De 75 mio. år gamle kridtaflejringer fra Kridttiden i Møns Klint vidner om, at det danske område engang har været dækket af hav. Sedimenter fra Danmarks undergrund viser generelt, at det danske område skiftevis har været tørlagt eller dækket af hav. Dette forklares typisk ved, at det globale havniveau har ændret sig, eller at pladetektoniske processer har løftet området op eller ned. Århus-forskernes modelberegninger viser, at processer i Jordens kappe også udgør en potentielt vigtig årsag.

Geologer og geofysikere fra Geologisk Institut har påvist, at bevægelser dybt i Jordens kappe styrer nogle af de mekanismer, som fører til aflejring af sedimenter. Fordelingen af disse sedimenter er traditionelt blevet forklaret ved ændringer i havniveau eller pladetektoniske processer, og dermed kommer geologerne med et helt nyt bud på, hvorfor bl.a. den danske undergrund består af skiftende lag af sedimenter som ler og sand.

13.08.2010 | Christina Troelsen

Forskernes resultater bliver i dag offentliggjort i en artikel i det velansete amerikanske tidsskrift Science. Det er postdoc Kenni Dinesen Petersen, professor Søren Bom Nielsen og lektor Ole Rønø Clausen fra Geologisk Institut, der sammen med kolleger fra Skotland og Schweiz står bag de bemærkelsesværdige resultater.

Aflejringer i sedimentære sekvenser

Sedimenter findes i såkaldte sedimentære bassiner, som er huller i Jordens overflade, der er fyldt op over millioner af år. Et eksempel er undergrunden under Danmark, det såkaldte Danske Bassin, som blev dannet for ca. 300 mio. år siden i forbindelse med kraftig jordskælvs- og vulkansk aktivitet, og som i det danske område når dybder på mere end 10 km. Nærmere studier af sedimenter i sådanne bassiner viser, at de ofte er aflejret i et skiftende miljø, hvor vandstanden konstant har ændret sig, således at aflejringen af fx ler på relativt dybt vand afløses af sand aflejret nær kysten eller af floder for igen at blive overlejret af ler. Sedimenter fra en enkelt periode af sådanne variationer benævnes en sedimentær sekvens. Aflejringen af sedimenter i sådanne sekvenser foregår over mange tidsskalaer; fra få år til mange mio. år.

Det er sidstnævnte tidsskala, som interesserer Århus-forskerne, for her er årsagerne til sedimentære sekvenser dårligt forstået og er traditionelt forsøgt forklaret ved variationer i det globale havniveau, fx som følge af vækst eller afsmeltning af Jordens gletsjere. En anden forklaring går på, at sekvenserne er forbundet med pladetektoniske processer, hvor to kontinentalplader eksempelvis støder sammen. Problemet med disse forklaringer er, at Jordens klima i lange perioder har været så varmt, at udbredelsen af gletsjere har været for beskeden til at give tilstrækkelige ændringer i globalt havniveau, og ligeledes har der i mange områder været lange perioder uden pladetektonisk aktivitet.

Konvektion bevæger overfladen

I den aktuelle Science-artikel viser forskerne, hvordan såkaldt ”småskala-kappekonvektion” kan give en fornuftig forklaring på, hvordan mange sekvenser opstår. Konvektion er det fænomen, der opstår i en væske eller gas, når den varmes fra bunden, således varmt og let materiale stiger op og afkøles for derefter at synke ned igen. Småskala-kappekonvektion foregår i Jordens kappe under kontinentalpladerne, dvs. i dybder på mere end 100-150 km. Egentlig viser studier af jordskælvsbølger, at Jordens kappe er på fast form, men over mio. af år opfører den sig som en meget tyktflydende væske og kan således konvektere. Konvektionen er en effektiv form for varmetransport, der bidrager til den stadige afkøling af planeten, hvis indre varme skyldes radioaktive isotoper, der konstant henfalder, samt den oprindelige energi udløst ved meteornedslag under jordens dannelse for 4.5 mia. år siden.

Forskerne anvender avancerede computersimulationer til at undersøge sammenhængen mellem konvektionsbevægelserne og de overliggende sedimentationsprocesser. Den anvendte software er udarbejdet af Kenni Dinesen Petersen under hans ph.d.-studium. Computermodellerne viser, at den konvekterende kappe får den overliggende kontinentalplade til lokalt at bevæge sig lidt op eller ned og giver således et konstant skift i lokalt havniveau, så der dannes sedimentære sekvenser, på trods af, at det globale havninveau ikke ændres. Resultatet er vigtigt, fordi det viser, at dannelsen og rækkefølgen af sedimentære sekvenser kan variere meget inden for få hundrede km og ikke sker synkront over store afstande eller endog globalt, som ellers ofte antages. Dette er vigtigt inden for olieefterforskningen, som ofte bygger på præcis kortlægning af sedimentære sekvenser, men også inden for forståelsen af, hvordan klimaet, via afsmeltning af gletsjere, påvirker den globale vandstand. Det har nemlig normalt været antaget, at globale vandstandsændringer har kunnet lade sig afsløre ved studier af sedimenter i tektonisk rolige bassiner. De nye resultater viser, at ingen bassiner i den sammenhæng er rolige, da konvektionen til stadighed giver mere eller mindre tilfældige ændringer i lokal vandstand.

Tværfagligt geologisk samarbejde

Studiet er et succesfuldt resultat af et tværfagligt og internationalt samarbejde mellem to discipliner inden for geologien, hvor fokus på overfladenære- og dybere processer normalt holdes adskilt. Det er forskernes opfattelse, at der er et stort potentiale inden for sådanne kombinationer og fortsætter således fortfarende deres arbejde med at kombinere anvendelsen af matematisk/fysisk modellering af geologiske processer med observationer foretaget af geologer og geofysikere ud fra traditionelle metoder.

Titlen på artiklen i Science er Small-scale mantle convection produces stratigraphic sequences in sedimentary basins. Udover de tre Århus-geologer består forskergruppen bag artiklen af Randell Stephenson fra universitetet i Aberdeen og Taras Gerya fra det tekniske universitet i Zürich.

Yderligere oplysninger:

Kenni Dinesen Petersen
Postdoc
Tlf: 8942 9540
Email: kenni@geo.au.dk

Søren Bom Nielsen
Professor
Tlf: 8942 9452
E-mail: sbn@geo.au.dk

Geologisk Institut
Aarhus Universitt
Høegh-Guldbergs Gade 2
8000 Århus C

Se også artiklen "Varme ødelægger geologernes skatkammer" på videnskab.dk