Olivin er et mineral som utgjør over halvparten av jordas øvre mantel, de første cirka 600 kilometerne under jordskorpa. Forsker Ágnes Király ved Institutt for geofag ved UiO har i flere år studert olivinens egenskaper for å bidra til en bedre forståelse av prosessene som foregår inni jorda.
Nå skal hun bruke denne kunnskapen til også å kunne si noe om hva som skjer inne i isbreer og iskapper og om hvordan de beveger seg. Is og olivin deler nemlig en bestemt egenskap: De skårer begge høyt på det som kalles anisotropisk viskositet.
Király har nå fått et Starting Grant fra Det europeiske forskningsrådet (ERC). Dette er EUs satsing på unge forskere. De neste fem årene skal Király prøve å gjøre databeregninger for å tallfeste den anisotropiske viskositeten i både is og olivin. Hun håper å kunne bidra til å forstå bedre hvordan isen beveger seg, men også hvordan denne bevegelsen igjen påvirker det som skjer under jordskorpa.
– I Antarktis finnes det for eksempel isstrømmer som beveger seg veldig fort, mens andre som ligger like ved siden av, ikke gjør det. Det finnes også regioner der mantelen responderer veldig fort på slike endringer på overflaten, sier Király.
– Vi håper å kunne teste om den anisotropiske viskositeten i isen og, eller, mantelen har noe å gjøre med denne variasjonen i hvor fort isen i Antarktis beveger seg, sier hun til Titan.uio.no.
Dette kan i tilfelle bli nyttige verktøy for å forstå dynamikken i iskappene, noe som igjen er viktig for å prøve å forutse hvor fort isen smelter og hvor fort havet stiger.
LES OGSÅ: Prestisjetung EU-støtte til fire unge MN-forskere
Anisotropisk viskositet
Men så var det denne anisotropiske viskositeten, da. Hva betyr det egentlig?
Viskositet er et mål på hvor seigt et materiale, hvor stor motstand det har mot bevegelse. For eksempel har honning høyere viskositet enn vann eller olje. I hvilken grad et stoff endrer seg når det påvirkes av fysiske krefter, er avhengig av viskositeten.
Anisotropi betyr at et stoff har forskjellige fysiske egenskaper i ulike retninger. Anisotropisk viskositet fører til at endringen ikke bare styres av kreftene som påvirker et materiale, men også i hvilken retning det skjer.
Hvis du skal lage en bløtkake, vil sukkerbrødet du starter med ha mer eller mindre samme viskositet i alle retninger. Men dette endrer seg når du deler den i flere lag med krem imellom.
– Da blir den anisotropisk. Det er lett å dra det øverste laget løs fra den nederste laget fordi du har lag med krem imellom. Hvis du vil løfte en side opp og den andre siden ned, blir det mye vanskeligere, forklarer Király.
Det er mye vanskeligere å beregne den anisotropiske viskositeten enn bare viskositet.
– Det avhenger blant annet av hvordan de enkelte krystallene i bergartene er plassert i forhold til hverandre.
Landet stiger når isen blir borte
Geologene kaller det ytterste laget av planeten vår for litosfæren. Denne består av jordskorpa pluss et lag med stiv og fast mantel. Litosfæren er delt opp i tektoniske plater som beveger seg i forhold til hverandre.
Selv om bevegelsen er veldig langsom, vil den påvirke de flytende bergartene lenger nede i mantelen, i det som heter astenosfæren. Hvilke utslag denne bevegelsen gir, vil blant annet være avhengig av den anisotropiske viskositeten i mineralene der nede.
Men den flytende delen av mantelen blir også påvirket av det som skjer oppe på overflaten.
– Når du har en iskappe på overflaten, vil litosfæren bøyes ned. Mantelen vil flyte bort avhengig av viskositeten. Når isen smelter, vil mantelen flyte tilbake og føre til at overflaten stiger. Samtidig retter jordskorpa seg ut, forklarer Király.
LES OGSÅ: Isbreene krymper fortere enn for 20 år siden
Litosfæren retter seg ut nærmest umiddelbart, mens bevegelsen nede i mantelen er en veldig langsom prosess som kan ta både 10 000 og 100 000 år.
– I Norge er vi for eksempel påvirket av den siste istiden for 10 000 år siden. Her har vi fortsatt landheving på grunn av det, sier Király.
– Hvor raskt dette skjer, er avhengig av viskositeten i mantelen. Studier på Grønland viser at der viskositeten er lavere, kan man observere lokale landhevinger i løpet av et tiår. Og ulikheter i viskositeten kan skyldes den anisotropiske viskositeten.
Tilbakekoblingseffekt
Dersom denne hevingen skjer på såpass korte tidsskalaer, vil det kunne virke tilbake på issmeltingen på overflaten, gjennom en såkalt tilbakekoblingseffekt.
– Hvis landet hever seg i utkanten av iskappen, så endres helningen, noe som igjen endrer hvor fort isen kan flyte. Eller: Når overflaten heves, kommer isen høyere opp der det er kaldere så mindre is vil smelte, sier Király.
– Vi har allerede ideer om hvordan den faste jorda responderer på at iskappene smelter og hvordan dette igjen påvirker isen i det lange løp. Man tror det er en negativ tilbakekobling, at det bremser smeltingen snarere enn å bidra til den. Men det er på veldig lange tidsskalaer, understreker hun.
– Men hvis det er regioner der mantelen responderer veldig fort, da kan denne tilbakekoblingen også være raskere.
LES OGSÅ: Ágnes Király får pris for forskning på geodynamikk
Og da er vi tilbake i Antarktis og isstrømmene som beveger seg med veldig ulik hastighet. Fenomenet Király skal prøve å sette tall på i løpet av de neste fem årene.
– Jeg håper vi klarer å snevre inn hva som kan være forklaringen på denne variasjonen. Jeg vet ikke om det kommer inn i IPCC-rapporter eller om det blir viktig for beslutningstakere, men jeg håper i det lange løp å kunne bidra til å bedre modeller for hva som skjer med iskappene.
Prosjektet har også et mål om å utvikle nye metoder som hele forskningssamfunnet kan ha glede av.
– Jeg håper vi kan modellere den anisotropiske viskositeten på tidsskalaer ned mot 10 eller 100 år. Og forhåpentligvis kan vi koble det sammen med bevegelse i mantelen, sier Király.
