Als jongen die opgroeide in Rochester, Engeland, Kris Duits wist van de sterke maritieme traditie van zijn familie, en hij was niet van plan die voort te zetten. Een van zijn grootvaders had een groot deel van zijn leven bij de Royal Navy gediend, terwijl de andere op de Chatham Naval Dockyard had gewerkt, net als de vader van German en twee ooms. Maar hoewel German een school bezocht die in 1708 was opgericht om toekomstige zeevaarders op te leiden, zwoer hij nooit naar zee te gaan.

German had ook uitgesproken meningen over andere carrières die hij nooit zou overwegen. Hij had een hekel aan geologie, wat in zijn beperkte ervaring inhield dat hij met zijn moeder en broer door onwelriekende slikken in de monding van de Theems moest lopen, op zoek naar fossielen. Biologie was een ander vak waarvoor hij weinig enthousiasme had.

De jonge Duitser zou daarom diep teleurgesteld kunnen zijn toen hij hoorde dat zijn volwassen zelf een mariene geochemicus zou worden. Die keuze is niettemin een zegen geweest voor het bevorderen van ons wetenschappelijk begrip van het diepzeegebied. German, nu een senior wetenschapper bij de Woods Hole Oceanographic Institution, heeft misschien meer dan wie dan ook gedaan om hydrothermale ventilatieopeningen te onderzoeken - scheuren in de oceaankorst die hete, mineraalrijke vloeistoffen in de zeeën lozen.

"Hij is een genie in het werken op diepten van de afgrond en het vinden van hydrothermale ventilatieopeningen en de biologische gemeenschappen die ze ondersteunen," zei Adam Soule, een oceanograaf aan de Universiteit van Rhode Island.

De eerste hydrothermale bronnen werden opgemerkt door wetenschappers op ongeveer 250 kilometer van de Galápagos-eilanden in 1977, toen German op de middelbare school zat. Jaren daarna was de heersende opvatting dat hydrothermale bronnen alleen in de Stille Oceaan bestonden. German hielp daar verandering in te brengen: hij was de eerste die ventilatieopeningen ontdekte bij Antarctica en in de Noordelijke IJszee. Hij onderzocht enkele van die sites en andere uit de eerste hand Alvin en andere onderzeeërs, maar hij heeft ook sensoren, robotsondes en andere instrumenten ontwikkeld om op afstand foto's, metingen en monsters uit onderzeese omgevingen te maken.

Het leven en het potentieel daarvoor hebben een prominente rol gespeeld in die ontdekkingen op de zeebodem. Er zijn meer dan 600 nieuwe soorten gevonden in bloeiende ecosystemen in de buurt van luchtopeningen die volledig zijn afgesloten van zonlicht en de vruchten van fotosynthese. In 2012 leidde German een expeditie naar de Mid-Cayman Rise - het zich verspreidende centrum van een onderwatergebergte (of mid-oceanische rug) aan de voet van de Caribische Zee, waar tektonische platen uit elkaar bewegen. Daar waren hij en zijn collega's voor het eerst getuige van abiotische synthese onder water - de creatie van organische moleculen, de bouwstenen van het leven, door volledig niet-biologische processen.

"Dat was het uitgangspunt voor mijn betrokkenheid bij astrobiologie," zei German. "Ontdekkingen zoals die hebben NASA geholpen te beseffen dat er onderwateromgevingen zijn waar ze om geven en [die] belangrijk kunnen worden bij toekomstige verkenning van leven buiten de aarde."

In 2020 werd German gevraagd om een ​​vijfjarig, door NASA gefinancierd project van $ 7.6 miljoen te leiden, genaamd Oceaanwerelden verkennen, belast met het bedenken van strategieën om te zoeken naar leven in met ijs bedekte oceanen op Europa, Enceladus, Titan, Triton en andere hemellichamen in ons zonnestelsel. De technische uitdagingen zijn ontmoedigend, erkende hij, "maar NASA hoeft het wiel niet helemaal opnieuw uit te vinden, omdat we veel ervaring hebben met het oplossen van die problemen hier in de oceanen van de aarde."

Duits gesproken met Quanta uit Woods Hole, Massachusetts, over zijn diepzee-avonturen in een reeks gesprekken tussen zijn excursies naar de Noordelijke IJszee en een actieve onderwatervulkaan nabij Hawai'i. Het interview is voor de duidelijkheid ingekort en bewerkt.

Hoe heb je uiteindelijk grotendeels het tegenovergestelde gedaan van wat je voor je carrière had verwacht?

