Fysikk og Fascinasjon

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


Legg igjen en kommentar

og vips, så var CO2-en blitt til stein

Om det skal være mulig å nå målet om mindre enn to grader global oppvarming, er det ikke nok å slippe mer CO2 ut i atmosfæren. Vi er også nødt til å fange CO2 og gjemme den bort.

Det er godt kjent for geologer at det finnes prosesser i naturen der CO2 fra atmosfæren reagerer med mineraler som inneholder kalsium eller magnesium og danner nye mineraler, der CO2-en er en del av steinen. Slik CO2-holdig stein finnes mange steder på jorden og det er en stabil og trygg måte å oppbevare CO2 på. Spørsmålet er imidlertid hvor lang tid denne prosessen tar. Stein i naturen kommer ikke med en detaljert beskrivelse av hva som har skjedd med den og når. Geologiske prosesser tar stort sett svært lang tid.Om vi kan se at en stein har reagert med store mengder CO2, og det har gått «relativt fort», kan vi ikke egentlig si om det er noen år, noen tiår, noen hundreår eller noen tusen år. For alt dette er bare for øyeblikk å regne i den geologiske historien.

Av denne grunnen er det mange som gjør eksperimenter, og numeriske simuleringer, av hva som kan skje når man lar CO2 reagere med stein. Vil det oppstå sprekker som slipper CO2-en lengre inn i materialet og dermed lar reaksjonen går fortere? Eller vil det dannes mineraler i hulrommene nærmest der hvor man pumper inn CO2, slik at steinen blir helt tett og man ikke får inn mer?

Selv om man kan lære mye på labben og i datamaskinen får man ikke det endelige svaret før man har prøvd. Og det satte noen forskere i gang med på Island i 2012. Her har de injisert CO2 i basalt, som er den mørke vulkanske steinen man finner på Island og mange andre steder på jorda – omtrent ti prosent av jordas tørre overflate og mesteparten av havbunnen. Noen av mineralene i basalt inneholder kalsium og kan løses opp forholdsvis lett.

8986106246_6e2ce56621_z

Svartifoss på Island renner over søyler av basalt, laget av naturen helt på egenhånd. Bilde: Szecsa/Flickr/CC commons license.

Forskerne i Carbfix-prosjektet blandet ut CO2, og senere en blanding av CO2 og hydrogensulfid (siden det ofte er vanskelig å skille ut ren CO2 i industriprosesser hadde det vært fint å kunne kvitte seg med blandet gass) i vann, injiserte det omtrent 500 meter ned i bakken, og tok prøver av vannet fra samme dybde i en annen brønn 70 meter lengre bort. Og her kommer en skikkelig geologi-industri-klima-gladhistorie:

Mesteparten av den injiserte CO2-en kom ikke fram til den neste brønnen.

Beregninger viste at etter to år var 95% av den injiserte CO2-en blitt til stein.

Er det trygt? Ja, det skulle man tro. CO2-en reagerer med kalsium og danner kalsitt, som er et mineral man finner i kritt, kalkstein og en del skjell. Det var kalsitt i basalten allerede før injeksjonen av CO2. Reaksjon med det sure CO2-vannet gjorde at denne først ble løst opp, og deretter felt ut igjen. Det at det var kalsitt til stede fra før betyr at vannet som vanligvis finnes i denne steinen ikke er surt nok til å løse opp kalsitt. Så når den først er der, blir den værende.

CO2-en ble blandet ut i vann, istedenfor å bare pumpes ned som gass under trykk. Dette var for å unngå mulige utslipp av gass til overflaten. Det hjelper jo lite å gjøre en stor innsats for å dytte CO2 ned i bakken om den bare kommer opp igjen. Konsentrasjonen av CO2 i vannet er for liten til å danne gassbobler nede i brønnen. Så selv om ikke all CO2-en skulle bli til stein, ville den fortsatt bli værende i vannet nede i dypet.

Det å bruke masse vann til å bli kvitt CO2 kan høres ut som en dårlig idé. Rent vann er en knapp ressurs på jorda. Heldigvis sier forskerne at man kan bruke sjøvann i denne prosessen. Da blir det et mindre problem.

Dette er bare en av flere studier som viser at ulike former for geologisk lagring av CO2 kan være trygt. Det som gjenstår nå er incentiver for å faktisk fange og lagre CO2. Dette koster selvfølgelig penger, og ingen vil begynne med dette bare utav sin godhet. Nå er det økonomene sin tur – kom igjen, scenen er deres.


Legg igjen en kommentar

Jeg er ikke geolog: Mine tanker om naturvitenskapene.

