Jordens overflade udvikler sig konstant i et komplekst samspil mellem klima, biologiske processer og tektonisk aktivitet. Kraftige stigninger i befolkningstal og klimaforandringer medfører langt større ændringer i landskabet – både i jordbund, bjerge, kyster og floder – end vi nogensinde har oplevet før.
Men fordi vi kun ved lidt om, hvordan landskabet har udviklet sig i nyere tid (årtier til titusindvis af år), er det ikke muligt at forudse forandringerne nøjagtigt. Det skal et nyt forskningsprojekt råde bod på. Til det formål har seniorforsker og gruppeleder på DTU Fysik Mayank Jain modtaget et ERC Advanced Grant.
Den største udfordring er, at der ikke i dag findes teknikker, der kan estimere hastigheden af processer på jordens overflade i nyere tid. Det gælder f.eks. bjerghævning, erosion og transport af sedimenter via floder, gletsjere, vind og biologisk aktivitet.
”I bund og grund er landskaber livets motor. Det, der understøtter liv på Jorden, er næringsstoffer, der bevæger sig fra punkt A til punkt B via sedimenter, som transporteres fra f.eks. bjergene til havet eller fra en sten til den jord, der udvikler sig over den. Og det er afgørende, at vi kan finde ud af, hvor hurtigt sedimenterne dannes og fordeler sig,” forklarer Mayank Jain.
Mangel på solide data
For at kunne forstå og forudsige landskabets udvikling i fremtiden skal vi kunne fastslå, hvor hurtigt disse jordprocesser udvikler sig under forskellige geologiske og klimamæssige forhold.
”Vi kan måle jordprocessernes nuværende hastigheder med stor nøjagtighed, men resultaterne er ikke repræsentative for jordoverfladens udvikling på lang sigt. For at få en komplet beskrivelse af landskabets udvikling har vi brug for pålidelige data til at analysere tidsrækker, især over de seneste tidsskalaer. Mit mål er at skaffe den viden ved at udvikle værktøjer, der kan producere disse data,” siger Mayank Jain.
Seniorforskeren har modtaget en bevilling på 3 mio. euro fra Det Europæiske Forskningsråd (ERC) til hans tværfaglige projekt LUMIN (Illuminating charge transport in feldspar to measure rates of Earth surface processes). Midlerne er øremærket forskning, der skal skabe en fysisk og matematisk model, så vi kan fastslå nøjagtigt, hvor hurtigt jordens overflade har udviklet sig i nyere tid.
”Uden en solid kvantitativ metode risikerer vi store bias i vores opfattelse af, hvordan jordens overflade har udviklet sig i den seneste tid. Denne bias kan hæmme vores evne til at forudsige, hvordan vores planet vil reagere på hurtige klimaforandringer og de tiltag, vi sætter i værk for at genoprette miljøet,” siger Mayank Jain.
Den ultimative model
Det fem år lange forskningsprojekt består af to hoveddele.
Den første del går ud på at opnå en dybere fysisk forståelse af, hvordan feldspat, som er det mest almindelige mineral i jordskorpen, indfanger og frigiver elektroner i sit krystal, når det udsættes for radioaktivitet, varme og sollys på dets rejse fra punkt A til B på jordens overflade.
”Selvom der har været forsket på området i 70 år, er detaljerne i processen stadig ukendte, for vi mangler de rette værktøjer til at undersøge elektronerne i mineralet,” forklarer Mayank Jain. Arbejdet vil bygge videre på en banebrydende opdagelse, hans gruppe på DTU Fysik stod bag, som giver forskere mulighed for at kortlægge fordelingen af indfangede elektroner i feldspat. Det kræver udvikling af nye instrumenter.
Den anden del går ud på at udvikle en samlet model for, hvordan elektroner i feldspat indfanges og frigives. En bedre forståelse af elektrontransporten i feldspat vil gøre det muligt for Mayank Jain og hans team at fastsætte en ultimativ model, der med stor nøjagtighed kan beskrive, hvor hurtigt en sten f.eks. omdannes til jord, hvor hurtigt bjerge hæver sig eller hvor hurtigt sediment transporteres fra en flods udspring til havet.
”En sådan model vil fundamentalt redefinere forståelsen af vores planets overflade ved at give os mulighed for at studere dens udvikling gennem de sidste 10 til titusindvis af år,” siger Mayank Jain.
Hvis vi kan forudsige forandringerne i jordens landskaber nøjagtigt, kan vi bruge den viden til at træffe beslutninger om, hvordan vi bruger jorden mest hensigtsmæssigt og håndterer trusler forårsaget af klimaforandringerne.
Modellen vil også gøre det muligt at undersøge ladningstransporten (altså bevægelsen af elektroner) i andre materialer, der udsender lys. Det kan understøtte udviklingen af optimale fotoniske materialer, som kan anvendes inden for sundhed og miljø. Projektet kan endda potentielt hjælpe os med at forstå, hvordan landskabet på Mars har udviklet sig, ved at undersøge prøver, der bliver hentet med tilbage fra planeten.
