Geovetenskap

Den geovetenskapliga forskningen med forskningsutrutningen på Onsala rymdobservatorium handlar till stor del om att mäta olika saker som har med jorden att göra. Här visar vi tre exempel på forskningsresultat. Det finns också annan forskning, t.ex. om tyngdkraftsvariationer orsakade av t.ex. jordskalv, hur jordens rotationshastighet och rotationsaxel varierar i tiden, mängden ozon och kolmonoxid i jordens atmosfär, och förändringar i havsnivån.

Hur rör sig jordens tektoniska plattor?

Jordens yttre lager är uppdelad i ett antal s.k. tektoniska plattor ("kontinentalplattor") som rör sig p.g.a. krafter från jordens inre. När två plattor krockar kan en bergskedja bildas, som t.ex. Himalaya. Jordskalv är vanliga i gränsområdena mellan plattorna. Men hur fort rör sig plattorna? Enligt geologiska modeller handlar det bara om om någon centimeter per år. Hur kan man mäta det?

Onsala rymdobservatorium samarbetar i ett internationellt nätverk av radioteleskop. Under ett dygn observerar radioteleskop i olika länder samtidigt samma avlägsna radiokällor på himlen. Genom att jämföra radiosignalerna som de olika teleskopen mätt upp kan man bestämma teleskopens relativa positioner på millimeternivå. Mätningarna upprepas många gånger per år och under många år. Till slut går det att se hur fort platserna där teleskopen står rör sig i förhållande till varandra. Tekniken kallas geodetisk VLBI (Very Long Baseline Interferometry, VLBI).

VLBI-mätningar av avståndet mellan Onsala och Westfordobservatoriet på USA:s östkust under drygt 25 år visar att de två platserna glider isär med en hastighet av 16,5 mm/år. Geologiska modeller, baserade på åldersbestämning av havsbotten på olika avstånd till den mittatlantiska ryggen, ger värdet 17,6 mm/år. Förbättrade observationsmetoder har lett till minskad osäkerhet i mätningarna, vilket syns tydligt i figuren till höger.

 

 

 

Landhöjningen i Skandinavien

I slutet av den senaste istiden täcktes Norden av ett på sina ställen flera kilometer tjockt istäcke. Tyngden av isen pressade ner jordskorpan och tryckte materialet i jordmanteln åt sidan. När isen smälte för ca 10 000 år sedan började jordskorpan återhämta sig och materialet i jordmanteln flyta tillbaka. Den här landhöjningen pågår fortfarande, om än lite långsammare än just efter att isen smält. Störst är den i Norrland, där den kan uppgå till mer än en meter på 100 år.

Med hjälp av tecken i naturen går det att avgöra ungefär hur snabbt landet höjer sig i förhållande till havsytan. För att förstå de geofysikaliska processerna är det viktigt att direkt mäta landhöjningen oberoende av havsnivån, som kanske också ändras. Det kan göras med hjälp av navigationssatelliter, s.k. Global Navigation Satellite Systems (GNSS), t.ex. GPS. I Sverige finns ett nät av GPS-mottagare (varav en i Onsala), initierat och driftsatt av Chalmers och Lantmäteriet. Resultaten visar bl.a. att i Onsalatrakten är landhöjningen ca 2 mm/år. Samtidigt finns det horisontella rörelser på ungefär 1 mm/år, eftersom landhöjningen också gör att jordskorpan töjer sig horisontellt.

Ett varmare klimat kan leda till att havsytan höjs. För att kunna separera två helt olika mekanismer, som bägge påverkar kustlinjen, är det därför viktigt att kunna mäta landhöjningen oberoende av havsnivån.

Landhöjningen i Skandinavien (Bild: H.G. Scherneck, Chalmers)

 

Klimatforskning

Jordens atmosfär innehåller någon procent vattenånga, men halten varierar stort i tid och rum. Vattenånga är en viktig växthusgas och påverkar också vädret. Därför är det viktigt att mäta mängden vattenånga i atmosfären.

Hur mycket vattenånga dit finns i atmosfären ovanför en viss plats kan mätas m.h.a. signaler från navigationssatelliter, s.k. Global Navigation Satellite Systems (GNSS), t.ex. GPS. Eftersom radiosignaler fördröjs lite av vattenånga, kan noggranna analyser av GPS-signaler visa hur mycket vattenånga atmosfären innehåller. Sådana mätningar görs på Onsala rymdobservatorium. Mätningar över långa tidsskalor, 10 år eller mer, kan användas för att övervaka klimatförändringar eller studera klimatmodeller både regionalt och globalt.

Ett annat sätt att studera gaser i jordens atmosfär är att utnyttja s.k. spektrallinjestrålning från olika molekyler. Det är samma teknik som radioastronomer använder för att studera kosmiska gasmoln. På Onsala rymdobservatorium finns mikrovågsradiometrar som mäter bl.a. mängden vattenånga i atmosfären.

Figuren nedan visar hur mängden vattenånga och temperaturen varierat under 14 år vid Onsala rymdobservatorium, uppmätt m.h.a. signaler från navigationssatelliter. Både vattenångan och temperaturen visar en ökande trend.


 

Variationen i mängden vattenånga i atmosfären och temperaturen vid marken vid Onsala rymobservatorium under 14 år, uppmätt m.h.a. signaler från navigationssatelliter. De blå punkterna är observationer varje timma. En modell med en linjär trend (röd linje) och årstidsvariationer (grön kurva) ger en trend för vattenångehalten på 0,5 kg/m2/decennium och för temperaturer på 1,1 °C/decennium. (Bild: T. Ning, Chalmers)​​

Publicerad: fr 10 okt 2014. Ändrad: fr 27 apr 2018