Ένα ρολόι στους βράχους

Τι μας λένε οι κοσμικές ακτίνες για τη μεταβαλλόμενη επιφάνεια και το κλίμα της Γης.

Πόσο συχνά καταρρέουν τα βουνά, εκρήγνυνται ηφαίστεια ή λιώνουν οι πάγοι;

Για τους επιστήμονες της Γης, αυτά είναι σημαντικά ερωτήματα καθώς προσπαθούμε να βελτιώσουμε τις προβλέψεις για να προετοιμάσουμε τις κοινότητες για επικίνδυνα συμβάντα στο μέλλον.

Βασιζόμαστε σε μετρήσεις οργάνων, αλλά τέτοιες εγγραφές είναι συχνά σύντομες. Για να τα επεκτείνουμε, χρησιμοποιούμε γεωλογικά αρχεία. Και στο επίκεντρο αυτής της έρευνας βρίσκεται η γεωχρονολογία -μια εργαλειοθήκη μεθόδων γεωλογικής χρονολόγησης που μας επιτρέπουν να εκχωρούμε απόλυτες ηλικίες στους βράχους.

Τα τελευταία χρόνια, χρησιμοποιούμε μια τεχνική αιχμής γνωστή ως κοσμογονική επιφανειακή χρονολόγηση έκθεσης, η οποία μας επιτρέπει να ποσοτικοποιήσουμε το χρόνο που ένας βράχος έχει περάσει στην επιφάνεια, εκτεθειμένος σε σήματα από το διάστημα.

Χρησιμοποιώντας τις κοσμικές ακτίνες ως ρολόι

Η Γη βομβαρδίζεται συνεχώς από φορτισμένα σωματίδια υψηλής ενέργειας, γνωστά ως κοσμικές ακτίνες, που προέρχονται από τα βάθη του γαλαξία μας. Τα περισσότερα αναχαιτίζονται από το μαγνητικό πεδίο και την ατμόσφαιρα της Γης. Αλλά μερικά είναι αρκετά ενεργητικά για να φτάσουν στην επιφάνεια της Γης.

Κατά την πρόσκρουση, διασπούν άτομα κοινών στοιχείων στον φλοιό της Γης, όπως το πυρίτιο και το οξυγόνο, για να δημιουργήσουν νέα σπάνια στοιχεία γνωστά ως κοσμογονικά νουκλείδια.

Η παρουσία κοσμογονικών νουκλεϊδίων σε πετρώματα και ιζήματα στην επιφάνεια της Γης είναι σαφής δείκτης της ατμοσφαιρικής έκθεσης. Η αφθονία τους μας λέει πόσο καιρό έχει εκτεθεί ο βράχος.

Οι κοσμικές ακτίνες ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά στις αρχές του 1900, αλλά χρειάστηκε σχεδόν ένας αιώνας μέχρι να γίνουν διαθέσιμοι επαρκώς ευαίσθητοι επιταχυντές σωματιδίων για να μετρήσουν με ακρίβεια τον μικρό αριθμό σπάνιων ατόμων που παράγονται όταν χτύπησαν τη Γη.

Σήμερα, η χρονολόγηση της κοσμογονικής έκθεσης στην επιφάνεια αντιπροσωπεύει μια κύρια τεχνική για τον ποσοτικό προσδιορισμό των ρυθμών και των ημερομηνιών πολλών διεργασιών στην επιφάνεια της Γης.

Συγχρονισμός κατάρρευσης βουνού

Στο νοτιοανατολικό Fiordland, η κατολίσθηση της Green Lake είναι μια από τις μεγαλύτερες κατολισθήσεις στη Γη. Το μεγάλο του μέγεθος είναι ιδιαίτερα ασυνήθιστο δεδομένου του σχετικά μικρού αναστήματος των βουνών από τα οποία προήλθε.

Προηγούμενη έρευνα έδειξε ότι η κατολίσθηση προκλήθηκε από την υποχώρηση ενός μεγάλου παγετώνα που παλαιότερα στήριζε την πλαγιά του βουνού.

Δεδομένης της συνεχιζόμενης υποχώρησης των παγετώνων σήμερα, προσπαθήσαμε να δοκιμάσουμε αυτή την υπόθεση συλλέγοντας ογκόλιθους στην επιφάνεια της κατολίσθησης της Πράσινης Λίμνης. Αυτοί οι βράχοι είχαν προηγουμένως θωρακιστεί από τις κοσμικές ακτίνες στο εσωτερικό του βουνού προτού εκτεθούν από την κατολίσθηση.

Οι μετρήσεις μας απέδωσαν ηλικία έκθεσης περίπου 15.500 ετών, η οποία χρονολογείται μετά το τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων στις Νότιες Άλπεις κατά 3.000 έως 4.000 χρόνια. Από αυτό το αποτέλεσμα, συμπεραίνουμε ότι η αποπαγετοποίηση είναι απίθανο να ήταν η κύρια αιτία αυτής της θεαματικής κατάρρευσης του βουνού. Αντίθετα, τα ευρήματά μας υποδεικνύουν έναν εξαιρετικά μεγάλο σεισμό ως το πιο πιθανό έναυσμα.

