Fysikk og Fascinasjon

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


Legg igjen en kommentar

Et fjell av salt

img_6675

Vitenskapsfolk og en liten del av et stort fjell av massivt salt.

Vann har fordampet fra Dødehavet i tusener på tusener av år, og lagt igjen et flere kilometer tykt lag av salt. Etterhvert som tiden går blir saltet tynget ned av salt, sand og støv som ligger over det. Og ettersom salt har lavere tetthet enn de fleste andre mineraler (på samme måte som fett har lavere tetthet enn vann, og vil legge seg øverst i suppa) får saltet lyst til å komme seg oppover.

Det har det klart. I sørenden av Dødehavsdalen har saltet tytet opp og ut gjennom sprekker i bakken, dannet av jordskjelv, og dannet et fjell som heter Sodom. Hørt om Sodom og Gomorra? Visstnok kan man se den stakkars hustruen til Lot her, blant alle de andre saltstrukturene.

Sodomfjellet tyter fortsatt oppover med omtrent tre millimeter i året. Når det kommer litt regn, løses saltet opp og det dannes huler og merkelige strukturer.

img_6679

Jeg smakte på steinen og den smaker salt. Så det er sant.

Det at salt har en tendens til å tyte oppover er forresten viktig flere steder på jorda, for eksempel i nordsjøen der store saltstrukturer kan ha konsekvenser for hvor man kan og ikke kan finne olje.

img_6685

Utsikt over fordampingsbassengene og til Jordan, fra fjellet av salt. Mineralene som blir utvunnet fra fordampingen blir blant annet solgt til Kina og brukt i kunstgjødsel.

Advertisements


Legg igjen en kommentar

Kjemisk potensiale i nanoporer, svømmetur og en bjørn

Jeg er på konferanse i USA, og overskriften oppsummerer dagens høydepunkter.

Hjemme er det skolestart, barnehagestart, fotballstart og korpsstart. Jeg er i New Hampshire og tenker på deformasjon av stein. Dette er en såkalt Gordon-konferanse, som holdes i en rekke fagfelter og har et veldig fint format: Tre foredrag på en time hver om morgenen, lunsj, fritid (der man sitter i sola og diskuterer vitenskap, eller drar og svømmer i en varm innsjø, som jeg fikk gjort i dag), deretter to timer med poster-session (se på og diskutere plakater som de som ikke holder foredrag har laget om forskningen sin), middag, og så to timer foredrag fra 1930 til 2130. Det kan være bittelitt vanskelig å holde seg våken på de siste foredragene. Ellers bra.

IMG_6329

Proctor Academy, nydelig sted å ha konferanse.

Tema for konferansen er «Rock Deformation», som altså betyr hvordan stein beveger på seg: Hvordan foregår store og små jordskjelv, hva vet vi egentlig om friksjon, hvordan kan man få små og store jordskjelv av å pumpe vann ned i bakken, hva skjer med krystallene i is som flyter og i stein som flyter dypt nede i jorda, og sånt. Noe som er litt rart er at det var et stort jordskjelv i Italia i natt som jeg ikke har hørt et ord om i løpet av dagen. Det henger kanskje sammen med at det er lite snakk om å forutsi jordskjelv. Det finnes folk som jobber med det, men det er vanskelig, og jeg er usikker på om noen av dem er her. For denne gjengen handler det mer om å forstå prosessene i jorda.

Jeg er så heldig å være invitert hit til å holde foredrag. Dette gjør at jeg får betalt reise, eget rom, slipper å stå og henge ved en plakat, og fikk bruke en hel time på å fortelle og svare på spørsmål om hva jeg driver med. Når jeg i tillegg fikk snakke mandag morgen, slipper jeg å være stresset resten av uka, og får masse tid til å diskutere med folk som gjør relevante ting. Det jeg har snakket om er hva som skjer mellom overflater på nanoskala, og det er det mange som er interessert i.

IMG_6327

Jeg holder foredrag.

Et av dagens høydepunkter var å sitte i sola i pausen og fundere over hvordan det kan gå for seg når korn i stein glir mot hverandre dypt nede i jordskorpen og dette får vann til å strømme fra dypet og opp mot overflaten. Her kan nanoporer, altså vannfylte hulrom som bare er noen få atomer store, være viktige. Kan jeg klare å finne ut noe om dette med mine eksperimenter?