Ik ging in 1981 als student naar de Universiteit van Cambridge met de bedoeling om chemisch ingenieur te worden, maar dat veranderde vrij snel. In mijn allereerste week sprak een docent die toevallig een reus was op het gebied van platentektoniek met ons over de evolutie van de Alpen. Ik was nog maar één keer eerder buiten het VK geweest, tijdens een familiereis naar de Zwitserse Alpen, waar ik werd weggeblazen door de schoonheid van de natuur. Toen ik hoorde dat de theorie die alles uitlegde deel uitmaakte van de geologie - een vakgebied waarin ik vulkanen en aardbevingen kon bestuderen - besloot ik dat dat veel spannender zou zijn dan werken bij een olieraffinaderij of chemische fabriek.

Tijdens mijn tweede jaar werd ik verder in het vak getrokken toen Steve Sparks, een vooraanstaand vulkanoloog, gaf een lezing over de uitbarsting van Mount St. Helens, die onlangs de krantenkoppen had gehaald. In mijn derde jaar leerde ik over oceaanchemie van Harry Elderveld. Het idee om mijn interesses in chemie en vulkanologie te combineren met de oceanen van de aarde klonk intrigerend, dus maakte ik van geologie mijn hoofdvak in plaats van bijvak. In 1984 begon ik mijn doctoraalstudie in mariene geochemie onder supervisie van Elderfield.

Wanneer raakte je geïnteresseerd in hydrothermische ventilatieopeningen?

De eerste zwarte roker, het meest spectaculaire soort hydrothermale ventilatieopening, werd in 1979 ontdekt in de Stille Oceaan en er werd in een artikel uit 1981 over gerapporteerd. Zwarte rokers zijn spectaculaire kenmerken op de zeebodem en spuwen de heetste, donkerste pluimen uit "schoorstenen" gevormd uit minerale afzettingen die bijna 200 meter hoog kunnen zijn. In 1985 maakten Elderfield en anderen uit Cambridge deel uit van een team dat de eerste zwarte roker ontdekte in de Atlantische Oceaan, op de Mid-Atlantische Rug. Ze kwamen helemaal opgewonden terug, en een deel daarvan werd duidelijk op mij afgewreven. Een jaar later schreef ik me in voor mijn eerste cruise.

Hoe ging die eerste reis op zee?

Voordat ik vertrok, vertelde ik mijn collega's dat ik hoopte dat ik het leuk zou vinden, want ik was al behoorlijk ver op weg naar mijn doctoraat. werk.

We zeilden van de Canarische Eilanden naar het midden van de Atlantische Oceaan, boven de TAG [Trans-Atlantic Geotraverse] ontluchtingslocatie, die in alle richtingen ongeveer zo ver van het land verwijderd is als je kunt komen. Ik was misselijk, maar tegen de derde dag kreeg ik mijn zeebenen. Dus misschien zat er toch iets in mijn genen.

Onderweg passeerden we een Woods Hole-schip, de Atlantis II, die de Alvin sub. "Daar zou ik nooit in afdalen, jij wel?" vroeg een scheepsmaat me.

'Ik hoop dat ik nooit de kans krijg', antwoordde ik, 'want als mij gevraagd wordt, kan ik geen nee zeggen. Al heb ik echt last van claustrofobie.”

Een paar jaar later werd mij gevraagd om precies dat te doen.

Hoe was het om in de Alvin?

Dit was in 1989, halverwege mijn tweejarige postdoc aan het Massachusetts Institute of Technology, waar ik samenwerkte met Johannes Edmond - een mede-ontdekker van de eerste hydrothermische bronnen bij lage temperatuur tijdens de Galápagos-cruise in 1977. Edmond en ik gingen terug naar TAG, en deze keer dankzij Alvin, Ik heb een zwarte roker van dichtbij mogen zien. Alvin was eerder in dit gebied geweest, maar de piloot kon geen veilige manier bedenken om dichtbij genoeg te komen om goede monsters te nemen. De bovenkant van een zwarte roker is als een brandkraan waarvan de bovenkant is afgeslagen. Er is een sterke stroming waar je in zou kunnen worden meegesleurd, en het water dat eruit komt kan oplopen tot 400 graden Celsius.

De truc die Edmond en ik bedachten was om diep naar beneden te gaan, te beginnen bij de voet van de schoorsteen waar het relatief rustig is, en dan voorzichtig naar boven te gaan. Zo konden we de eerste echt goede monsters van die locatie krijgen - water beladen met zwavel, ijzer, koper, zink en lood, waardoor het er zwart uitziet. Dat was de eerste succesvolle bemonstering van een hydrothermale bron ergens in de Atlantische Oceaan.

