Fysikk og Fascinasjon

en blogg om ny og gammel forskning, og om den fantastiske naturen


Legg igjen en kommentar

Klimaendringer: Kan naturen lære oss å rydde opp?

Kalde studenter står på sprukne mantelbergarter.

Kalde studenter står på sprukne mantelbergarter.

Det er tydeligere enn noen gang at vi mennesker er i ferd med å gjøre noe dumt med klimaet vårt, og det store stygge trollet heter CO2. I eventyrene kunne man uskadeliggjøre troll ved å lure dem ut i sola så de ble til stein. Hadde det ikke vært fint om vi kunne gjøre noe tilsvarende med vår tids store trussel?

I går fikk jeg bli med en gjeng studenter på feltarbeid på Rørosvidda for å se på nettopp dette: Hvordan naturlige prosesser har lagret store mengder CO2 i form av fast stein. Om vi kan forstå hvordan dette foregår i naturen, kan det kanskje ta oss ett skritt nærmere å kunne lagre deler av den menneskeskapte karbondioksiden på en tilnærmet permanent og trygg måte.

Ustabil stein fra store dyp

Noen steder på jorda kan vi tråkke på stein som opprinnelig ble dannet under jordskorpa. Såkalte mantelbergarter befinner seg vanligvis dypere enn fem kilometer under havbunnen, eller noe sånt som tretti kilometer under tørt land (fordi kontinentskorpa er mye tykkere enn den på havbunnen). Noen ganger får kollisjoner mellom platene i jordskorpa stein fra mantelen til å bli løftet opp på land, og derfor kan vi finne slike steiner flere steder i Norge. Ett av dem er i nærheten av Røros.

Mineralene i disse mantelbergartene ble dannet fordi de var stabile under det høye trykket og temperaturen dypt der nede. Når stein herfra blir fraktet opp til overflaten, trives ikke mineralene så godt lengre. Når så mineralene kommer i kontakt med vann og andre stoffer som sirkulerer nær jordoverflaten, er det en god sjanse for at mineralene løses opp (som sukker i te, bare uhorvelig mye saktere) og at det felles ut nye, mer stabile faste stoffer.

Svart stein blir hvit

Svart fra mantelen, hvit fra CO2.

Svart fra mantelen, hvit fra CO2.

Steinen vi ser rundt oss har stort sett en rødlig farge, men det skyldes forvitring av overflaten. Et kyndig kakk med geologhammeren avslører at steinen på innsiden ser nesten svart ut. Noen steder er det imidlertid hvite områder innimellom det svarte. Dette er karbonater, som man også kan finne i skjell og i kritt.

Karbonatene kom ikke fra mantelen. De ble dannet da vann som inneholdt CO2 reagerte med de ustabile mineralene fra mantelen. Karbonet som er her skaper ikke drivhuseffekt. Det er låst inne i steinen.

Vi finner noen områder der steinen har blitt mer hvit enn svart. De opprinnelige mineralene ligger igjen som svarte korn i alt det hvite. Noen av kornene ser ut som om de har sprukket og blitt presset fra hverandre av det hvite stoffet. Dette kan være viktig, for sprekker er nødvendige for å få reaksjonen til å skje. Akkurat som du smuldrer opp gjæren for å løse den opp i bakebollen, er går omdanningen av steinen raskere jo mindre biter den er i, fordi vannet kommer i kontakt med mer av steinen.

Få svar, mange spørsmål

De svarte kornene er fulle av hvite sprekker.

De svarte kornene er fulle av hvite sprekker.

Man kan lære mye av å observere stein, men i geologien er det ikke mange faste holdepunkter. En interessant observasjon fører til en drøss med nye spørsmål. Når skjedde disse reaksjonene? Hvor lang tid tok det? Var steinen på overflaten eller dypt nede i jorda? Hvilke stoffer fantes i vannet den reagerte med? Hadde jordskjelv fått steinen til å sprekke opp, eller skyldes noen av sprekkene reaksjonen selv? Ble alle sprekkene dannet på en gang, eller skjedde det i flere omganger?