Høydepunkt nummer to var at jeg rakk å kjøre opp til den lokale innsjøen og ta et bad i slutten av pausen.

Og høydepunkt nummer en må ha vært at jeg så en bjørn på morgenløpeturen min i skogen. Den var svart, ikke så veldig stor, og gikk vekk fra meg (heldigvis) et stykke unna. Jeg brukte resten av løpeturen på å fundere på hva man skal gjøre om man treffer en svartbjørn på stien. Skal man rygge, spille død, eller se stor og skremmende ut? Etter diskusjoner med de lokale har jeg kommet fram til at man skal prøve å skremme bjørnen, men håper jeg slipper å prøve det i morgen (om jeg i det hele tatt våkner tidlig nok til å løpe).

IMG_6335

Morgenstemning i skogen og ikke en bjørn i sikte.


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

Mennesket som geologisk drivkraft

Her er det geologiske kretsløpet:

Stein blir til når sedimenter blir begravet og utsatt for høye trykk og temperaturer. Platetektonikk og vulkanisme presser stein opp til jordas overflate. Her blir steinen forvitret (kjemisk endret i møte med vann) og erodert (slitt ned) av vann, vind og is. Erodert materiale transporteres (av vann, vind og is) til havbunnen der det med tiden blir begravet og igjen blir til stein. Og så videre.

De geologiske drivkreftene som opererer på jordas overflate er altså vann, vind og is.

Og mennesker.

Her kommer noen tall

Det er vanskelig å finne de riktige tallene når man skal få med seg alt som skjer på jorda, men i følge Hooke (1994) frakter elvene 14 milliarder tonn løsmasser til havene hvert år.

Til sammenligning flytter mennesker hvert år 30 milliarder tonn (dette er også data fra 1994) løsmasser rundt på jordoverflaten for å bygge veier og bygninger og for å drive gruver.

30 milliarder tonn er mengden av løsmasser som folk flytter på med vilje. I tillegg fører jordbruk til en enorm økning i erosjon. I 2007 beregnet Wilkinson og McElroy at elvene frakter 21 milliarder tonn “naturlig” sediment (altså et høyere overslag en Hooke, men 21 er fortsatt mindre enn 30) og 75 milliarder tonn “menneskeskapt” sediment som skyldes jordbruk.

Om vi skulle samle sammen alle løsmassene som mennesker har flyttet på i løpet av de siste 5000 år, ville vi kunne bygge en fjellkjede som er 4000 meter høy, 40 kilometer bred og 100 kilometer lang.

Fortsetter den menneskelige aktiviteten å øke i samme takt som nå, vil vi kunne doble størrelsen av denne fjellkjeden på bare 100 år.

Mountaintop removal mining, West Virginia. Bilde:  Dennis Dimick/Flickr/CC license

Mountaintop removal mining, West Virginia. Bilde: Dennis Dimick/Flickr/CC license

Menneskenes tidsalder på den geologiske skalaen

Mennesker står altså for en betydelig større del av utformingen av jordoverflaten enn hva naturlige prosesser gjør, i dag. Slike tall er noe av grunnen til at en rekke forskere mener at vi nå er inne i en ny geologisk tidsalder, som de vil kalle Anthropocene. Diskusjonen pågår fortsatt om hvilken geologisk signatur som skal markere overgangen fra Holocene: Sporene av radioaktivt nedfall etter prøvesprengningene på 50-tallet? De økte CO2-nivåene i atmosfæren da jordbruket tok fart i Europa rundt år 900? Eller hva med det store fallet i globalt CO2-nivå i starten av 1600-tallet, som skyldes skogvekst etter at nærmere 50 millioner amerikanske bønder døde etter at europeerne ankom?


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.


Legg igjen en kommentar

Her døde dinosaurene

Højerup kirke, med krittklippen i bakgrunnen. Askelaget fra k-t grensen ligger omtrent halvveis opp på klippeveggen, der det er dannet et overheng på grunn av den hardere bergarten ovenfor.

Stevns Klint. Højerup kirke, bygd av lokal kritt på 1200-tallet, med krittklippen i bakgrunnen. Kirken var egentlig litt større, men en del av kirken og litt av kirkegården raste utfor klippen i 1928 på grunn av erosjon. Askelaget fra k-t grensen ligger omtrent halvveis opp på klippeveggen, der det er dannet et overheng på grunn av den hardere bergarten ovenfor.

