Jordens utvikling og dynamikk

Jordens indre liv og dynamikk mellom den varme mantelen og den faste overflaten har ført til vulkansk aktivitet, platetektonikk, dannelse av hot spots og trolig ført til store miljøkatastrofer opp gjennom jordens historie. Men hvordan er samenhengene og hvordan har de styrt jordens utvikling? Senter for Jordens utvikling og dynamikk, et nytt SFF ved UiO og Institutt for geofag, omfavner mange av geofagene og har 10 år på å utforske jordens geodynamiske prosesser.

I juni 1991 fikk vulkanen Mount Pinatubo, Filippinene et stort utbrudd. Mange omkom og svært mange ble hjemløse. Millioner av tonn sulfur dioksid ble tilført atmosfæren og la seg som et globalt lag, noe som resulterte i at temperaturen sank i de påfølgende månedene. Utbruddet som var det nest største vulkanutbruddet på 1900-tallet viste at vulkaner kan ha stor påvirkning på miljøet. Foto: Ed Wolfe, U.S. Geological Survey

Flerfaglig senter

Senter for Jordens utvikling og dynamikk (CEED) starter våren 2013 med støtte fra NFR som Senter for fremragende forskning over en 10 års periode. CEED er et flerfaglig forskningssenter som dekker et bredt spekter av fagdisipliner som geologi, fysikk, matematikk, kjemi, paleoklimatologi, paleantologi, tektonikk, paleomagnetisme, geodynamikk, seismiologi, mineral fysikk, planetologi, beregningsorientert og atmosfærisk vitenskap.

Senterets forskning vil bli gjennomført i et forskningsmessig rammeverk med fem tematiske hovedtema som igjen består av underliggende sub-tema og prosjekter. Hvert tema har en egen forskergruppe som ledes av en teamleder.  Forskningsgruppene består av forskere fra UiO, samarbeidende institusjoner i Norge, Norden og resten av verden. Senteret ledes av professor Trond H. Torsvik, Institutt for geofag.

Platetektonikk og mekanismer som styrer jordens dynamikk

Senteret vil utforske de mekanismene som knytter vulkanisme og deformasjon nær Jordens overflate til prosesser i den dype mantelen. Mekanismer knyttet til varmetransport fra Jordens indre, konveksjonsdynamikk, varmepunkt-vulkanismen (hotspots) langt fra plategrensene og store basaltprovinser forklares ikke av platetektonikk teorien fra 1960-tallet. Nettopp platetektonikk teorien er den rammen vi til nå har hatt for å forklare deformasjon og vulkanisme langs jordplatenes grenser, platenes dannelse og bevegelse, og nedsynking (subduksjon) i mantelen.

En hovedhypotese som CEED vil teste er at konsentrerte oppdriftsstrømmer (mantelsøyler) blir dannet i det termiske grenselaget ved kjerne-mantel-grensen, nærmere bestemt nær randen av to store områder med lav seismiske bølgehastighet.

CEEDs fem forskningstema:

Tema 1- Jordens dype indre

De geodynamiske prosessene i jorden indre har styrt utvikling av Jorden til slik vi kjenner den i dag. Platetektonikk-teorien har vist seg å ikke gi noen god forklaring på denne indre dynamikken, men gitt et rammeverk til å forstå deformasjon og vulkanisme langs plategrensene på overflaten. Jordens dype indre, mantelen er preget av prosesser der det er en varmetransporten ut fra Jordens dype indre hovedsakelig forårsaket ved konveksjon i den flytende jernkjernen og i den faste steinmantelen.

En hovedmålsetning for CEED er å undersøke materialegenskaper, strukturer og strømningsdynamikk i grenselaget nederst i mantelen og i andre deler av Jordens indre. Vi vil videre undersøke stabiliteten av de to store lavhastighetsområdene under Afrika og Stillehavet slik at disse muligens kan benyttes som en global referanseramme for rekonstruksjoner av kontinentenes bevegelser gjennom lange tidsrom.

