloeit en (2) dat er over dit opveren nog veel onzekerheid is. Hopelijk is deze discussie nu echt afgerond, omdat hiermee toch wel duidelijk wordt dat Stef Heerema fout zat toen hij de verkeerde verwachting van het opveren direct koppelde aan zoutvloei en daarmee aan de zondvloed.

Vorige week zat Stef Heerema bij Uitgelicht. In de uitzending komt geen nieuwe informatie meer naar voren. Hij beweert dat geologen op basis van zoutvloei verwachtten dat er geen bodemdaling zou zijn. Dat is onwaar en Heerema weet dat. Het zou goed zijn als hij hier op terugkomt.