Jeg digger geologi, men jeg er ikke geolog. I dag har jeg vært på geologikonferanse. Jeg var invitert som keynote speaker, noe som selvfølgelig er en stor ære, og ikke så rent lite skummelt som fysikere blant alle disse geologene. Mens jeg snakket om glade og mindre glade atomer på overflater, demonstrerte geologene gang på gang at de har et ordforråd som er mange ganger større enn mitt.

Dette passer godt inn i mitt bilde av de forskjellige grenene av naturvitenskap, som er omtrent slik:

1. Matematikk (egentlig ikke en naturvitenskap): puslespill og filosofering. Vakkert og abstrakt. Krever fryktløshet og en evne til å sjonglere tanker og ikke miste tråden.

2. Fysikk: Forstå de grunnleggende prinsippene for hvordan verden fungerer. Jo enklere, desto bedre. Detaljene kan vi overlate til andre. Krever innlevelsesevne, fantasi og evnen til å ressonere. Man slipper ofte å bry seg tall og om navn på ting.

3. Kjemi: Om hvordan atomer og molekyler oppfører seg mot hverandre. Bruker reglene fra fysikken, men for å kunne forklare virkelige systemer uten å måtte ta alt fra starten hele tiden så lærer kjemikere seg en imponerende mengde nyttige fakta. Kjemi krever nøyaktighet og god hukommelse.

4. Biologi: Fysikk og kjemi anvendt på levende ting. Enormt komplekst. Mye foregår på tidsskalaer som er såpass korte at man kan gjøre eksperimenter eller observere hva som skjer i naturen og lære fra det. For å forsøke å lage system i kaoset går mye av biologien ut på å kategorisere og klassifisere. Derfor er det mange navn å holde styr på. Krever tålmodighet og nøyaktighet og nok dedikasjon til å orke å dra på labben midt på natten for å holde cellene i live.

5. Geologi: Fysikk og kjemi anvendt på alt det ikke-levende som jorda består av. Stort sett kan man bare observere resultatet av ukjente prosesser som har foregått gjennom millioner av år. Geologi er et slags veldig komplisert detektivarbeid for å finne ut av jordas historie, og om man tror man forstår den, hvordan ting kommer til å utvikle seg fremover. Mye kategorier og navn, av samme grunn som i biologien. Krever evne til å se mønstre i kaos og til å huske og uttale vanskelige navn, men man slipper å holde eksperimentene i live.

Siden jeg liker naturen, men er enormt dårlig til å huske navn på ting (og folk, beklager), passer fysikken meg godt. Fysikere kan sysle meg alt, men overlate pirkearbeidet til andre.

Dagens høydepunkt, bortsett fra at jeg fikk unnagjort foredraget mitt:
Henrik Svensen fikk en meget velfortjent pris for formidling. Hipp hurra!
– Spennende foredrag om fjellskred i norske fjorder og om overvåkningen av Åknes og Mannen.

Dagens nedtur: Fly. Forsinkelse. Neste gang tar jeg tog til Stavanger.


1 kommentar

Oppskriften på liv

Denne uken skriver jeg fra Goldschmidt-konferansen i geokjemi, i Firenze.

Livets begynnelse! Det må da være det aller kuleste man kan forske på?

20130829-190138.jpg

Trinn 1: Sett sammen karboner

Du trenger karbon, for eksempel som CO2, vann og gjerne litt ekstra hydrogen. Rør rundt og tilsett energi i form av UV-stråler fra sola, lyn, varme kilder på havbunnen eller det du måtte ha tilgjengelig. Metallpartikler kan hjelpe karbonene med å finne sammen raskere.

Vips, så får du en slimete suppe som består av massevis med forkjellige organiske molekyler.

Trinn 2: Samle sammen mange like molekyler

En suppe gir ikke liv. Skal du bygge opp noe nyttig trenger du mange av de samme molekylene på samme sted. Her kan det også være nyttig med en fast overflate. På overflatene til forskjellige mineraler vil det være noen steder der en type molekyler gjerne vil oppholde seg, og noen steder som er bedre for andre.

La virke til du har samlet sammen tilstrekkelig mange av de stoffene du har lyst på.

Trinn 3: La få molekylene til å lage kopier av seg selv

Dette steget kan kanskje være litt knotete. Nå som livet har blitt så avansert og fint, har vi enzymer som tar seg av slikt. Før det kom så langt, måtte noen ekstra godt egnede mineraler fungere som liksom-enzymer. Akkurat hvordan de greide det er ikke helt klart, men det er åpenbart at det fungerte.

