Anja Røyne

Fysiker


Legg igjen en kommentar

Konferanseliv = fulltidsnerding

20130825-220558.jpgI dag snek jeg meg ut før barna hadde stått opp og reiste avgårde til Firenze. Her skal jeg være neddykket i geokjemi i en hel uke.

20130825-220459.jpg

Forvitret peridotitt i søyle på en ellers fin bygning

Konferansen starter egentlig ikke før i morgen så jeg hadde muligheten til å slappe av litt da jeg kom fram. Jeg ruslet meg en tur i byen og så mange fine bygninger. En av dem var bygget av hvit, før og grønn stein og det stod mange turister rundt og tok bilde av den.

Jeg benyttet sjansen til å lete etter noe forvitret bygningsstein som jeg kunne ta bilde av til presentasjonen min. Som jeg stod der og stirret intenst på det styggeste hjørnet av bygningen, overhørte jeg noen amerikanere ved siden av meg som diskuterte hva slags peridotitt den grønne steinen kunne være.

Ikke bare meg som er på konferanse, nei.

Senere fikk jeg med meg slutten av en bli kjent-happening (ost, vin og tre tusen mennesker som mingler) i konferanselokalet. Jeg rakk å føle meg helt og totalt lost før jeg faktisk traff noen jeg kjente. Disse fikk jeg med meg på å spise pizza ute på en fortausrestaurant – akk, for et liv.

20130825-220523.jpg

Olli tar i bruk serviett og glass for å forklare modellen sin. Om det ikke er opplagt: Glassene er olivin, serviettene er talk med nano-oliviner, og han viser med fingrene hvor vannet flytter seg.

Pizzaspisingen ble akkompagnert av en detaljert forklaring om selv-lokaliserende porositetsgenererende reaksjoner som finner sted når serpentin dehydrerer til olivin via talk i subduksjonssoner.

Jess! Det er ikke ofte jeg bruker og hører så mange vanskelige ord i løpet av en middag. Jeg tror ikke så mye mer enn ti personer i verden forstår alt dette her.

(Her er kortversjonen: Midt i havet kommer lava opp fra jordas indre og størkner. Steinene som først blir dannet reagerer etterhvert med vann og det dannes krystaller som inneholder hydrogen og oksygen. Siden man dytter inn ekstra molekyler, vokser steinen. Nå går det noen millioner år, og plutselig befinner den samme steinen seg et sted der havbunnen kræsjer med et kontinent. På stillehavssiden av Sør-Amerika, for eksempel. Havbunnen dyttes ned under kontinentet og nedover i jordas indre. Når den har blitt dyttet tilstrekkelig langt ned, er trykket blitt så stort at vannet ikke greier å holde seg inne i steinen lenger. Da blir det dannet flytende vann og man får tilbake den steinen man startet med, sånn omtrent. Men dette vannet som dannes inne i steinen inne i jorda må jo komme seg ut på en eller annen måte. Olli og Timm forklarte meg i dag at de har funnet de kanalene som dannes inne i steinen når dette skjer. Vannet kommer seg ut gjennom disse kanalene. Enkelt og greit.)


Legg igjen en kommentar

Sandkasselek for voksne

Denne helgen har jeg altså brukt til å legge heller i hagen. Jeg foreslo egentlig at vi skulle ha de hellene fordi jeg trodde det bare var å dra jord utover, slenge ut noen heller og strø gressfrø over det hele. Nå forstår jeg at det innebærer spaing av flere tonn sand og løfting av inmari tung stein. Men fint blir det, og jeg har innsett at sand er ganske fascinerende greier.

Innerst ved husveggen hadde vi en ganske stor grøft fylt med leca. Det er visst noe man gjør for å unngå vann i kjelleren. Hulrommene mellom lecaekulene er nemlig så store at vannet ikke greier å holde seg fast i dem, men renner rett ned og bort til naboen (jeg tror det er planen). Vi måtte ta bort trappa inn til huset, så for å komme ut i hagen måtte man ta et stort skritt ned og rett i denne lecagrøfta. Når du tråkker på leca så sklir kulene mot hverandre og ut til siden så du synker ned. Omtrent som å hoppe i ballrommet på IKEA men du blir mye mer møkkete og irritert.

Så var altså spørsmålet hvordan vi skulle legge heller, til å gå på, oppå all denne lecaen. Vi bestemte oss for å dekke kulene med en fiberduk. Oppå der la vi et lag med sand som vi tråkket til.

