Den nye infrastrukturen ved Troll skal gi forskerne bedre muligheter til å registrere og tolke signaler fra jordskjelv, isskjelv og andre naturfenomener. Foto: NORSAR
Antarktis. Kontinentet rundt Sydpolen er det kaldeste, tørreste og mest vindutsatte stedet på jorda. Det enorme isdekte landområdet er også blant de minst utforskede områdene på kloden. Et terra incognita.
Likevel er Antarktis langt fra et tomt hvitt felt på kartet. I dag er rundt 75 forskningsstasjoner spredt over kontinentet og bidrar til å samle inn data relatert til alt fra klima, hav og is til geologi, geofysikk, økosystemer og romvær.
Norges forskningsstasjon Troll i Dronning Maud Land, etablert i 1989, er en av dem. Stasjonen er vertskap for Troll Observing Network (TONe), et tverrfaglig observasjonsnettverk som samler langsiktige måleserier om blant annet atmosfæren, havet, isen og den faste jorda.
For seismologene i NORSAR er det særlig én del av infrastrukturen som har bidratt med interessante data: den seismiske stasjonen kjent som «Lille Trille». Siden 2012 har den registrert signaler fra seismiske hendelser både lokalt, regionalt og globalt. Dataene brukes til å overvåke jordskjelv verden over, men har også gitt forskerne innblikk i bevegelser i den antarktiske iskappen og andre fenomener som skaper rystelser i grunnen.
Stasjonen er dessuten noe av en sjeldenhet i antarktisk sammenheng. Mens mange av kontinentets seismiske stasjoner er plassert på isen, står Lille Trille på fast fjell i Jutulsessen-området, mer enn 200 km fra kysten.
– Dette er den sørligste stasjonen av sitt slag i Antarktis som står på fast fjell. Det er en stor fordel, forklarer Johannes Schweitzer, sjefsforsker i NORSAR.
Seismologen forklarer at seismiske stasjoner som er installert på is er utsatt for bevegelser i isen, noe som påvirker kvaliteten av dataene.
Kombinasjonen av fast fjell, stor avstand til havet og ikke minst lite menneskelig aktivitet gir i kombinasjon svært lave støynivåer. I løpet av de første driftsårene viste målingene at Troll var blant de mest støysvake seismiske målestedene i Antarktis.
Én ble til ti
God datakvalitet til tross – forskerne hadde lenge et ønske om å utvide den seismiske stasjonen til en array, altså et nettverk av seismometre plassert ut i et bestemt mønster.
– Vi så en stor, flat slette i nærheten av Troll som egnet seg godt for en array. Det ville gi oss mye bedre informasjon om hvilken retning signalene kommer fra, hastigheten til signalene og hjelpe oss å identifisere ulike seismiske faser, forteller Schweitzer.
Iherdighet og tålmodighet måtte til. Etter flere søknadsrunder kom gjennomslaget da TONe ble tildelt 157 millioner kroner gjennom Forskningsrådets infrastrukturprogram i 2022. Som en del av satsingen fikk NORSAR finansiering til både en seismisk array og en infralydarray ved Troll. Installasjonen fant sted i løpet av den antarktiske sommeren 2025/26.
Mens Lille Trille består av ett seismometer, omfatter den nye arrayen ni målesteder med til sammen ti sensorer.
Når et seismisk signal treffer arrayen, registreres det av de ulike sensorene med små tidsforskjeller. Sensoren som ligger nærmest signalets opphavsretning registrerer signalet først, mens de øvrige følger like etter. Ved å sammenligne disse små tidsforskjellene kan forskerne beregne både hvilken retning signalet kommer fra og hvor raskt det beveger seg.
Informasjonen kan brukes til å skille mellom ulike typer seismiske bølger og gir samtidig et langt bedre grunnlag for å fastslå om signalet stammer fra en lokal kilde, et jordskjelv et annet sted i Antarktis eller en hendelse på den andre siden av kloden.
Arrayen gjør det også enklere å skille svake signaler fra bakgrunnsstøy.