Som grunnforsker kan man aldri forvente å finne hele svaret. Det er bare å ta tak i gåten og begynne å nøste et sted. Forhåpentligvis kommer man fram til noe som andre kan bygge videre på. Om man greier å snakke med ingeniører og andre som er interessert i å gjøre praktiske ting, er det kanskje også mulig å bruke kunnskapen til å finne løsninger, for eksempel på hva vi skal gjøre med CO2-en som vi slipper ut. Det er bare å brette opp ermene og sette i gang.


2 kommentarer

Melk, smør, såpe og snø

To av mine favorittfenomener forenes i meieriprodukter.

Melka er hvit, snøen er hvit

20130924-112144.jpgLyset som treffer oss fra sola består av mange forskjellige farger, og når du ser dem alle sammen på en gang oppfattes det som hvitt. Så når noe ser hvitt ut, er det fordi at alt lyset som treffer denne tingen blir reflektert tilbake til øynene dine.

Men det finnes jo andre overflater også som reflekterer alt som treffer dem. Speil. De ser ikke hvite ut!

Speil er glatte, og lyset som treffer speiloverflaten sendes tilbake igjen i en helt bestemt vinkel. Hvite overflater kan se glatte ut, men egentlig består de av massevis av små partikler. Partiklene kan godt være så små at du ikke kan se dem med det blotte øye. Dette er tilfellet i melka. Snøen, som også er hvit, består som kjent av mange små snøkrystaller – de trenger ikke være like små, men hver enkelt overflate på snøkrystallene er ikke særlig stor.

Når lyset treffer alle de små partiklene blir det reflektert i alle mulige retninger. Det lyset som ender opp med å treffe øynene dine er en samling av lys som opprinnelig kom fra forskjellige steder. Derfor ser du ikke et bilde, som i speilet, men du ser hvitt, fordi alle fargene har like stor sjanse til å havne i øyet ditt.

Vann i fett og fett i vann

Melka er altså hvit fordi den er full av bitte små partikler. Flesteparten av disse partiklene er fettklumper. Fett er noe som på ingen måte trives sammen med vann, og om vannet og fettet fikk det som de ville, ville alt fettet ha samlet seg på toppen av melka og vannet blitt liggende under. Dette skjer da også med melk som ikke er homogenisert.

For å tvinge fettet til å holde seg spredt i melka, trenger man noen molekyler som kan hjelpe overflatene litt. Det finnes en type molekyler som kalles surfaktanter. De har en ende som liker fett, og en annen som liker vann. Når en dråpe med fett blir dekket av de fettelskende endene på surfaktantene, slik at de vannelskende endene stikker ut i vannet, har plutselig fettklumpene det helt topp med å sveve rundt i vannet. Dette er akkurat det samme som skjer når man bruker såpe for å lure fettet fra klærne og over i vaskevannet. Når melka homogeniseres tvinger man flere av surfaktantene som finnes naturlig i melka til å sette seg på fettdråpene, slik at de blir mer stabile.

I smøret er det mye fett og litt vann, og her er det vannet som er spredt som dråper i fettet med de snille surfaktantmolekylene tett pakket rundt seg.

Når man har melk og skal lage smør må man få fettklumpene i melka til å samle seg. Dette gjør man med å riste og herje på melka samtidig som man blander inn masse luft. Lufta får overflatene til fettklumpene til å bli mindre stabil, slik at når to fettklumper kolliderer på grunn av all herjinga, er det større sjanse for at de smelter sammen til en stor klump.

Partytriks

Neste gang du vil bli kvitt noen på en fest, kan du fortelle dem at melk er en olje-i-vann-emulsjon mens smør er en vann-i-olje-emulsjon.

Du ville forresten ikke blitt kvitt meg.

(Dette er meget løselig basert på en presentasjon fra meieriteknologiekspert Sigrid Svanborg. Alle overforenklinger og misforståelser er mine egne.)


Legg igjen en kommentar

… og på Abels Tårn i morgen…

er jeg også. Siden det ikke sendes direkte denne uka ble det gjort opptak etter forrige program. Så jeg vet at i morgen snakker jeg om farger, og jeg havner på tynn is (fikk flashback fra eksamener: Jeg vet hvilken side i boka dette står på, men jeg husker ikke hva som står der) og må reddes av kjemikeren. Ikke så bra for min stolthet, men sikkert bare fint for programmet og lytterne. Får vi håpe. Og jeg lærte noe nytt, så fint for meg også.