Her er den fascinerende biten: En halv meter bred grøft med kuler som ikke kan holde noe som helst oppå, en tynn duk og en tommelfingerbredde med hardpakket fuktig sand – det blir forbausende stabilt! Plutselig kunne vi spasere omkring oppå grøfta og det føltes som et fast gulv. Er ikke det egentlig veldig rart?

Alle har lekt i sandkassa som barn, men en del av erfaringene er vel gått i glemmeboka. For å oppsummere: Tørr sand går det ikke an å bygge med, det renner bare ned. Klissvåt sand går det heller ikke an å bygge med, det blir bare som våt rennete gjørme. Fuktig sand, derimot, kan du bygge de mest fantastiske byggverk med.

Når sanda er fuktig er det både vann og luft mellom sandkornene. Sandkorn har overflater som er veldig glade i vann. Som jeg har snakket om før, så kan vann like veldig godt å klamre seg til for eksempel glass (som jo er laget av sand), men vannet er veldig lite glad i å ha en overflate rett ut mot lufta.

Når to sandkorn er veldig nær hverandre, får vannet muligheten til å lage en liten dråpe mellom disse to kornene. Dråpen har veldig mye overflate mot sand, og bare litt mot luft, og er derfor fornøyd med tilværelsen. Vannet lager det man kaller en kapillærbru mellom de to sandkornene. Om du prøver å dra disse kornene fra hverandre, strekkes vanndråpen og den får mer og mer overflate mot luft. Det vil den ikke! Derfor vil vanndråpen prøve å dra sandkornene tilbake mot hverandre. Vanndråpen virker omtrent som en liten strikk som er limt fast mellom de to sandkornene. Om man drar hardt nok, ryker strikken (dråpen) og kornene kan bevege seg fritt i forhold til hverandre igjen. I fuktig sand sitter de fleste av sandkornene fast i flere andre med slike vanndråpestrikker. Det er derfor man kan bygge sandslott med overheng og det hele uten at det raser sammen. Dersom jeg skulle ha greid å bøye fiberduken og det tynne sandlaget ned i lecagrøfta da jeg tråkket på den, måtte jeg ha dratt mange sandkorn fra hverandre. Kraften fra alle de bittesmå vanndråpene gjorde at det ikke skjedde.

Når sanda er veldig tørr er det nesten ingen kapillærbruer til å holde fast sandkornene, slik at de er frie til å bevege seg i forhold til hverandre. På mange måter oppfører tørr sand seg omtrent som vann, der man kan tenke seg at sandkornene spiller rollen til vannmolekylene. Den vil for eksempel stort sett renne nedover. En forskjell på tørr sand og vann er at siden sandkornene ikke er spesielt gode venner, de bryr seg altså ikke om de er ved siden av et annet sandkorn eller ikke, så blir ikke de kornene som sitter i utkanten ulykkelige. Derfor er det ikke sånn at sanda gjør det den kan for å unngå å få for stor overflate, slik som vann gjør det.

En annen forskjell er den at det er friksjon mellom sandkornene. Når sanda renner ned så får man ikke en helt rett overflate, men det dannes en haug. Desto mer kantete sandkornene er, desto lettere det er for dem å huke seg fast i hverandre, og desto brattere kan denne haugen bli. Det blir også en del luft imellom kornene i haugen. Om man dunker, tramper eller rister på sanda, får sandkornene hjelp til å rive seg løs fra naboene og hoppe videre nedover til de til slutt ligger så tett som de kan komme, med en plan overflate. Da har de på en måte nådd sitt nullpunkt og vil ikke flytte seg noe mer uten at noen kommer og løfter dem opp. Da vi skulle legge stein, var det viktig at sanda under fikk finne sitt nullpunkt før steinen ble lagt ut. Ellers ville den med tid og stunder greie å komme seg dit og så ville steindekket vårt blitt ugjevnt. Derfor leide vi en såkalt hoppetusse (fint navn), en tung sak med plate under og motor oppå som får den til å hoppe rundt omkring på sanda. Det bråkte og førte forhåpentligvis til at steinene våre ligger der de ligger i mange år.

I kliss våt sand er det heller ingen kapillærbruer, for her er det jo vann over alt og ingen plagsomme overflater mellom vann og luft. Derfor er våt sand like håpløs som tørr sand når det gjelder sandslottbygging.

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård (fint skal det være).