– Den seismiske bølgen – signalet – ser lik ut på alle sensorene, mens støyen er forskjellig. Da kan vi forsterke signalet og redusere den relative betydningen av støyen. Med ni målesteder kan vi forbedre signal-støy-forholdet med omtrent en faktor på tre, sier Schweitzer.
Lytter til hele kloden
Den seismiske stasjonen, og nå arrayen, ved Troll brukes ikke bare til å studere Antarktis.
– Først og fremst observerer vi global seismisitet. Signalene våre brukes av kolleger over hele verden til å lokalisere jordskjelv.
På grunn av de lave støynivåene registrerer stasjonen også svært svake signaler. Blant annet har forskerne observert seismiske bølger som har beveget seg gjennom jordens dype indre, samt signaler fra store jordskjelv på den andre siden av kloden.
Troll bidrar dermed til å fylle et viktig geografisk hull i det globale nettverket av seismiske målestasjoner.
Isens rabalder
Lokaliteten er som nevnt svært gunstig for seismiske målinger, langt unna støykilder knyttet til menneskelig aktivitet. Det betyr imidlertid ikke at Antarktis er stille.
– Vi registrerer tusenvis av små rystelser hver natt. Det er «a huge mess of signals», påpeker Schweitzer.
Han refererer til isskjelv, små rystelser som oppstår når isen er i bevegelse, når spenninger i isen bygges opp og utløses, eller når isfjell støter mot hverandre eller kystlinjen.
Gjennom mer enn ti år med målinger har forskerne samlet inn så mange registreringer at de har kunnet katalogisere dem og lete etter mønstre i aktiviteten.
– Vi så at én type hendelser hovedsakelig var aktiv om sommeren, en annen om vinteren og en tredje i overgangsperiodene mellom årstidene, forteller Nadège Langet, seniorforsker i NORSAR.
Forskerne oppdaget også et annet mønster: Mange av isskjelvene opptrer om natten, når temperaturen er på vei ned.
– Den sterkeste sammenhengen fant vi med fallende temperatur. Vi tror dette hovedsakelig dreier seg om grunne hendelser i de øverste islagene, sier Langet.
Forklaringen ligger trolig i hvordan is reagerer på temperaturendringer.
– Når temperaturen synker, utvider isen seg. Da bygger det seg opp spenninger som må frigjøres på en eller annen måte, opplyser Schweitzer.
Også andre faktorer kan påvirke isbevegelsene i Antarktis.
Conor Bacon, forsker i NORSAR, forklarer at både tidevann i havet og tidevannsbevegelser i den faste jorda kan påvirke hvordan isen løftes og senkes.
– I flere issystemer ser vi at tidevannet spiller en viktig rolle for når seismiske hendelser oppstår, sier han.
Når havnivået stiger og synker, eller når den faste jorda deformeres svakt av gravitasjonskreftene fra månen og sola, påvirkes spenningene i og under isen. I områder der isen delvis hviler på berggrunnen og delvis flyter på havet, kan slike endringer være nok til å utløse seismisk aktivitet.
– På enkelte steder ser vi ganske tydelige sammenhenger mellom tidevannet og seismisiteten. I issystemer er det generelt godt etablert at tidevannet kan spille en viktig rolle for å styre når hendelser oppstår, sier Bacon.
Forskerne håper de nye dataene fra arrayen vil gjøre det lettere å identifisere signaler som skyldes temperaturendringer, tidevannspåvirkning og andre bevegelser i isen.
Målet er ikke bare å registrere hendelsene, men å bidra til økt forståelse om hva som forårsaker dem og hvordan de henger sammen med de større bevegelsene i iskappen. Der kan seismiske målinger utfylle både satellittobservasjoner og tradisjonelle glasiologiske målinger.
Mens satellittbilder viser hvor endringer har skjedd i isen, kan seismiske registreringer fortelle nøyaktig når hendelsene fant sted. Sammen kan datatypene gi et mer helhetlig bilde av prosesser som sprekkdannelse, kalving og isbevegelser.
