Elektromagnetiske måleteknikker avslører hva som befinner seg 120 kilometer under en midthavsrygg i Atlanterhavet. Forskningen ved NTNU er publisert i tidsskriftet Nature.
Kartet viser hvor forskerne utførte elektromagnetiske undersøkelsene tvers over Mohnryggen i Grønlandshavet. Illustrasjon: Johansen et al., 2019. Nature.
120 kilometer under overflaten. Så dypt har norske forskere gjort avbildninger mellom to jordskorpeplater.
– Så vidt jeg kjenner til er det første gangen noen har kombinert to elektromagnetiske måleteknikker (aktiv- og passiv kilde) for å gjøre slike avbildninger under en midthavsrygg, forteller Ståle Emil Johansen, professor i anvendt geofysikk ved NTNU.
Sammen med syv andre forskere fra to NTNU-institutter og selskapene EMGS og Vestfonna Geophysical AS har Johansen publisert de unike resultatene i tidsskriftet Nature.
Målingene ble utført tvers over den ultrasakte Mohnryggen i Grønlandshavet. Ryggen er også vertskap for varme kilder på havbunnen der skorsteiner («black smokers») spyr ut hett, mineralrikt vann som avkjøles og avsetter mineralene på havbunnen.
– Ultrasakte rygger er grensen mellom to jordplater som sprer seg svært sakte fra hverandre. Disse ryggene mangler ofte bruddsoner, er smeltefattige og skorpen er gjerne svært tynn. Denne klassen midthavsrygger er lite undersøkte og er dårlig forståtte.
Den manglende geologiske forståelsen av slike rygger var viktig motivasjon for at forskerne gjennom prosjektet AtLAB (Atlantic Lithosphere-Astenosphere Boundary) ville undersøke dette området.
– For å øke kunnskapen om LAB (undersiden av tektoniske plater), var det naturlig for oss å oppsøke steder der platene er så tynne som mulig og midthavsrygger er slik sett godt egnet.
Professor Ståle Emil Johansen er førsteforfatter av artikkelen i tidsskriftet Nature. Foto: Ronny Setså
Passive og aktive systemer
Undersøkelsene har allerede resultert i mye ny kunnskap. For eksempel har det tidligere blitt spekulert i hvorvidt slike rygger er passive eller dynamiske (aktive) systemer.
En passiv midthavsrygg utvikler seg ved at platene dras fra hverandre og smeltet materiale (magma) flyter opp for å danne ny skorpe. I et mer dynamisk system er overtrykk i mantelen med på å tvinge platene fra hverandre og kan bidra som «motor» i systemet.
Det har ifølge Johansen tidligere vært antatt at passive systemer er symmetriske i dypet. Men de nye bildene viser et svært asymmetrisk system – platen øst for ryggen er mye tykkere enn platen vest for ryggen.
Likevel mener forskerne at Mohnryggen kan være et passivt system.
– Teorien om at asymmetri indikerer et dynamisk system passer dårlig for Grønlandshavet, og vi foreslår at dette like godt kan skyldes asymmetriske platebevegelser.
Den østlige platen beveger seg sydover, mens den vestlige platen beveger seg i vestlig retning. En slik modell kan også forklare asymmetrien.
Bildet viser skorpen og mantelen ned til 120 kilometers dyp. Fargene indikerer resistivitet, og varme bergarter som også inneholder litt smelte har typisk lavere resistivitet enn tørre og kalde bergarter. Saltvann som sirkulerer under havbunnen bidrar til lav resistivitet i grunne områder. På bildet ser vi hvordan de delvis smeltede mantelbergartene beveger seg oppover mot overflaten under Mohnsryggen. Illustrasjon: Johansen et al., 2019. Nature.
Unik kombinasjon
Den unike kombinasjonen av aktiv- (CSEM, controlled source electro-magnetics) og passiv kilde (MT, magnetotellurics) har gitt bilder av høy kvalitet som går dypere enn hva som tidligere har blitt gjort.
– Ved CSEM-undersøkelser bruker vi en aktiv EM kilde som taues etter båten. Mottagerantenner plassert på havbunnen registrerer signalet som returnerer fra dypet.
Etter å ha målt CSEM-signalene, skrudde forskerne av den aktive kilden og ventet. Svake signaler fra naturlig kilder ble så registrert av antennene (MT-teknikk).
De naturlige elektromagnetiske signalene har sin opprinnelse fra strømmer høyt oppe i ionosfæren. Denne energien er lavfrekvent, og kan dermed trenge dypt ned i havet og i berggrunnen.