Lecakuler, sand (strengt tatt heter det subbus når den har så store korn i seg) og betongheller av typen Herregård.


Legg igjen en kommentar

Krøllete stein

Jeg er heldig som jobber sammen med geologer, for de har lært meg mye som gjør hverdagen mer interessant. Det er jo alltids stein å se på. Se på denne, for eksempel:
20130715-122357.jpg
Fantastisk! Alle stripene i steinen har blitt helt krøllete! Små bølger og store bølger og forskjellige retninger. Også stein som er så hardt. Her må det ha hendt noe stort.

Det er godt jeg har forskere noen kontorer bortenfor som jobber hardt med å forstå hvordan folding av stein foregår.

Hovedprinsippet bak foldingen er ganske greit å forstå. Jordskorpa består av forskjellige plater som beveger seg i ulike retninger. Noen ganger kolliderer to kontinenter med hverandre. Om to biler frontkolliderer i stor hastighet, vil stålplatene i bilen krølle seg sammen. Kontinenter beveger seg ikke fort, men til gjengjeld er de fryktelig store og tunge. Derfor vil de folde seg når de støter sammen, slik som bilene.

Fjellene i Himalaya er svimlende høye fordi India kræsjer med Eurasia. Akkurat nå. De norske fjellene var kanskje enda høyere en gang, da Grønland og Norge kolliderte. Nå har vi bare restene igjen.

På kjøkkenet har jeg en svamp til å vaske med. Den er stripete. Om jeg klemmer sammen svampen i lengderetningen, vil den bøye seg – og alle stripene bøyer seg sammen. De svinger seg ved siden av hverandre som kjørefeltene på en amerikansk motorvei.

Før Grønland kom og dultet til Norge, lå nok de hvite og svarte lagene i denne steinen pent og rett over hverandre. Nå er de krøllet hit og dit. Den stripete steinen har altså ikke bøyd seg på samme måte som svampen min. Hvordan skjedde dette?

Geologer er vant til å tenke på ting som skjer over veldig, veldig lang tid, og om du bare har god nok tid, så er stein flytende. Det er jo flere andre ting som trenger litt tid på seg til å flyte. Honning kan trenge alt for lang tid til å dryppe av skjea og ned i teen. Vann, derimot, renner som bare det. Matolje ligger et sted i mellom.

Tenk deg at du har et lag med noe som er veldig treigtflytende inne i en blokk av noe annet som flyter lettere, og klemmer hele blokken sammen. Det treige laget i midten får kanskje ikke tid til å flyte, slik at det bøyer seg som en plate, mens stoffet som omgir det flyter unna for å gi plass. Det er dette som har skjedd i steinen. De fine mønstrene blir til fordi de forskjellige lagene har litt forskjellige egenskaper.

Siden stein er så treigtflytende at det kan ta tusener av år å få den til å gjøre noe som helst, er det ikke så lett å vite hvor treigtflytende den faktisk er, eller å gjøre eksperimenter for å se hva slags foldemønstre man kan få av forskjellig typer stein. Derfor lager geologkollegene mine liksomsteiner på datamaskinene sine, og ser på hva slags mønstre man kan få ut i fra forskjellige sammensetninger og dyttehastigheter. Målet er å kunne forstå litt mer av hva de fine steinene har å fortelle oss om jordas historie.

(Om du vil stirre mer på den fine steinen på bildet, finner du den i en mur på Kronprinsesse Märthas plass like ved Rådhuset i Oslo.)

*****************************
Rettelse: Jeg vet ikke om steinen på bildet var involvert i kollisjonen mellom Norge og Grønland! Jeg hadde egentlig en annen stein i tankene (fra Jotunheimen), men byttet bilde i siste liten fordi jeg ikke var så fornøyd med kvaliteten på det jeg hadde. Så endte jeg opp med denne bygningssteinen som kan være fra hvor som helst. Fryktelig uvitenskapelig, selvfølgelig!


4 kommentarer

Stephen Taber og telehivmysteriet

Det skjer hvert år: Våren kommer, og avisene skriver om nye veiprosjekter som er ødelagt av telehiv.

Når vann fryser til is nede i bakken blir noen gang overflaten presset oppover, og det er dette vi kaller telehiv. Gjengs oppfatning er at dette skjer fordi at vann utvider seg når det fryser, sånn som vi kan oppleve om vi legger en full flaske i fryseboksen og den sprekker.