– Hvor iskappen er forankret til underlaget, hvor grensene går, og hvor raskt isen beveger seg, er spørsmål vi ikke kan svare på alene. Men kanskje kan vi bidra med observasjonsdata som gjør at glasiologer og klimaforskere kan ta det videre, sier NORSAR-seismolog og avdelingsleder Volker Oye.
Signaler i luft
Oppgraderingen ved Troll omfattet ikke bare en seismisk array. NORSAR installerte også en infralydarray bestående av ni sensorer samlokalisert med de seismiske målepunktene.
Mens seismometrene registrerer rystelser i bakken, måler infralydsensorene lavfrekvente trykkbølger i atmosfæren, signaler som ligger under det menneskelige hørselsområdet (under 20 Hz).
– Mange hendelser skaper lavfrekvente bølger i atmosfæren, inkludert jordskjelv, vulkanutbrudd, store isskjelv, kalvinger, kraftige ildkuler og eksplosjoner. Den nye arrayen kan hjelpe oss å registrere slike hendelser og komplementere de seismiske dataene, påpeker Schweitzer.
Han legger til at infralydbølgene også kan gi informasjon om atmosfærens struktur og sammensetning ved å sammenlikne observasjonene med atmosfæriske modeller.
Det ukjente i horisonten
Med den nye seismiske arrayen og infralydarrayen er forskningsstasjonen bedre rustet enn noen gang til å samle inn observasjoner fra verdens minst utforskede kontinent. Forskerne håper infrastrukturen vil gi ny innsikt i alt fra jordskjelv og atmosfæriske fenomener til dynamikken i den antarktiske iskappen.
Selv om den nye forskningsinfrastrukturen allerede registrerer store mengder data, er Schweitzer og Oye forsiktige med å spå hvilke resultater som vil komme ut av satsingen.
– Dette er i stor grad et ukjent kontinent. Det er så mye vi ikke vet, og fram til nå har det vært gjort relativt få observasjoner, fremholder Schweitzer.
Oye understreker at infrastrukturen ikke ble bygget for å svare på ett bestemt forskningsspørsmål.
– Dette er en installasjon for grunnforskning. Dataene skal være tilgjengelige for forskere som ønsker å studere dem fra ulike faglige perspektiver. Hva de viktigste resultatene blir, er et åpent spørsmål.
Han tror de mest interessante oppdagelsene kan være de forskerne ennå ikke vet at de leter etter.
– De viktigste resultatene de neste ti årene vet vi sannsynligvis ikke hva er ennå. Det kan være fenomener ingen har sett nærmere på tidligere.
En viktig del av verdien ligger derfor i de lange tidsseriene som nå bygges opp. Instrumentene ved Troll er valgt med tanke på flere tiår med drift, noe som kan gjøre det mulig å oppdage gradvise endringer som ellers ville vært vanskelige å få øye på.
– Slike trender kan du bare se dersom du har lange tidsserier. Hvis målingene ved Troll fortsetter å gå som planlagt, vil de kunne bidra til den typen forskning også, sier Schweitzer.
Erfaringene fra Antarktis kan dessuten få betydning langt utenfor kontinentet.
– Mye av det vi lærer i Antarktis kan vi bruke på lignende problemstillinger i Arktis, som på Svalbard, Jan Mayen og Grønland. Det gjør observasjonene relevante også for andre steder på jorda, sier Oye.
For forskerne er det derfor kanskje ikke svarene de allerede har fått som er mest spennende, men spørsmålene de ennå ikke vet at de skal stille. I et terra incognita som Antarktis, kan de viktigste oppdagelsene fortsatt ligge foran dem.
NORSAR uttrykker takknemlighet ovenfor samarbeidspartnerne i TONe-prosjektet, samt Norges forskningsråd som har bidratt med finansiering. TONe ledes av Norsk Polarinstitutt og norske partnere er universitetene i Bergen og Oslo, NORCE og NILU. Internasjonale partnere er British Antarctic Survey, Washington State University, University of Leeds og University of Kansas Research Center Inc.