I dag har jeg stått på en dansk strand og sett på hvit stein. Det var sol og nydelig. Og lærerikt.

Stevns Klint, en times tid sør for København, kan man se en del av den enorme formasjonen av kritt som ligger under mye av nordeuropa og nordsjøen. Denne ble dannet for melllom 60 og 70 millioner år siden (sånn omtrent), i et grunt, næringsfattig hav der små alger med skjell av kalsiumkarbonat dalte ned mot havbunnen. Krittet, sånn som du skriver med på tavlen med, består av millioner på millioner av disse små algeskallene, som du kan få plass til hundre stykker av på bredden av et hårstrå. Nå er krittlaget noen steder nesten to kilometer tykt.

Når man står nede på stranden er det lett å se at den øverste halvdelen av krittlaget her er anderledes enn den nederste.  Det øverste delen stikker lengre ut, mens den nederste skråner innover så det dannes et overheng. Når vi kommer nærmere finner vi også ut at det nederste laget er så mykt at du kan skrape i det med neglen, mens det øverste er betydelig hardere. Det er derfor den nederste delen er mer erodert enn den øverste.

Sikkerhetsbevisste vitenskapsfolk titter på kritt og iridiumrik leire.

Sikkerhetsbevisste vitenskapsfolk titter på kritt kalkstein og iridiumrik leire.

Mellom de to tykke lagene av kritt er et tynt, tynt lag av mørk brun eller grå leire. Den ble dannet for 66 millioner år siden. Den inneholder unormalt mye iridium. Dette er et element som det finnes mye av i asteroider og meteoritter, men nesten ikke på jordas overflate.

For 66 millioner år siden landet en omtrent 60 km stor asteroide i nærheten av det som i dag er kysten av Mexico. Nedslaget fikk en enorm mengde materiale, både fra asteroiden selv og fra bakken der den landet, til å bli slynget høyt opp i atmosfæren. Der ble det bredt ut over hele jorda som et mørkt teppe. Materialet som etterhvert falt ned på jorda kan vi i dag finne igjen som et mørkt bånd på steder som Stevns Klint.

Og så kan vi se at etter dette laget med utenomjordisk iridium, er mesteparten av de artene som levde på jorda før, borte.

Blant annet dinosaurene.

Her døde dinosaurene.

Her døde dinosaurene.

I havet som senere ble til Danmark var det fortsatt rolige forhold, og algene fortsatte å dale til bunnen og bygge seg opp til store kalklag. Men dyrelivet forandret seg. Og på en eller annen måte gjorde dette også at krittet over dette skillet, som kalles kritt-tertiær-grensen, er sterkt nok til å bygge kirker av, mens krittet under smuldrer opp mellom fingrene dine. Akkurat hva som gir denne forskjellen er det ingen som vet.

Nå må jeg for ordens skyld si (så jeg kan ha mitt på det tørre) at det fortsatt finnes andre hypoteser som kan forklare hvorfor dinosaurene døde ut. Det er vanskelig å konkludere for sikkert om noe som skjedde for 66 millioner år siden.

 

Rettelse, 2. november: Min kollega har gjort meg oppmerksom på at det øvre laget, som altså er sterkt nok til å bygge hus av, burde kalles kalkstein og ikke kritt. Det tror jeg nok er riktig. 


Legg igjen en kommentar

Bloggtips: Katter og geologi

Det er nok sant at det finnes en blogg for alt og litt til. Da jeg googlet noe om forvitring til et konferanseinnlegg jeg skal holde havnet jeg plutselig på denne helt fantastiske bloggen, Geokittehs, som handler om – katter og geologi. De av dere som har litt innsikt i geologiske fenomener vil helt sikkert få lyst til å se på disse innleggene:

Ferris Mewler and Rolly Demonstrate Ophiolite Tectonics

Steep-Angle Subduction Kitteh

Catinental Drift

Om dere ikke skjønte bæret av titlene over, må dere allikevel gå inn på bloggen for å se søte kattebilder. Katter er jo en essensiell del av internettet.

Jeg vil ikke stjele bilder fra andres blogger, så her kommer en søt Creative Commons-katt.