Et ur i klipperne:Hvad kosmiske stråler fortæller os om Jordens skiftende overflade og klima

Hvor ofte kollapser bjerge, vulkaner bryder ud, eller iskapper smelter?

For jordforskere er disse vigtige spørgsmål, da vi forsøger at forbedre fremskrivninger for at forberede samfund på farlige begivenheder i fremtiden.

Vi er afhængige af instrumentelle målinger, men sådanne optegnelser er ofte korte. For at udvide disse bruger vi geologiske arkiver. Og kernen i denne forskning er geokronologi - et værktøjssæt af geologiske dateringsmetoder, der giver os mulighed for at tildele absolutte aldre til klipper.

I de senere år har vi brugt en state-of-the-art teknik kendt som kosmogen overfladeeksponeringsdatering, som giver os mulighed for at kvantificere den tid, en sten har brugt på overfladen, udsat for signaler fra det ydre rum.

Brug af kosmiske stråler som et ur

Jorden bliver konstant bombarderet af højenergiladede partikler, kendt som kosmiske stråler, der kommer fra dybet af vores galakse. De fleste opsnappes af Jordens magnetfelt og atmosfære. Men nogle er tilstrækkeligt energiske til at nå Jordens overflade.

Ved sammenstødet bryder de atomer af almindelige grundstoffer i jordskorpen, såsom silicium og oxygen, for at skabe nye sjældne grundstoffer kendt som kosmogene nuklider.

Tilstedeværelsen af ​​kosmogene nuklider i klipper og sedimenter på jordens overflade er en klar indikator for atmosfærisk eksponering. Deres overflod fortæller os, hvor længe klippen har været blotlagt.

Kosmiske stråler blev først opdaget i begyndelsen af ​​1900-tallet, men det tog næsten et århundrede, før tilstrækkeligt følsomme partikelacceleratorer blev tilgængelige til nøjagtigt at tælle det lille antal sjældne atomer, der blev produceret, da de ramte Jorden.

I dag repræsenterer kosmogen overfladeeksponeringsdatering en primær teknik til at kvantificere hastigheder og datoer for adskillige processer på Jordens overflade.

Timing af bjergkollaps

I det sydøstlige Fiordland er det grønne søskred et af de største jordskred på Jorden. Dens store størrelse er især usædvanlig i betragtning af den relativt lille statur af bjergene, hvorfra den kom.

Tidligere forskning tydede på, at jordskredet var forårsaget af tilbagetrækningen af ​​en stor gletsjer, der tidligere støttede bjergsiden.

I lyset af den igangværende glaciale tilbagetrækning i dag, forsøgte vi at teste denne hypotese ved at indsamle kampesten på overfladen af ​​jordskredet i den grønne sø. Disse klipper var tidligere blevet beskyttet mod kosmiske stråler i bjergets indre, før de blev afsløret af jordskredet.

Vores målinger gav en eksponeringsalder på omkring 15.500 år, som efterdaterer slutningen af ​​den sidste istid i de sydlige alper med 3.000 til 4.000 år. Ud fra dette resultat konkluderer vi, at deglaciation sandsynligvis ikke har været den primære årsag til dette spektakulære bjergkollaps. I stedet peger vores resultater på et ekstremt stort jordskælv som den mere sandsynlige udløser.

Hvor ofte udsender vulkaner lava?

Effusive (lavaproducerende) vulkanudbrud har bygget den store kegle af Mt Ruapehu, det højeste bjerg på Nordøen.

På trods af nogle eksplosive episoder i det 20. århundrede er der ingen observationsregistrering af udbrud, der producerer lavastrømme. Fremtidige overstrømmende begivenheder kan fundamentalt omforme vulkankeglen med potentielle konsekvenser for lokal infrastruktur.

Men hvor ofte sker sådanne udbrud?

Understøttet af Resilience to Nature nationale videnskabelige udfordring testede vi, om kosmogen datering kunne hjælpe os med at bestemme gentagelsesintervaller for lavaproducerende udbrud på Mt Ruapehu gennem de sidste 20.000 år.

Vi fandt bjerget udstødt lava i klynger af eruptiv aktivitet, som kunne vare i årtusinder. De kosmogene data gav også mere præcise datoer for nylige forhistoriske udbrud sammenlignet med dem, der blev produceret af andre almindelige vulkanske dateringsteknikker, såsom palæomagnetiske og radiometriske metoder.

Sporing af smeltning af is

Før kosmogene nuklidmålinger stolede glaciale geologer, der forsøgte at bestemme alderen af ​​sedimenter, på serendipitøse opdagelser af fossilt plantemateriale til radiocarbondatering. I alpine og polare områder, hvor de fleste gletschere er, er sådanne stoffer sjældent tilgængelige.

Kosmogene nuklider løser dette problem, da gletsjere bryder sten fra deres base og transporterer dem til overfladen, hvor de hviler på bakkeskråninger og moræner og begynder at akkumulere deres kosmiske signal.

Med støtte fra New Zealand Antarctic Science Platform har vi anvendt denne teknik til at rekonstruere den seneste udvikling af Byrd Glacier - et stort udløb af det østantarktiske iskappe.

Glaciale brosten, transporteret fra Antarktis indre og aflejret på bjergskråninger på hver side af den strømmende gletsjer, sporer, hvor høj gletscheren var før i tiden.

Vores undersøgelse viser, at gletsjeren blev mindst 200 meter tyndere for omkring 7.000 år siden i løbet af et interval med relativ global klimastabilitet. Disse resultater giver sjældne tredimensionelle oplysninger, der kan bruges til at evaluere computermodeller, der bruges til at simulere tidligere, nuværende og fremtidige indlandsisændringer.

Stigende havniveau er en af ​​de største udfordringer, civilisationen står over for dette århundrede. Indlandsisens usikre reaktion på klimaændringer hæmmer dog i øjeblikket fremskrivninger.

Kosmogene nuklidspecialister forsøger nu ambitiøst at genvinde stenprøver fra under følsomme dele af de nuværende iskapper. At teste dem for kosmiske signaler vil give vigtig indsigt om potentialet for fremtidig smeltning af iskapper.

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.