Gewoon binnen zijn Alvin was een ervaring. Er passen maar twee wetenschappers en een piloot in, en je bent maar acht uur down. De tijd gaat snel omdat het allemaal zo overweldigend is. De kans is groot dat je iets ziet dat niemand anders eerder heeft gezien. En zo dicht bij een zwarte roker komen was ongelooflijk opwindend. Je kunt niet met je auto naar een warmwaterbron in Yellowstone rijden. En deze tuit op de bodem van de oceaan gaat, in tegenstelling tot Old Faithful, al duizenden jaren continu af. Dat spreekt over de kracht en energie die opgesloten zit in onze planeet.

Tijdens mijn twee jaar aan het MIT ontwikkelde ik een passie voor het bestuderen van hydrothermale ventilatieopeningen. De vraag waar ik mee worstelde was: als ik vertrek en terugkeer naar het VK, hoe kan ik dan een rol spelen die nieuw en origineel is?

Hoe was je van plan bij te dragen aan dit gebied?

Bedenk dat toen ik een paar jaar eerder met de graduate school was begonnen, nog steeds algemeen werd aangenomen dat er geen hydrothermische bronnen in de Atlantische Oceaan waren. We wisten dat dat niet waar was, maar ik vroeg me af hoeveel hydrothermale velden er op deze planeet waren en wat de meest efficiënte manieren waren om ernaar te zoeken.

Ik realiseerde me dat, hoewel een ventilatieopening zelf meestal maar ongeveer de grootte van een voetbalveld heeft, de pluim die eruit komt als een paddenstoelwolk is die opstijgt in de waterkolom en uitzet. Zelfs na verdunning met een factor 10,000 zijn de concentraties van ijzer, mangaan en andere metalen nog steeds 100 keer hoger dan in gewoon zeewater. We konden bewijs van deze pluimen vinden zonder enige chemische metingen uit te voeren, simpelweg door optische sensoren te gebruiken om de troebelheid van het water te meten. En door de manier waarop de pluimen zich verspreidden, waren deze kenmerken soms honderden kilometers verderop te zien.

Nadat ik mijn postdoc in 1990 had afgerond, keerde ik terug naar het VK en nam een ​​baan aan bij het National Institute of Oceanography in het dorp Wormley. Ik had geen toegang meer tot zo'n onderzeeër Alvin, maar een groep van het instituut had net een versleepbaar instrument ontwikkeld dat sonar gebruikte om de zeebodem in kaart te brengen. Ik zei dat als we mijn optische sensoren op dat voertuig zouden plaatsen, ik zou kunnen uitzoeken waar alle hydrothermale activiteit is.

De eerste keer dat we deze aanpak gebruikten, vonden we zes nieuwe ontluchtingslocaties in de Atlantische Oceaan, waarvan er eerder slechts twee bekend waren. Het was niet langer een kwestie van per ongeluk op dingen stuiten; we zouden het systematisch kunnen aanpakken.

Wat was de volgende grote vooruitgang in de zoektocht naar hydrothermische ventilatieopeningen?

In het begin van de jaren negentig was de conventionele wijsheid van mening dat er geen hydrothermale activiteit was in oceanische ruggen die zich 'langzaam' of 'ultralangzaam' verspreidden, waar de tektonische platen slechts ongeveer 1990 tot 10 millimeter per jaar uit elkaar bewegen. (Plaatbeweging in snelgroeiende bergkammen is 50 keer sneller.) Ik zag niet in waarom dat waar moest zijn, en in 10 namen we onze optische sensoren mee naar de ultraslow Southwest Indian Ridge in de Indische Oceaan - een van de langzaamste - verspreidingsruggen bekend. We vonden daar zes hydrothermische bronnen. Twee jaar later vonden we hydrothermale activiteit in de buurt van Antarctica in een nog verder afgelegen deel van de onontgonnen oceaan. Op dat moment voelde ik me veilig in de overtuiging dat deze ventilatieopeningen overal kunnen bestaan. Wat betekende dat ik iets nieuws en anders moest doen.

En je vond inspiratie in het internationale Telling van het zeeleven, een tien jaar durende (2000-2010) inspanning om al het leven op zee te catalogiseren?

Precies. Sinds 1977 waren er al honderden nieuwe soorten ontdekt bij hydrothermale ventilatieopeningen, en het tempo van ontdekking nam niet af en neemt nog steeds niet af. Op elke nieuwe ontluchtingsplaats vinden we nieuwe soorten. Aan de basis van de voedselwebben in deze gemeenschappen bevinden zich chemosynthetische microben die energie ontlenen aan chemische reacties in plaats van aan zonlicht. Dat feit heeft NASA's interesse gewekt in met ijs bedekte oceanen op andere werelden, waar geen fotosynthese is, maar toch omstandigheden zijn, waaronder de aanwezigheid van hydrothermische activiteit, die aanleiding kunnen geven tot leven.

Beschrijf een deel van het onderzoek dat je hebt gedaan met de steun van NASA. 

