Fra medisin til geologi

Hvem har vel ikke sett en episode av Grey’s Anatomy eller annen TV-serie, der de roper ut at de trenger en CT-skann av pasienten? Eller kanskje tatt en CT-undersøkelse selv? Hva er dette apparatet, og hva har det med geologi å gjøre?

Skjematisk oversiktsbilde av CT-skanneren ved EARTHLAB, UiB. A) Sneglehus fra CT-skanning gjort på oppdrag for COWI B) Nærbilde av porøsitet i en sedimentkjerne C) Visualisering av flomlag (J. Hardeng) D) Avtrykk fra røtter (H. Haflidason). A-D er laget ved bruk av Thermo Scientific™ Avizo® 9.1.1.

CT er forkortelsen for Computed Tomography, og er enkelt forklart en mengde røntgenbilder av «pasienten» tatt fra ulike vinkler, som sammen kan vise et tredimensjonalt bilde av det som har blitt skannet.

I motsetning til et vanlig fotografi, viser ikke pikslene i et røntgenbilde farger, de gir oss en farge basert på hvor høy tetthet det røntgenstrålede objektet har. Dette gjør det mulig å visualisere tetthetsforskjeller igjennom «pasientens» kropp! Det er denne egenskapen som gjør røntgen så effektiv for å påvise brudd – de relativt harde beinene vil lyse opp i motsetning til alt det bløte vevet rundt.

I geologi har vi heldigvis ingen pasienter, vi har derimot masse forskjellige prøver. Dette kan for eksempel være sedimentprøver tatt ved å slå et rør ned i bunnen av en innsjø eller havet. Disse rørene, kalt sedimentkjerner, blir som en tidskapsel som gjør at vi kan se flere tusen år tilbake i tid!

De ulike sedimentlagene er som sider i en bok, som gjør det mulig å tolke hvordan forholdene og klimaet var da de ble avsatt. Disse sedimentkjernene kan CT-skannes, på samme måte som en pasient!

Tidligere ble faktisk CT-skanneren på Haukeland Universitetssykehus brukt til å skanne sedimentkjerner, men nå har vi en egen CT-skanner ved EARTHLAB (Earth Surface Sediment Laboratory) på UiB som er spesiallaget for å skanne sedimentkjerner.

Ved å CT-skanne en sedimentkjerne slipper vi å åpne kjernen for å finne interessant materiale. Vi kan i stedet se objekter slik de ble begravd for mange tusen år siden uten å ødelegge kjernen. Vi får også muligheten til å se omrisset av objekter og strukturer som ikke er synlige selv om du åpner sedimentkjernen, for eksempel avtrykk etter røtter.

Innenfor geologi har CT-skanning mellom annet blitt brukt til å identifisere avsetninger etter fortidens flomhendelser i innsjøer, noe som ved vanlig lab-prosedyre tar veldig lang tid, men som her kan bli gjort på 30 minutter.

De sedimentære lagene som er avsatt under flom inneholder gjerne en spesiell type materiale, for eksempel grovere sand eller større landbaserte planterester som er fraktet med elvene under flom. Dette er objekter som er enkelt å identifisere ved hjelp av en CT-skanner.

Tilsvarende kan man lokalisere skjell og dyr som levde for flere tusen år siden, med en størrelse tilsvarende diameteren til et hårstrå. Disse er ofte svært verdifulle innen paleoklimatologi (studie av fortidsklimaet på Jorda), fordi de kan gi informasjon om temperatur og havnivå på det tidspunktet de ble begravet.

Figur 2. Utvidet virkelighet (AR) blir her brukt for å vise frem et skjell funnet i en kjerne ved hjelp av mobiltelefonen. Dette lar oss se skjellet fra alle vinkler uten bruk av avansert programvare.

DiseCT

I vårt siste prosjekt kalt DiseCT, finansiert av Bjerknessenteret for Klimaforskning, har vi som mål å identifisere ulike typer partikler i sedimentkjerner fra havets bunn. Vanlige sandkorn på dyphavet er relativt sjeldent, fordi de som regel faller ned på bunnen relativt nært land.

Sandkornene vi ser etter har smeltet ut av isfjell som har drevet rundt i havet for tusenvis av år siden og omtales som ice rafted debris (IRD). Dette er markører som har stor betydning innen paleoklima-forskning og kan si noe om hvor det tidligere var is. Til vanlig blir disse sandkornene talt manuelt under mikroskop, men vi ønsker å automatisere prosessen ved å telle de ved hjelp av CT-data.

Det har også vist seg mulig å finne mikroskopiske partikler av vulkansk aske, den samme typen aske som gjorde at folk satt askefast etter Eyjafjallajökull-utbruddet på Island i 2010. Askelagene kan, ved geokjemiske fingeravtrykk, knyttes til kjente vulkanutbrudd og kan derfor brukes til aldersdatering av forskjellige nivåer i kjernen. Ved hjelp av CT-skanneren er det mulig å identifisere den vulkanske asken vesentlig raskere enn å måtte se gjennom alt materialet i mikroskop.

Tredimensjonale CT-bilder egner seg ypperlig også til avanserte illustrasjoner og parallelt med utarbeiding av analyser arbeider vi med muligheten for å bruke modeller fra CT-skanneren i utvidet virkelighet (Augumented Reality). Noe en gjerne kjenner fra spill som Pokemon Go. Det blir mulig å visualisere for eksempel et skjell som levde på havbunnen for 15 000 år siden som et hologram i undervisningen. Dette håper og tror vi at vil bidra til økt læring, utdanning og interesse for faget!