Forskere ved Universitetet i Bergen har reist til Kina for å lære mer om magnetiseringsprosesser i vindblåste sedimenter og fossile jordlag.
Typisk løss-landskap i den sydlige delen av løss-platået i Kina. Foto: Reidar Løvlie
I det sentrale Kina ligger løss-platået som består av en opptil 200 meter tykk avsetning med opptil 38 lag med vekslende løss og paleosol (fossilt jordlag), se bildet over. Løss er vindblåst materiale transportert fra ørkenområdene i nordvest og avsatt i vinterhalvåret og under glasial-perioder. Fargen på dette eoliske, strukturløse silt-sedimentet veksler fra gul-brunt (løss) til mer rød-brunt (paleosol).
Paleomagnetisk polaritetstratigrafi har vist at denne sedimentpakken begynte å avsettes for omkring 2.4 millioner år siden. Polaritets-stratigrafi er en dateringsmetode basert på det paleomagnetiske signalet i sedimenter og bergarter. Paleomagnetisme er forskning på magnetiseringen i bergarter, og har blant annet bidratt til forståelsen av kontinental-vandring og platetektonikk. Når sedimenter og størkningsbergarter dannes blir det påført en permanent magnetisering som i all hovedsak er rettet paralell med jordens magnetfelt på stedet.
Mekanismene for hvordan sedimenter i innsjøer og i marine miljøer blir magnetisert har vært studert i laboratorier i over 50 år, og er relativt godt forstått. Imidlertid er det gjort lite for å forstå hvordan eoliske (luft-avsatt) sedimenter blir magnetisert.
Et langvarig samarbeid med Taiyuan University of Technology ga meg muligheten til å observere og ta med hjem løss fra ulike deler av løss-plåtået. En lang serie laboratorie-forsøk ved Universitetet i Bergen resulterte i at vi oppdaget at løss blir magnetisert første gang det regner og fukter et nettopp avsatt tørt støv. Denne mekanismen ble også funnet, omtrent samtidig, av en gruppe fra Southampton som hadde gjort andre typer forsøk, men kommet frem til samme modell for magnetiseringsmekanismen.
Laboratorieforsøkene gav imidlertid ikke perfekte registeringer av retningen til jordens magnetfelt. Inklinasjonen (vinkelen til kraftlinjene til jordens magnetfelt med horisontalen) var altfor lav, se figur til høyre. Dette blir observert i nesten alle laboratorie-forsøk med naturlige eller syntetiske sedimenter. Det er utviklet kvasi-kvantitative modeller for å korrigere for denne feilen, men det er enda uklart hvilke prosesser i naturen som minimaliserer denne feilen i inklinasjon.
Illustrasjoner som viser inklinasjons-forholdene ved A) laboratorie-forsøk og B) under ’opp-ned’- forsøket in situ. Den røde pilen viser magnetiseringen etter utplassering i felt i 15 måneder. Illustrasjon: Reidar Løvlie
Da de fleste sedimenter og bergarter i naturen har bevart en perfekt retning til jordens magnetfelt, må dette bety at det er prosesser i naturen som ikke ’fanges opp’ ved laboratorie-forsøk. Det er særlig to forhold som i praksis gjør det umulig å etterligne/kopiere magnetiserings-prosesser i naturen. Det ene er TIDEN; det er ikke mulig å «komprimere» eller øke «farten» på den geologiske tid. Det andre er effektene av tidsvariasjonene av geofysiske (fuktighet/regn/temperatur) og biologiske prosesser (plantevekst og mikrober).
Eksperimenter fra to forsknings-grupper har altså vist at løss får, og bevarer, en magnetiseringen første gang det blir fuktet av regn. Dette paleomagnetiske signalet var ikke en perfekt registrering av magnetfeltet. Flere ulike prosesser i naturen er mulige kandidater som kan forklare at den imperfekte magnetiseringen gradvis kan bli perfekt.
For å teste om det forekommer prosesser i naturen over tid som kan forbedre signalets kvalitet, ble det gjort to in situ-forsøk med varighet på opptil 15 måneder. Eksperimentene bestod i å skjære ut blokker (4-6 liters volum) fra det yngste løss-laget, merke blokken geografisk og så snu den opp-ned og sette den tilbake inn i løss-sedimentet, se figur og bilde under. Stedet ble dekket med løss. Tanken var at på denne måten ble løss-blokken utsatt for ett magnetisk felt rettet motsatt dagens felt, se nederste del av figuren over.
Prinsippet for ’opp-ned’-eksperimenter in situ. Illustrasjon: Reidar Løvlie
Resultatene av disse forsøkene var svært interessante. I løpet av 8-15 måneder ble magnetiseringen endret til nesten den motsatte retningen. Vi fant ut at fuktighet ikke hadde noen betydning og dermed står man igjen med at det mest sannsynlig er temperatur-endringer i løpet av døgnet og året som er den medvirkende årsak til at magnetiseringen som låses fast ved den første nedbøren, langsomt endres og bli mer og mer perfekt.
Det er imidlertid et fundamentalt problem som må belyses; når slutter denne prosessen å virke? Dersom prosessen virker over millioner av år, ville ikke løss-sedimenter i Kina bevart registreringer av tidligere reverserte polariteter til jordens magnetfelt?
I juni i år ble derfor satt igang fem nye ekseperimenter der blokker i løss-enhetene 1-3 (ca. 100.000 år gamle) ble snudd opp-ned. Blokkene vil bli hentet ut i mai/juni 2013, og det blir selvfølgelig spennende å se resultatene. Dersom blokkene i eldre løss-lag ikke viser tegn på remagnetisering, vil vi langt på vei ha kommet nærmere en avklarende forståelse av magnetiseringsprosessene i kinesisk løss.
Professor Su Pu (Taiyuan University of Technology) forbereder et ’opp-ned’-eksperiment i løss fra den sydlige delen av løss-platået. Foto: Reidar Løvlie