Det blir også snakk om massespektrometer (joda, kom igjen, det er interessant) og så er det ett eller annet om regnbuer i opptak fra Bergen, som jeg blir nødt til å høre på. Må bare spole forbi meg selv.


1 kommentar

På fisketur i København

Jeg har en plan. Jeg vil dytte krystaller mot hverandre og måle kraften mellom dem når de bare er noen nanometer unna hverandre. Da jeg var på konferanse i Firenze traff jeg noen hyggelige mennesker fra universitetet i København som syntes dette hørtes ut som en god idé. Derfor har jeg vært i Danmark i dag og fisket krystaller.

Instrumentet vi brukte i dag heter Luke Skywalker, og han er en AFM. AFM står for Atomic Force Microscope. Luke er den nyeste og kuleste AFM-en i gruppa. De som vil skru opp temperaturen på målingene sine må bruke Obi Wan Kenobi, som står i samme rom. Darth Wader og Yoda fikk jeg ikke hilst på i dag.

Atomic Force Microscope blir «atomkraftmikroskop» om det skal oversettes direkte til norsk, men det blir ikke helt riktig. Dette har ingenting med det vi vanligvis mener med atomkraft å gjøre. I AFM-en sitter en ørliten pinne, kanskje en tidels millimeter lang og to hundredels millimeter bred, som det er festet en enda mindre nål i enden på. En laserstråle skinner på toppen av pinnen og blir reflert opp til en detektor. Dersom pinnen bøyes, flytter refleksjonen av laserlyset på detektoren på seg.

Man plasserer denne pinnen rett over overflaten man er interessert i, og bruker en ekstremt nøyaktig motor til å senke pinnen langsomt mot underlaget. Når nålen kommer nær overflaten under, begynner det å virke krefter mellom atomene i nåla og atomene i underlaget. Dette gjør at pinnen blir dyttet opp, eller dratt ned, og dette kan man lese av ved å se på utslaget fra detektoren. Siden man selvfølgelig husker å måle hvor stiv pinnen er, kan man bruke dette til å regne ut kraften mellom nåla og underlaget.

Det er vanlig å bruke AFM til å lage et slags kart over høydeforskjeller på en overflate. Er man nøyaktig nok, kan man faktisk se hvordan enkeltatomene sitter. Det er veldig vanskelig å forstå at det faktisk går an, men det gjør det. Man kan lage helt fantastiske bilder av utrolig små ting.

Men det jeg ville gjøre, denne gangen, var ikke å lage fantastiske bilder. Jeg ville sette fast en liten krystall i AFM-pinnen og måle hvilke krefter jeg får når jeg senker denne krystallen mot underlaget. I dag har vi funnet ut hvordan vi skal sette fast krystallen, så vi er klare til å gjøre ordentlige målinger når jeg kommer tilbake til København litt senere.

Metoden vi bruker kalles for fisking. Man gjør som følger: Ta en krystall, og dryss støv av den samme krystallen oppå. Blås bort mesteparten av støvet. Gjør klar epoxy-lim ved å blande de to komponentene fra tuben. Legg en forsvinnende liten mengde lim på kanten av den store krystallen, og legg den inn i AFM-en.

Så ser vi i mikroskopet. AFM-pinnen stikkes forsiktig inn i limklumpen, som nå ser helt enorm ut. Når pinnen trekkes ut igjen sitter en liten mengde lim igjen på tuppen.

Pinnen beveges så over overflaten til vi finner en støvpartikkel (som vi ser i mikroskopet som små kantete krystaller, noen tusendels millimeter store), senkes langsomt ned over den, og så håper vi at den limer seg fast. Krystallen er fisket.

Jeg er veldig gira over at dette fungerte, og gleder meg masse til å bruke en hel uke på å dytte krystaller senere. Å kunne dra på dagsbesøk til København for å leke med Luke Skywalker er skikkelig luksus.

20130918-195445.jpg

På bildet: pinne til venstre, lim til høyre, og mer eller mindre fine småkrystaller spredt rundt omkring.