Tre enkle ting, det er lett som en fei. Sånn sett virker det ikke så helt utenkelig at noe lignende kan ha skjedd andre steder. Universet er jo temmelig stort. Det er ganske fint å tenke på, synes jeg.

Oppskriften er forresten en litt forenklet versjon av den som ble presentert av Robert M. Hazen (Carnegie) i dag.


Legg igjen en kommentar

Italienske forskere lever farlig. Og litt om skummelt norsk brønnvann

Denne uken skriver jeg fra Goldschmidt-konferansen i geokjemi, i Firenze.

Forskere drapsdømt etter jordskjelv

L'Aquila etter jordskjelvet. Bilde fra Wikimedia Commons.

L’Aquila etter jordskjelvet. Bilde fra Wikimedia Commons.

Det er kanskje flere av oss som husker rettssaken etter l’Aquila-jordskjelvet i 2009. I dag fikk vi historien fortalt fra professor emeritus Paolo Gasparini, en av rådgiverne til forsvarerne.

Byen L’Aquila ligger midt i et av de mest jordskjelvutsatte områdene i Italia. Små jordskjelv forekommer ofte, og statistisk sett skal et stort skjelv finne sted med 475 års mellomrom. Problemet er selvfølgelig at det ikke finnes noen gode måter å forutsi når det jordskjelv skal komme.

I januar 2009 økte jordskjelvaktiviteten, men ikke mer enn den hadde gjort flerfoldige ganger før. Etter at en tekniker ved et italiensk forskningsinstitutt hadde kommet med sitt eget varsel om et kommende stort jordskjelv (han hadde ikke vitenskapelig belegg for metoden han brukte, og ble heller ikke støttet av instituttet sitt) ble folk engstelige, og det ble satt ned en ekspertgruppe for å evaluere risikoen. Denne gruppen kunne ikke si stort mer enn at risikoen var lav (som alltid).

Seks dager senere kom det store skjelvet, og over tre hundre mennesker ble drept.

I oktober 2012 ble syv medlemmer av ekspertgruppen, hvorav en egentlig bare hadde vært der nærmest tilfeldig den dagen, dømt for uaktsomt drap på 29 personer. Disse hadde etter sigende valgt å bli værende i husene sine da jordskjelvet kom fordi de var blitt beroliget av forskernes uttalelser. Medlemmene ble dømt til seks år i fengsel og til å betale åtte millioner euro i kompensasjon til familiene.

Hva skulle forskerne ha gjort? Jordskjelv er en type naturkatastrofe der risikoen for at noe skal inntreffe er ekstremt lav, men skadene man vil få er ekstremt store. Utregninger i ettertid har vist at risikoen for et stort skjelv to timer før skjelvet var økt fra normalt 0.01 % til 0.05 %. Dette er det eneste forskerne kunne ha å kommunisere videre – forskeres rolle må være å gi et så riktig og helhetlig bilde av situasjonen som mulig, ikke å skjule deler av sannheten av frykt for virkningen det kan ha på befolkningen. Så må det være myndighetenes rolle å bruke denne informasjonen til å ta beslutningen om å evakuere eller ikke.

Etter rettssaken har man fått mye lavere terskel for evakueringer, det har blant annet vært flere episoder der barneskoler har vært evakuert etter jordskjelv som har vært rett over to på Richters skala (og det er så godt som ingen ting). Om man skal holde på sånn over tid er det ingen som hører etter i lengden.

Utarmet uran og uønskede resultater

På tirsdag fikk vi høre om en annen rettsak, som pågår akkurat nå. I Quirra på Sicilia, der det tidligere var et militært skytefelt, har lokalbefolkningen rapportert om unormalt mange tilfeller av kreft og misdannelser. Mange mener at dette skyldes bruk av utarmet uran ved skytefeltet. Geokjemikere fra Universitetet i Sienna fikk i oppgave fra forsvarsdepartementet å undersøke om det kunne finnes utarmet uran i området. De gjorde 25 000 analyser på 1500 prøver av jodr sedimenter og overflatevann, brukte metoder utviklet etter krigen i Kosovo, og fant ingen forhøyede uran-verdier.

Professor Luigi Marini er en del av forsvarsgruppen til disse forskerne, som nå er saksøkt av lokale aksjonsgrupper. I følge Luigi har aksjonsgruppen betydelig støtte fra en kjernefysiker med tilknytning til CERN. Han har kritisert forskerne for å være geokjemikere og ikke kjernefysikere.

Men altså, er det noe å saksøkes for? Og om jeg ville finne ut om jeg hadde uran i jorda i hagen min, så ville jeg nok ha prøvd geokjemikerne før kjernefysikerne.

