Zoutgletsjer op drift
Ondergrondse zoutlagen vloeien door extreme druk en temperatuur

Honderd keer zo snel als verwacht kruipen de stroperige steenzoutlagen in de diepste zoutmijn ter wereld, drie kilometer onder de grond. Na sluiting van de mijn veert de onvoorziene bodemdaling mogelijk weer terug.

© 2004 Henk Leenaers

Eind 1996, een jaar na het begin van de zoutwinning, moeten ze flink zijn geschrokken bij Frisia Zout BV, eigenaar van de Friese zoutmijn bij Barradeel. De eerste landmeetkundige controle wees toen op een bodemdaling van een halve centimeter, vijf keer meer dan verwacht. De tweede meting in oktober 1997 bevestigde de gevreesde trend met nog eens twee centimeter bodemverzakking. Acht meetjaren later blijkt het diepste punt van schotelvormige dalingsgebied met vier centimeter per jaar zelfs vijf keer sneller te dalen dan de grond boven het Groningse gasveld; de totale daling is begin 2004 opgelopen tot dertig centimeter - nog vijf centimeter en de maximaal toegestane daling is bereikt. Hoewel de zoutvoorraad nog vijftig jaar productie toestaat, verplaatst Frisia dit jaar noodgedwongen de zoutwinningsactiviteiten. Wat is er aan de hand in de twee Friese zoutcavernes, ondergrondse holtes ontstaan door het oplossen van steenzout?

Jaarlijks verbruikt een gemiddelde wereldburger ruim dertig kilo zout. Zelfs wie royaal strooit met het zoutvat verbruikt daarvan maar een fractie via zijn voedsel; zout wordt namelijk ook verwerkt in consumentenproducten als glas, haarverf, medicijnen en vaatwastabletten en verbruikt bij de industrile productie van PVC, plastic, aluminium en zeep. Met vijf miljoen ton per jaar valt Nederland net buiten de top-10 van wereldzoutproducenten, samen goed voor jaarlijks ruim 200 miljoen ton, maar het is wl een van de grootste exporteurs. Chemiereuzen als Akzo houden de binnenlandse vraag op peil en bij importerende landen is Nederlands zout populair vanwege het hoge keukenzout-gehalte: het heeft een zuiverheid van maar liefst 99,9%. Voldoende redenen voor Frisia om, ondanks de snelle bodemdaling, de zoutwinning in de loop van 2004 naar het oosten uit te breiden.

Bodemdaling boven een zoutmijn is het gevolg van 'kruip', het traag vloeien van zout bij hoge temperatuur en onder invloed van grote drukverschillen. Millimeter voor millimeter kruipt het stroperig geworden zout in de richting van een caverne, waardoor de bodem er boven langzaam inzakt. Aan het maaiveld ontstaat zo, na tientallen jaren productie, een bodemdalingsschotel van enkele kilometers in doorsnee en enkele centimeters diep. Maar de daling in Friesland verloopt wel tien keer zo snel als elders in de wereld. "Oplosmijnen in bijvoorbeeld de Verenigde Staten en Frankrijk groeien uit tot kolossale pekelbellen, zonder dat het maaiveld merkbaar meebeweegt" zegt Jaap Breunese van Nederlands Instituut voor Toegepaste Geowetenschappen TNO, "maar daar zijn cavernes zelden dieper dan anderhalve kilometer. Met drie kilometer is de Friese zoutmijn de diepste ter wereld."

Tweehonderdvijftig miljoen jaar geleden lag Nederland aan de zuidrand van de Permzee, net zo zout als de Dode Zee, maar vele malen groter. In het toenmalige woestijnklimaat kon door indamping van zeewater en daling van de zeebodem een zoutpakket ontstaan van honderden tot duizend meters dik. De zuidgrens van dat ondergrondse zout valt nu samen met de lijn Alkmaar-Enschede. Waar het zout in de loop van de geologische geschiedenis werd opgestuwd kwam het binnen bereik van graafmachines en gangenstelsels. Slechts vijfhonderd meter onder de grond wordt Oost-Duits zout daarom gewonnen als ware het Zuid-Limburgse steenkool, door uithakken in droge mijnen. Maar de Friezen moeten eerst tot drie kilometer diep water de grond inspuiten voordat ze hetzelfde zout kunnen winnen, door indamping van opgepompt pekelwater. Aan het uiteinde van de pijp die het water in het zout injecteert ontstaat na verloop van tijd een verticale, langwerpige holte of 'caverne', hoog genoeg om de Eiffeltoren in op te bergen.