Men, hold dere fast: Dette er (nesten aldri) årsaken til telehiv! Flaska i fryseboksen sprenger ikke om du ikke har satt på korken. Vannet nede i jorda er heller ikke spesielt innestengt. Når det fryser og utvider seg, kan det vannet som blir til overs dyttes nedover i jorda. Dessuten så utvider vannet seg med ni prosent når det fryser, mens «hivet» som forårsakes av telen kan bli mye større enn dette skulle tilsi.

For å rette opp i denne misforståelsen kommer nå et innlegg i kategorien Gammel Forskning.

Stephen Taber II

Stephen Taber II

For 101 år siden, i 1912, fikk den unge Dr. Stephen Taber II stillingen som professor ved institutt for geologi og mineralogi ved universitetet i South Carolina. Siden han var eneste professor ved instituttet kunne han gjøre omtrent som han ville.

Stephen Taber hadde lagt merke til tidligere forskning som så ut til å vise at is var i stand til å løfte opp overflaten mye mer enn de ni prosentene utvidelse skulle tilsi. Han var forbløffet over at dette ikke hadde vagt mer oppsikt, og fikk lyst til å studere dette i mer detalj. De første, lovende eksperimentene fikk han gjort noen kalde netter vinteren 1914-1915. Det var imidlertid vanskelig å være avhengig av været for å gjøre eksperimenter, så han la studiet på hylla for noen år. Gjennombruddet kom i 1927. Som han skriver i artikkelen sin:

«In March, 1927, a suitable low-temperature apparatus was placed at my disposal by Mr. E.W. Allen,  district manager of the Frigidaire Corporation, and I began an investigation to determine the factors involved in excessive and differential frost heaving.»

Professoren lagde sylindere av papp, som han dyttet fulle av leire. På innsiden av pappen hadde han smurt parafin så de skulle være vanntette. De var åpne i bunn, og han plasserte dem på et lag med sand nederst i fryseboksen. Så helte han på vann så både leiren av sanda ble helt gjennomvåte. Plassen mellom sylindrene fylte han med tørr sand. Siden kjøleelementene i fryseboksen var på toppen, ville dette være ganske likt sånn som det er i virkeligheten når jord fryser. Da er det jo også kaldest øverst.

Tabers eksperimenter, kopiert fra artikkelen hans fra 1929.

Tabers eksperimenter, kopiert fra artikkelen hans fra 1929.

Øverst på sylindrene plasserte han forskjellige lodd: av tre, av jern eller begge deler. Det gjorde han fordi han lurte på både hvor mye vekten på toppen ville ha å si, og hva som ville være effekten av temperaturen på toppen av sylinderen. Treloddet er selvfølgelig lettest, mens metall leder varme bedre, så sylinderen med bare jernloddet vil være kaldest oppå.

Hva skjedde?

Alle loddene ble løftet oppover. Det som ble løftet aller mest var ikke det lette treloddet, men det tunge jernloddet! Det betyr at det ikke er vekten, men temperaturen som har mest å si. Jernet klarer å flytte bort mer av varmen fra vannet, så det greier å danne mer is. Med et trelodd oppå får varmen mye motstand for å komme seg bort, og det bremser på frysingen. Det som løftet seg minst var kombinasjonen tre + jern. Her er det vanskelig å få bort varmen, og i tillegg er det en stor vekt som må løftes opp. Det betyr altså at vekten også har noe å si.

Taber noterte også hvor mye loddene ble løftet i forhold til hvor langt ned sylindrene hadde fryst (ratio of uplift to depth of freezing). Om det bare var vannet som satt der fra før som hadde blitt til is, så burde dette bli omtrent ni prosent, eller 0,09. Det han målte var mye mer, rundt 40 prosent.

Det betyr at vann har flyttet seg fra et annet sted og til der hvor isen ble dannet. Det eneste vannet som var tilgjengelig var i den varmere delen av sylinderen under isen, og i sanden nedenfor. Fryseprosessen har altså trukket vannet oppover!

Det minner vel litt om disse trærne jeg snakket om? Helt riktig, vi er tilbake til kapillærkrefter og overflater. Leire (og silt, som bare er litt mer grovkornet) består av bittesmå mineralkorn, med overflater som elsker vann. Siden plassen mellom kornene er så liten, er det vanskelig for vannet både å lage bobler og å fryse til is. Derfor kan temperaturen komme godt under null før vannet begynner å fryse.