Mijn eerste financiering van NASA ondersteunde vier cruises, van 2009 tot 2013, naar de Mid-Cayman Rise in het Caribisch gebied. We ontdekten dat er grote hoeveelheden waterstof vrijkwamen uit deze ventilatieopeningen, wat de synthese van organische verbindingen mogelijk maakte. Deze verbindingen zijn bovendien nieuw gemaakt - "abiotisch gesynthetiseerd" - en niet alleen gerecycled van dieren. We suggereerden dat je op deze manier van een geologisch actief systeem naar een biologisch actief systeem zou kunnen gaan.

De volgende stap was om te werken in een met ijs bedekte oceaan, zoals die op Europa en Enceladus zou bestaan. Ik kreeg mijn kans in 2014 tijdens een reis naar de Noordelijke IJszee aan boord van een Duitse ijsbreker, uitgerust met een batterij-aangedreven onderzeeër die ik heb helpen ontwikkelen. Vastgebonden robotonderzeeërs, ROV's [op afstand bediende voertuigen] genoemd, hebben normaal gesproken zware elektrische kabels die verticaal hangen en die ze slechts 50 meter zijwaarts laten bewegen, wat niet goed werkt in een oceaan waar het ijs altijd in beweging is. Onze onderzeeër op batterijen heeft een dunne glasvezelkabel voor data en communicatie waarmee hij vele kilometers zijwaarts kan gaan. We zagen een zwarte roker - de eerste hydrothermale bron ooit waargenomen in het noordpoolgebied - slechts twee uur voordat de missie eindigde.

Ik keerde in 2019 terug naar die plek, het Aurora-openingsveld, op een Noorse ijsbreker met een betere camera waarmee we enkele ventilatiedieren konden zien. Onze Noorse collega's keerden terug in 2021 en verzamelden de eerste biologische monsters uit dat gebied. Ik was op dat moment op verkenning in de afgelegen Zuidoostelijke Stille Oceaan, anders zou ik me bij hen hebben aangesloten.

Waarom beschouwt u Aurora als een goed model voor oceaanwerelden?

Om te beginnen is de Noordpool de enige met ijs bedekte oceaan die we hebben. Bovendien hebben we aangetoond dat de ventilatieopeningen bij Aurora rijk zijn aan waterstof, dus alles wijst erop dat we de geologische omstandigheden hebben in die zin dat het een met ijs bedekte oceaan is die aanleiding kan geven tot de abiotische synthese van organische verbindingen. We gaan later deze zomer terug naar Aurora in de hoop die hypothese te bevestigen. We verwachten ook aan te tonen dat deze openingen enkele van de meest primitieve levensvormen op aarde herbergen.

Ik zal deze zomer tijd doorbrengen in het Noordpoolgebied met ingenieurs van het Jet Propulsion Lab, waar ik werk aan robots die door ijs kunnen snijden, iets wat we ooit hopen te kunnen doen op Europa. Wat gaan we doen als we eenmaal door het ijs zijn op een andere planeet? Welnu, we hebben elektronische apparaten nodig die onder hoge druk kunnen werken, in natte en zoute omgevingen die zeer corrosief zijn. Dat is iets waar NASA zich traditioneel geen zorgen over hoefde te maken, maar het is iets waar oceaaningenieurs elke dag aan denken. Waar we nu aan werken, via het Exploring Ocean Worlds-project, is om die twee lijnen van expertise te combineren.

Buiten dat, zal mijn volgende prioriteit zijn om terug te keren naar een Hawaiiaanse onderzeese berg [onderwatervulkaan] die we al verschillende keren eerder hebben bezocht, deels omdat het de diepte en waterdruk heeft die op de zeebodem van Enceladus kunnen worden gevonden.

met meerdere excursies dit jaar, en in voorgaande jaren in de afgelopen decennia, wat weerhoudt je ervan terug te gaan op deze oceaanreizen?

Een groot deel daarvan is dat het nooit saai wordt. We stoppen nooit met leren. De oceanen zijn zo groot en zo weinig onderzocht, dat we altijd de grenzen van kennis verleggen, iets wat je niet van elk gebied kunt zeggen. Tachtig procent van 's werelds mid-oceanische ruggen is niet onderzocht voor ontluchting. Ik voel me constant nederig door het feit dat er meer aan de hand is dan ik ooit voor mogelijk had gehouden. Het grootste deel van het oppervlak van onze planeet is bedekt met diepe oceaan, dus iemand zou er aandacht aan moeten schenken.

Wat vind je achteraf gezien van de gelofte die je ooit hebt gedaan om nooit naar zee te gaan?

Ik heb geleerd dat het belangrijk is om ruimdenkend te blijven en het leven te volgen waar het je ook brengt. Dat vind ik over het algemeen best een goed advies.