Als adviseur van het Ministerie van Economische Zaken raakte Breunese van TNO bij het Friese zoutonderzoek betrokken nadat sonarmetingen hadden uitgewezen dat het inwendig volume van de cavernes, ondanks de zoutwinning, niet groeide. Hij vermoedde aanvankelijk dat dit was te wijten aan het versneld kruipen van zout op grote diepte: "In de zoutlaag onder Barradeel is de temperatuur twee maal zo hoog als in een doorsnee oplosmijn, zout kan daardoor wel tien keer zo snel kruipen." Onder invloed van een drukverschil van enkele honderden bar tussen het pekelwater in de caverne en het zoutgesteente in de cavernewand kan zout uit de eerste 50 meter van de zoutlaag toevloeien. Toch het lukte hem niet ervaringsfeiten uit andere mijnen - uitgedrukt in centimeters bodemdaling per miljoen kubieke meter zoutproductie - in overeenstemming te brengen met landmetingen aan het Friese bodemoppervlak. Tot zijn ergernis kreeg de fysicus zijn materiaalbalans niet sluitend: "Ook na veel gepuzzel hield ik zout over", herinnert hij zich, "het volume van de bodemdalingskom was kleiner dan het volume van het gewonnen zout."

Bij Breunese rees het vermoeden dat hij getuige was van een bijzonder, pas recent in het laboratorium waargenomen, kruipfenomeen. Hij zocht contact met aardwetenschappers van de Universiteit van Utrecht om de fysica te beschrijven en schakelde TNO-collega Rob van Eijs in om een stromingsmodel te bouwen. "Het is uniek in de zoutwereld dat er zoveel meetgegevens beschikbaar zijn om een model te ijken", glundert Van Eijs, "Acht jaar meten door Frisia maakt van deze zoutcavernes een gigantisch kruiplaboratorium." Anders dan het al langer bekende kruipmechanisme n het kristalrooster van natrium- en chloride-ionen is de nieuwe zoutbeweging mogelijk het gevolg van materiaaluitwisseling tssen zoutkorrels. "Op het grensvlak tussen twee korrels lost zout op in het fossiele water uit de Permzee, dat nog aanwezig is in de porin van het zoutgesteente", legt van Eijs uit, "om op de volgende zoutkorrel weer neer te slaan." Minuscule zoutpakketjes worden zo, onder invloed van de hoge temperatuur en grote drukverschillen, van korrel naar korrel doorgegeven. "Een zoutgletsjer op drift."

Na ijking van het model met de royale voorraad meetgegevens pasten de puzzelstukjes weer in elkaar. Het nieuwe kruipmechanisme bleek met twintig meter per jaar tot honderd keer zo snel te verlopen als de bekende kruip in andere oplosmijnen. Het brongebied van het kruipende zout bleek daardoor vele malen groter, met een ruimere, maar minder diepe bodemdalingsschotel tot gevolg. "De dalingskom wordt uitgesmeerd over een veel groter oppervlak", aldus Van Eijs. Toen Frisia Zout BV begin 2004 een begin maakte met het inrichten van het nieuwe zoutwingebied, zorgde het er dan ook voor dat de twee nieuwe cavernes ruim zes keer zo ver uit elkaar komen te liggen als de twee bestaande: drie kilometer straks in plaats van vijfhonderd meter nu. Zo voorkomt het bedrijf dat de bodemverzakkingen van beide winpunten elkaar versterken.

Uit nieuwsgierigheid rekenden Van Eijs en Breunese nog enkele decennia zouttoekomst door met het nieuwe kruipmodel. Om te constateren dat, eenmaal op drift, de ondergrondse zoutgletsjer, zich niet makkelijk laat stoppen. Hun model voorspelt dat tachtig procent van de bodemdaling binnen n generatie teniet wordt gedaan. "Het appelstroop-effect", noemt Breunese dit terugveren van de bodem onder invloed van kruipend zout: "Traag sluit de stroop weer aaneen nadat het mes uit de pot is getrokken."


Gepubliceerd in NRC