Apropos uran

Ja apropos uran. Visste du at 30 % av norske drikkevannsbrønner har uraninnhold som ligger over grenseverdiene? Det finnes også betydelige mengder kobber og bly i en del av disse brønnene. Dette i følge Clemens Reimann fra NGU, som jeg også har hørt på denne uka. På plottene hans så det norske vannet mye skumlere ut enn alt det andre vannet han hadde tatt prøver av i Europa. Det skyldes visstnok at disse brønnene er boret i hard gneiss og granitt og at gjennomstrømmingen i dem er forholdsvis lav. Så vet vi det.


2 kommentarer

Hvor gammel er jorda og hvordan ble den dannet?

Denne uka skriver jeg fra Goldschmidt-konferansen i geokjemi, i Firenze.

Jorda. Bilde fra Wikimedia Commons.

Jorda. Bilde fra Wikimedia Commons.


Hvor gammel er jorda, og hvordan ble den dannet? Litt av noen spørsmål. Det er en sånne ting som man kanskje tror at noen vet svaret på allerede. Men, som vanlig i vitenskapen, er det ofte forbløffende hvor mye det gjenstår å finne ut. I dag gav Rickard Carlson, som er professor ved Department of Terrestrial Magnetism (imponerende navn) ved Carnegie, en slags oppsummering av hva man har funnet ut i det siste.

Det startet med en eksplosjon

For eksempel: Først var det jo bare masse støv. Ikke sånt støv som du har under sofaen. Mer som enkeltmolekyler. En supernovaeksplosjon «i nærheten» sendte ut en trykkbølge som dyttet dette støvet nok sammen til at det begynte å klumpe seg og henge seg sammen. Man har funnet noe materiale som stammer fra denne supernovaen.

Det ble ganske raskt (av typen ikke mange hundre millioner år) dannet små (noen hundre kilometer diameter) planetbarn. Når planetbarna har blitt så store begynner innsiden å smelte og det dannes en fast skorpe på utsiden. Noen stoffer forsvinner innover mot midten, og noen liker seg best på utsiden. Så kræsjet flere av disse planetbarna sammen og etterhvert ble jorda vår dannet.

Hva er inni jorda?

En av tingene vi faktisk ikke vet er hva jorda består av. Det er sant! Vi har ingen måte å egentlig finne ut av hva som gjemmer seg inne i midten av jorda. Forskere gjør sine beste gjetninger, putter det inn i modellene sine, og ser om de får svar som stemmer med virkeligheten. Hvor mye radioaktive stoffer har vi for eksempel inne i jorda, og hvor mye varme produserer de? Slike spørsmål kan man kanskje få et bedre svar på om man vet mer om hva som dannet jorda i utgangspunktet. Derfor jobber mange forskere for å finne ut hvordan de små planetbarna så ut før de kom sammen og lagde jorda.

Jordas alder

Når det gjelder hvor gammel jorda er, så er ikke det et helt enkelt spørsmål å svare på. Den vokste jo litt etter litt på begynnelsen, når flere og flere planetbarn klumpet seg sammen. Det er 4.4 milliarder år siden jorda truffet av den foreløpig siste enorme gjenstanden fra rommet. Massen som ble slynget ut etter denne kollisjonen, klumpet seg sammen og ble til månen vår. Siden jorda ikke har forandret seg like dramatisk etter det, kan man godt si at det var da jorda som vi kjenner den ble til. Det var ikke så lenge etter denne kollisjonen at vi fikk flytende vann. And the rest is history.


Legg igjen en kommentar

Sprekker betongen? Prøv mikrober!

Denne uka skriver jeg fra Goldschmidt-konferansen i geokjemi, i Firenze. 

Sprukken betong kan man finne hvor som helst.

Sprukken betong kan man finne hvor som helst.

Betong er et særskilt nyttig materiale som brukes i det meste av bygninger. Problemer er bare at det har en lei tendens til å sprekke opp.

I mylderet av grusomme presentasjoner i dag (åååå hvorfor kan ikke folk bare snakke tydelig??!! Noen av disse menneskene kunne likeså godt ha sunget en sang eller vist en tegnefilm, så mye får man med seg av det de skal presentere)  fant jeg en perle. Det var doktorgradsstipendiaten Tingting Zhu fra universitetet i Toronto som fortalte en vakker historie om noen ørsmå nyttige skapninger.

En ting forskere har jobbet med i noen år er å bruke bakterier til å lage krystaller inne i sprekker i betong. Bakteriene gjør omtrent det samme som koralldyr når de bygger korallrevene sine. Det har vært et problem at disse bakteriene, i tillegg til å tette sprekker, produserer noen stoffer som ikke er så bra for miljøet.