Dette er forresten det første blogginnlegget jeg har lagt ut i lufta (på flyet).


Legg igjen en kommentar

I bane rundt jorda

Siden jeg skulle svare på spørsmål om sentrifugalkraft og vektløshet i Abels tårn på fredag (som forresten var veldig morsomt, og kan høres her om noen er interessert) har jeg tenkt en del på dette med å gå i bane, så jeg tenkte det kunne passe å skrive litt om det i kveld.

Kan man skyte seg selv i bakhodet?

Ja. Sånn bortsett fra at det sikkert står trær i veien, og at jorda ikke er trill rund som en kule, og at man garantert ikke kan få kula til å gå raskt nok, så er det fint mulig å skyte rett frem og treffe seg selv i bakhodet.

Når kula skytes går den først rett frem, men etterhvert vil den bøye av nedover fordi den blir trukket ned av jorda. Står du på en kjempestor flat slette, vil banen til kula etterhvert krumme seg så mye at den treffer bakken.

Men: jorda er jo også krum. Om kula bare går fort nok, vil den fortsatt falle nedover, men mens den faller vil jorda også krumme seg vekk under den. Går den bare fort nok, vil den falle og falle, men aldri rekke å falle helt ned. Til slutt har du den i hodet. Hvis du ikke skjøt enda raskere, da, slik at kula forsvant ut i verdensrommet og ble borte.

Hvor fort må egentlig kula gå?

Den nevnte kula måtte ha beveget seg i 28 000 kilometer i timen for å ha kommet seg hele veien rundt jorda. Til sammenligning forteller Wikipedia meg at 1200 kilometer i timen er en typisk kulefart.

Jo lengre unna jorda man er, jo lavere er den hastigheten man er nødt til å ha for å holde seg i bane. Det er fordi jorda ikke trekker like hardt på ting som er langt unna.

36 000 kilometer over jorda er det stedet du må være for å holde deg over samme sted på jordoverflaten hele tiden mens du går i bane. Dette er selvfølgelig praktisk for satelitter som skal brukes til kommunikasjon og den slags. Satelittene her oppe trenger bare å bevege seg i 11 000 kilometer i timen.

Såvidt jeg kan regne ut akkurat nå måtte kula ha blitt skutt ut over tre millioner kilometer over jorda for å kunne gå i bane med sin beskjedne hastighet. Sola er i gjennomsnitt 150 millioner kilometer unna oss. Nå begynner dette å bli veldig hypotetisk, og jeg kan ha gått i surr med nullene mine. Du trenger nok ikke være redd for en kule i bakhodet (fra din egen pistol) med det aller første.

Spiller massen noen rolle?

Det kan man jo lure på. Kraften som jorda trekker på ting med øker jo med massen av tingen. Så dersom du er veldig tung, vil kraften fra jorda som får deg til å svinge i banen din også være større. Praktisk nok blir den kraften som trengs for å få deg til å svinge også større. En dobbelt så stor ting trenger dobbelt så stor kraft, men blir også trukket dobbelt så mye av jorda, så det går opp i opp – massen har ingenting å si. Derfor går romstasjonen og astronautene inni den i akkurat samme bane, som gir denne følelsen av vektløshet (du setter deg på stolen, men stolen faller vekk under deg, dere faller begge to hele tiden).

Å forenkle ting

er nyttig i mange tilfeller, men det kan være skikkelig irriterende for den som kan mye om emnet. Jeg har en følelse av at mange som leser dette kan komme til å ergre seg over ting som er utelatt. Romfart er jo noe som mange kan mye mer om enn meg. Jeg blir bare glad for oppklarende kommentarer. Kom med det!

Dette er en GPS-satelitt, som bor omtrent 20 000 km over jorda. Bilde: Wikimedia Commons

Dette er en GPS-satelitt, som bor omtrent 20 000 km over jorda. Bilde: Wikimedia Commons


3 kommentarer

Abels Tårn på P2 i morgen

vaffelogvitenskapOioi! I morgen skal jeg for første gang på direktesendt radio! Det blir gøy, og ikke så lite skummelt…

Abels Tårn er et fast innslag i Ekko på P2, som sendes direkte fra realfagbiblioteket på Blindern hver fredag klokka 10. For å gjøre litt ekstra stas ut av det spanderer biblioteket gratis vafler og kaffe. Det er altså bare å møte opp, om man skulle være i nærheten.

