Porös dolomitbergart med håligheter som skulle vara idealiska för geotermiskt utnyttjande. Kredit: RUB, Marquard
Stenar genomgår förvandlingar under miljontals år, men de har fortfarande värdefull information om klimatet under deras bildande.
Vätskor som cirkulerar under jorden förändrar gradvis stenar över tiden. Dessa processer måste beaktas vid användning av bergarter som klimatarkiv. Dr Mathias Müller från forskargruppen för sediment- och isotopgeologi vid Ruhr-universitetet i Bochum, Tyskland, har tillsammans med internationella kollegor detaljerat vilken klimatinformation som finns kvar i 380 miljoner år gamla kalkstenar från Hagen-Hohenlimburg.
Dessutom kan hans analyser dra slutsatser om hur lämplig berget idag är för djup geotermisk användning. Resultaten av hans forskning har publicerats i tidskriften Geochimica och Cosmochimica Acta den 1 juli 2024.
Vy över ena sidan av Steltenbergs stenbrott: De olika färgade stenarna är produkter av diagenetiska processer under jorden, som har förändrat den ursprungliga kalkstenen. Kredit: RUB, Marquard
Klimatarkiv i berget
För att få en bättre förståelse för dagens klimat kan det hjälpa att se in i det förflutna. Forskare använder så kallade proxies för detta ändamål: indirekta indikatorer på klimatet i naturliga arkiv som iskärnor, trädringar eller droppstenar. ”Om vi vill lära oss något om klimatet för flera miljoner eller till och med miljarder år sedan, undersöker vi sedimentära bergarter som till och med kan ha lagrat havsvattentemperaturen från hundratals miljoner år sedan”, förklarar Mathias Müller.
Fossiler av koraller och brachiopoder i den gråaktiga Massenkalk-kalkstenen som delvis diagenetiskt omvandlats till ljusbrun dolomitbergart längs en vertikal spricka. Kredit: Mathias Müller
En sak som kan försvåra den här typen av långtgående klimatforskning avsevärt är den efterföljande förändringen av klimatsignaturerna som lagras i dessa bergarter. Denna process kallas diagenes. Den börjar strax efter sedimentavlagring i havsvatten och kan fortsätta till denna dag. ”Mycket gamla stenar begravs vanligtvis till flera kilometers djup”, säger Mathias Müller. ”Förändringar i klimatinformationen orsakas sedan av heta vätskor som cirkulerar på djupet.” Där de kan penetrera berget leder de ofta till omkristallisering eller ny mineraltillväxt i berget. Dessutom, när stenar lyfts från djupet till jordytan påverkas de av vädret. Denna så kallade meteoriska diagenes kan också påverka gammal klimatinformation eller göra den helt värdelös.
Från det grunda havet till bergen
Tillsammans med en internationell forskargrupp rekonstruerade Mathias Müller i detalj vilken klimatinformation från det grunda havet under devonperioden som fortfarande finns lagrad i berget i Hagen-Hohenlimburg-området och genom vilka processer och under vilka förhållanden den sedan har förändrats. Forskarna analyserade många systematiskt insamlade bergprover från Steltenbergs stenbrott med hjälp av petrografiska och geokemiska metoder.
”Vi blev förvånade över att förändringarna i berget gjorde det möjligt för oss att identifiera ett stort antal betydande geologiska händelser, som öppningen av Nordatlanten i Jurassic och början av vikningen och efterföljande höjning av Alperna hundratals kilometer bort sedan sent Krita period”, listar Mathias Müller. Han anser radiometrisk uran-bly-datering vara nyckeln till den kronologiska klassificeringen av de så kallade övertryckningshändelserna som lagras i berget. ”Vi var särskilt glada att under vår forskning upptäcka att klimatinformation från devonperioden fortfarande kan hittas även i kraftigt övertryckta stenar”, betonar forskaren.
Mathias Müller analyserar de förändringar som bergarter har genomgått under miljontals år. Kredit: RUB, Marquard
Från klimatforskning till geotermisk energi
Resultaten av studien är också intressanta när det gäller exploatering av bergarter för djup geotermisk energi, vilket kan vara en bidragande orsak till energiomställningen. Att förutsäga vilka förhållanden som kommer att uppstå i vilka områden av underytan har hittills varit en stor utmaning för forskare. – Särskilt i karbonatbergarter kan diagenetisk övertryck leda till både nederbörds- och upplösningsfenomen i berget, vilket kan ha en dramatisk effekt på den potentiella livskraften för geotermisk energi, säger Mathias Müller.
Resultaten av den aktuella studien tillåter preliminära optimistiska slutsatser om att några av de karakteriserade processerna i den djupare underytan kan ha ökat användbarheten av geotermisk energi. Tillsammans med forskare från Fraunhofer Research Institution for Energy Infrastructures and Geothermal Energy IEG och Geological Survey of North Rhine-Westphalia siktar Mathias Müller för närvarande på att ta reda på vilka implikationer fynden från jordens yta har för tillämpligheten av geotermisk energi på djupet.