Tingting og kollegene hennes har funnet en type mikrober som bruker CO2 og sollys til å bygge krystaller laget av kalsium, karbon og oksygen. Når man bruker elektronmikroskop til å se på disse krystallene ser de ut som vakre blomster. Uheldigvis er ikke arbeidet til Tingting publisert ennå, så hun kunne ikke la meg legge ut blomsterbildene hennes på nett. Så du må bare se for deg en bakterie, en slags tjukk liten pølse, og at ut i fra den bakterien vokser en blomst med tykke kronblader.

Etterhvert som blomsten vokser blir bakterien fullstendig dekket i det harde blomstermaterialet og den dør. Sprekken fylles av miniatyr-blomst-gravsteiner.

I første omgang har Tingting funnet ut at mikrobene hennes greier å leve og lage krystaller i de samme kjemiske omgivelsene som de vil møte inne i betongsprekker, og de klarer å bygge harde lag på betongblokker i labben. Neste skritt er å finne ut hvordan dette skal gjøres utendørs og på større skala.

Så om du har sprekker i betongen din, om noen år, kan du kanskje bestille en mikrobebehandling. Et firma kommer og sprayer først mikrober, så kalkholdig vann på betongen, og så får mikrobene jobbe og reparere det som skal repareres. I samme slengen blir du kvitt litt CO2 og får dannet oksygen. Alle tiders.


Legg igjen en kommentar

Konferanseliv = fulltidsnerding

20130825-220558.jpgI dag snek jeg meg ut før barna hadde stått opp og reiste avgårde til Firenze. Her skal jeg være neddykket i geokjemi i en hel uke.

20130825-220459.jpg

Forvitret peridotitt i søyle på en ellers fin bygning

Konferansen starter egentlig ikke før i morgen så jeg hadde muligheten til å slappe av litt da jeg kom fram. Jeg ruslet meg en tur i byen og så mange fine bygninger. En av dem var bygget av hvit, før og grønn stein og det stod mange turister rundt og tok bilde av den.

Jeg benyttet sjansen til å lete etter noe forvitret bygningsstein som jeg kunne ta bilde av til presentasjonen min. Som jeg stod der og stirret intenst på det styggeste hjørnet av bygningen, overhørte jeg noen amerikanere ved siden av meg som diskuterte hva slags peridotitt den grønne steinen kunne være.

Ikke bare meg som er på konferanse, nei.

Senere fikk jeg med meg slutten av en bli kjent-happening (ost, vin og tre tusen mennesker som mingler) i konferanselokalet. Jeg rakk å føle meg helt og totalt lost før jeg faktisk traff noen jeg kjente. Disse fikk jeg med meg på å spise pizza ute på en fortausrestaurant – akk, for et liv.

20130825-220523.jpg

Olli tar i bruk serviett og glass for å forklare modellen sin. Om det ikke er opplagt: Glassene er olivin, serviettene er talk med nano-oliviner, og han viser med fingrene hvor vannet flytter seg.

Pizzaspisingen ble akkompagnert av en detaljert forklaring om selv-lokaliserende porositetsgenererende reaksjoner som finner sted når serpentin dehydrerer til olivin via talk i subduksjonssoner.

Jess! Det er ikke ofte jeg bruker og hører så mange vanskelige ord i løpet av en middag. Jeg tror ikke så mye mer enn ti personer i verden forstår alt dette her.

(Her er kortversjonen: Midt i havet kommer lava opp fra jordas indre og størkner. Steinene som først blir dannet reagerer etterhvert med vann og det dannes krystaller som inneholder hydrogen og oksygen. Siden man dytter inn ekstra molekyler, vokser steinen. Nå går det noen millioner år, og plutselig befinner den samme steinen seg et sted der havbunnen kræsjer med et kontinent. På stillehavssiden av Sør-Amerika, for eksempel. Havbunnen dyttes ned under kontinentet og nedover i jordas indre. Når den har blitt dyttet tilstrekkelig langt ned, er trykket blitt så stort at vannet ikke greier å holde seg inne i steinen lenger. Da blir det dannet flytende vann og man får tilbake den steinen man startet med, sånn omtrent. Men dette vannet som dannes inne i steinen inne i jorda må jo komme seg ut på en eller annen måte. Olli og Timm forklarte meg i dag at de har funnet de kanalene som dannes inne i steinen når dette skjer. Vannet kommer seg ut gjennom disse kanalene. Enkelt og greit.)