Tema 2: Jordens dynamikk

Den faste jorden slik vi kjenner den har en tykkelse på 80-200 km og består av jordskorpen og den øverste delen av mantelen.  Både skorpe og mantel-lithosfære er tynnere (80-100 km) under dyphavene enn under kontinentene (100-200 km). Platene glir sidelengs over lettere deformerbar asthenosfære, og havbunnsplatene dannes kontinuerlig langs midthavsryggene og synker ned i mantelen i subduksjonssoner.

CEED ønsker å utforske de mekanismer som har påvirket dannelse og nedbrytning av kontinenter og sammenhengen mellom mantelstrømningene,  oppdriftsstrømmer i mantelen og dannelse av store basaltprovinser på overflaten. Slike vulkanske provinser, samt kontinentenes plassering i forhold til Jordens rotasjonsakse og fordelingen av fjellkjeder, påvirker klimaet (nedisninger og varmeperioder), havstrømmer og liv.

Tema 3: Jordens miljøkriser

Jorden har opplevd mange miljøkatastrofer de siste 540 millioner år. De store masseutryddelsene, som den på grensen mellom perm og trias for 252 millioner år siden, påvirket både livet på land og i havet. Kun en av krisene, den for 65 millioner år siden, kan forklares med et meteorittnedslag. Hva med de andre krisene? Vi vet at masseutryddelsene sammenfaller i tid med utviklingen av såkalte Store vulkanprovinser, perioder på opp til en million års varighet der store landområder ble dekket av lavastrømmer. Vi vet derimot ikke hva som er årsakssammenhengen mellom vulkanprovinser og masseutryddelser. En av arbeidshypotesene til CEED er at svaret ligger i jordskorpens sammensetning: grunnstoffer som karbon, svovel og klor kan transporteres til atmosfæren når jordskorpen varmes opp av vulkansk aktivitet og føre til katastrofe.

Tema 4: Jorden og naboplanetene

I fokus for CEED er hvordan jorden har blitt til, men spor etter de prosesser som har formet jorden utvikling er for lengst tapt. Her kan studier av planeter i den Innerste delen av solsystemet være viktige for å gi kunnskap om jorden. Mens sporene etter planetveksten og den tidligste utviklingen er nesten utslettet av de platetektoniske prosessene som har formet Jorden, er de fremdeles tydelige på andre planeter og måner. Planetoverflatene kan studeres, variasjonene i tyngde- og magnetfeltene, sammen med topografi og fordeling av vulkanske provinser, kan gi innsikt i planetær utvikling. Det samme kan meteoritter, og nedslagsfelt på jorden.

Tema 5: Numerisk modellering og visualisering

Et viktig virkemiddel for å forske på CEEDs tema er utvikling av numeriske modeller og rutiner med anvendelse på ulike fagfelt som mantelkonveksjon, platerekonstruksjoner, teoretisk mineralfysikk, og klimamodeller. Datamodeller er både viktige for å simulere prosesser og sammenhenger og for visualisering av de samme sammenhengene.

Ved hjelp av eksterne og interne programmer og databaser, vil CEEDs forskere utvikle numeriske modeller som spenner fra enkle todimensjonale studier til massive parallelle globale simuleringer i fire dimensjoner, inkludert tid.

Mer utfyllende presentasjon av de fem temaene finnes på senterets engelske websider.

Om senteret

Senter for Jordens utvikling og dynamikk er organisert ved Institutt for geofag ved Det matematisk- naturvitenskaplige fakultet, Universitetet i Oslo som vertsinstitutt. CEED er finansiert av Norges Forskningsråd som et Senter for fremragende forskning (SFF) for perioden 2013 til 2023. Senteret starter opp våren 2013 med rundt 20 full-tids ansatte forskere og postdoctorer, og har også et stort nettverk av samarbeidende forskere og institusjoner. Senteret åpner formelt 1. mars.

Forskernettverket bak CEED har imidlertid vært aktivt i lengre tid enn fra før de fikk tildelt SFF midler fra NFR, som Earth Dynamics Group i tilknytning til Centre for Physics of Geological Processes (PGP). Les mer om gruppens tidligere arbeid på www.earthdynamics.org

 

Publisert 1. mars 2013 09:13 - Sist endret 13. okt. 2016 22:24