Jeg skal sitte i panel sammen med kjemiker Einar Uggerud og biolog Anders Nielsen, og forsøke å svare på ymse spørsmål som lytterne har sendt inn. Jeg har fått spørsmålene på forhånd, så jeg bør jo greie å svare. Om jeg ikke får jernteppe. Urk… men da får jeg bare håpe at de andre paneldeltakerne trår til med litt prat for å dekke opp for meg. Det kan hende det blir noe snakk om vannsøl og vektløshet. I tillegg til kraftfor og dynetrekk som vrenger seg i vask. Og hvalbæsj?! Jeg er spent.


2 kommentarer

Hva man kan finne ut med ballonger

Lørdag morgen. Barne-TV er ferdig. Pappan er bortreist, og vi har ballonger.

Seksåringen har heldigvis fått store nok lunger til å blåse opp ballongene selv, det er en fordel både for ham og meg. Det første man må gjøre er selvfølgelig å blåse opp en ballong og slippe den så den fyker avgårde. Det bemerkes at når ballongen som slippes er ganske liten, går den kort men fort. Store ballonger varer lengre men starter saktere.

Går den lille ballongen fort fordi den kræsjer med mindre luft enn den store, eller er det fordi at lufta blåser raskere ut av den lille ballongen?

Dette minner meg nemlig om noe jeg har hørt om flere ganger, men aldri fått testet.

Når du har en krum overflate mellom to stoffer (gasser, væsker, en av hver, eller kanskje også et fast stoff, selv om det er litt mer komplisert) må det være høyere trykk på den ene siden av overflaten enn den andre. Trykkforskjellen får overflaten til å bule ut fra siden med høyest trykk. Jo større trykkforskjell, jo mer krumning. Har du ingen trykkforskjell, blir overflaten helt plan.

«Jo større trykkforskjell, jo mer krumning» betyr også at «jo mer krumning, jo større trykkforskjell». Og så kan vi se på ballongen. Når er den mest krum? Jo, når den er liten. Overflaten på en veldig stor rund ting virker lokalt sett ganske plan (bakken du står på er jo også en del av overflaten på en rund ting, men den virker ikke så veldig krum der du står). Altså skal det være større lufttrykk inne i en liten ballong enn en stor ballong.

Det kan jo være grunnen til at den lille ballongen fyker fortere: at lufta blir sendt ut med høyere trykk.

Men så kan man jo dra den tanken litt videre. Sett at vi blåser opp to ballonger så de er nesten like store, og fester dem på hver sin side av et rør. Vil lufta fordele seg så de blir like store, eller vil lufta gå fra den minste (høyt trykk?) til den største (lavt trykk?) så forskjellen øker?

Som sagt, så gjort. Slangen til den ødelagte lekestøvsugeren hadde perfekt størrelse for å koble en ballong på hver ende. Vi brukte brødposeklyper for å hindre luften i å slippe ut av ballongene før alt var klart.

Først var ballongene omtrent like store.

20130908-195513.jpg

Så tok vi av klypene. En – to – tre!

Og voila! Den ene ballongen ble mindre, den andre ble større.

20130908-195526.jpg

Seksåringen gjettet riktig, fireåringen gjettet feil, og det var fint for sistnevnte brydde seg ikke så mye, men det gjorde han andre. Jeg synes det var kult at teorien så ut til å stemme.

Det skal sies at ikke all lufta i den lille ballongen forsvant. Det er jo et eller annet som skjer når man har blåst veldig mye luft inn i en ballong, det er vanskelig å få den over en viss størrelse. Gummien som ballongene er laget av er nok ikke et helt ideelt enkelt stoff.

Det jeg tror vi kanskje (eller kanskje ikke) kan forklare med dette morgeneksperimentet er hvorfor det kan være så vrient å få den første lufta inn i ballongen.

Nå er du vel nødt til å prøve selv? God fornøyelse!