Selv om noe av vannet har frosset til is, er ikke mineraloverflatene spesielt lystne på å gi slipp på det flytende vannet sitt. Frosset is og mineraloverflater går nemlig ikke spesielt godt overens. Derfor vil det fortsette å være flytende vann mellom iskrystallen og leirkornene. Når en iskrystall først er dannet, vil det oppstå en liten konflikt: Vannet på isen vil fryse, men isen vil ha et flytende lag rundt seg. Dette gjør at når litt av vannet rundt isen fryser til, skapes et undertrykk som suger vann opp til der hvor det fryser.

Ganske likt det som skjer i trærne. Der brukes litt av vannet opp til fordampning, og nytt vann må suges opp. I jorda brukes noe av vannet opp til å lage is, og nytt vann må suges opp nedenifra.

Dette er også grunnen til at isen ikke er gjevnt fordelt i leira, men legger seg lagvis nedover. Har man først begynt å lage is ett sted er det nemlig mye lettere å fortsette å fryse på den enn å lage ny is et annet sted. Derfor suges vann opp til en islinse til det har blitt kaldt nok et stykke lengre ned til å starte en ny linse der. Taber viser fram et stykke frossen vei han har fått av en kamerat i veibransjen, for å demonstrere at det er det samme som skjer i virkelig telehiv:

Frossen veibit, 1929.

Frossen veibit, 1929.

Noen ganger kan sugekreftene i vann som fryser føre til ganske enorme formasjoner, som disse pingoene.

(om noen vil lese mer, ligger Tabers originale artikkel her)


1 kommentar

Forvitring: Hvordan lage runde kampesteiner av hardt fjell

Noe av det jeg har gjort i løpet av doktorgraden min er å studere hvordan stein forvitrer.

Spennende! Det er sant!

Spesielt når man kan reise på feltarbeid i Sør-Afrika. Dette er et av mange steder i verden hvor man kan studere sfæroidalforvitring, også kalt løkforvitring:

Her ser vi min veileder Bjørn som går løs på forvitret stein med geologhammer.

Her ser vi min veileder Bjørn som går løs på forvitret stein med geologhammer.

Det du trenger for å lage runde steiner av hardt fjell er:

1. Mye tid. Det har man stort sett i geologien, så vi bryr oss ikke mer om den ingrediensen.

2. En eller flere bestanddeler i steinen som er sånn at de helst skulle ha tatt litt mer plass, om de fikk sjansen, når de er på jordoverflaten.

3. Vann. Vann er alltid kjempeviktig. Vann er fantastisk. Ingenting fungerer uten vann. I dette tilfellet er det vannet som gjør det mulig for de frustrerte mineralene i steinen å reagere og utvide seg.

Vannet kommer inn i steinen gjennom ørsmå sprekker og åpninger. Det går greit siden vi har så god tid på oss. Når mineralene begynner å reagere med vannet og ta mer plass, utvider steinen seg. Men det er det jo egentlig ikke plass til! Stein er ikke særlig mykt. Den har det ikke med å bøye seg unna om noe inni den plutselig trenger mer plass. Derfor bygger det seg opp store spenninger i steinen, og så….

sprekker den! Det ytterste laget av steinen, der vannet har greid å komme inn og reagere, sprekker av som et løkskall. Så kan vannet krype inn på undersiden av løkskallet og jobbe med neste lag av steinen, helt til det samme skjer en gang til.

Litt etter litt blir steinblokken mindre og mindre og rundere og rundere.

Det vi la merke til i Sør-Afrika, som ingen riktig hadde lagt merke til før oss, var at denne avskallingen ikke er det eneste som skjer. Noen ganger knekker steinblokken tvers over på midten og så har man to løker istedenfor en.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.

En gang var dette en stor stein, som delte seg opp og ble til fire små. Nå har de blitt helt runde. Geologhammeren viser at det er et skikkelig geologibilde, og om man vet hvor stor en sånn hammer er forstår man med en gang hvor store steinene er.[/caption]

Da vi kom hjem til Norge måtte vi tenke lenge på hvordan det ble sånn at steinene knakk på midten. Da vi trodde vi forstod det, prøvde vi å få det samme til å skje på datamaskinen. Det gjorde det. Godt tegn.

Her ser vi forvitring av en firkantet, blå stein på datamaskinen. Den sprekker og sprekker, og til slutt er det nesten ingenting igjen.

Her ser vi forvitring av en firkantet, blå stein på datamaskinen. Den sprekker og sprekker, og til slutt er det nesten ingenting igjen.