Πόσο συχνά τα ηφαίστεια εκπέμπουν λάβα;

Διάχυτες (που παράγουν λάβα) ηφαιστειακές εκρήξεις έχουν δημιουργήσει τον μεγάλο κώνο του όρους Ruapehu, το υψηλότερο βουνό στο Βόρειο Νησί.

Παρά τα ορισμένα εκρηκτικά επεισόδια κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα, δεν υπάρχουν παρατηρήσεις για εκρήξεις που παράγουν ροές λάβας. Μελλοντικά γεγονότα διάχυσης θα μπορούσαν να αναδιαμορφώσουν θεμελιωδώς τον ηφαιστειακό κώνο, με πιθανές επιπτώσεις για την τοπική υποδομή.

Πόσο συχνά όμως συμβαίνουν τέτοιες εκρήξεις;

Με την υποστήριξη της εθνικής επιστημονικής πρόκλησης Resilience to Nature, δοκιμάσαμε εάν η κοσμογονική χρονολόγηση θα μπορούσε να μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε τα διαστήματα επανάληψης των εκρήξεων που παράγουν λάβα στο όρος Ruapehu τα τελευταία 20.000 χρόνια.

Βρήκαμε τη λάβα που εκτοξεύτηκε στο βουνό σε συστάδες εκρηκτικής δραστηριότητας που θα μπορούσαν να διαρκέσουν για χιλιετίες. Τα κοσμογονικά δεδομένα παρείχαν επίσης πιο ακριβείς ημερομηνίες για πρόσφατες προϊστορικές εκρήξεις, σε σύγκριση με εκείνες που παράγονται από άλλες κοινές τεχνικές ηφαιστειακής χρονολόγησης, όπως οι παλαιομαγνητικές και ραδιομετρικές μέθοδοι.

Παρακολούθηση της τήξης του πάγου

Πριν από τις μετρήσεις κοσμογονικών νουκλεϊδίων, οι γεωλόγοι των παγετώνων που προσπαθούσαν να προσδιορίσουν την ηλικία των ιζημάτων βασίστηκαν σε τυχαίες ανακαλύψεις απολιθωμένου φυτικού υλικού για χρονολόγηση με ραδιενεργό άνθρακα. Σε αλπικές και πολικές περιοχές, όπου βρίσκονται οι περισσότεροι παγετώνες, τέτοια ύλη είναι σπάνια διαθέσιμη.

Τα κοσμογονικά νουκλεΐδια λύνουν αυτό το πρόβλημα καθώς οι παγετώνες εξορύσσουν πετρώματα από τη βάση τους και τα μεταφέρουν στην επιφάνεια όπου στηρίζονται σε πλαγιές λόφων και μορέννες και αρχίζουν να συσσωρεύουν το κοσμικό τους σήμα.

Με την υποστήριξη της Επιστημονικής Πλατφόρμας Ανταρκτικής της Νέας Ζηλανδίας, εφαρμόσαμε αυτήν την τεχνική για να ανακατασκευάσουμε την πρόσφατη εξέλιξη του παγετώνα Μπερντ — μια μεγάλη έξοδο του Πάγου της Ανατολικής Ανταρκτικής.

Οι παγετώδεις κροκάλες, που μεταφέρθηκαν από το εσωτερικό της Ανταρκτικής και εναποτέθηκαν σε πλαγιές λόφων εκατέρωθεν του ρέοντος παγετώνα, παρακολουθούν πόσο ψηλά ήταν ο παγετώνας στο παρελθόν.

Η μελέτη μας δείχνει ότι ο παγετώνας αραίωσε κατά τουλάχιστον 200 μέτρα πριν από περίπου 7.000 χρόνια κατά τη διάρκεια ενός διαστήματος σχετικής παγκόσμιας κλιματικής σταθερότητας. Αυτά τα αποτελέσματα παρέχουν σπάνιες τρισδιάστατες πληροφορίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αξιολόγηση μοντέλων υπολογιστών που χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση της αλλαγής του παρελθόντος, του παρόντος και του μελλοντικού φύλλου πάγου.

Η άνοδος της στάθμης της θάλασσας είναι μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει ο πολιτισμός αυτόν τον αιώνα. Ωστόσο, η αβέβαιη ανταπόκριση των στρωμάτων πάγου στην κλιματική αλλαγή δυσχεραίνει επί του παρόντος τις προβλέψεις.

Οι ειδικοί στα κοσμογονικά νουκλεΐδια προσπαθούν τώρα φιλόδοξα να ανακτήσουν δείγματα πετρωμάτων από κάτω από ευαίσθητα τμήματα των σημερινών στρωμάτων πάγου. Η δοκιμή τους για κοσμικά σήματα θα δώσει σημαντικές γνώσεις σχετικά με τις δυνατότητες μελλοντικής τήξης των φύλλων πάγου.

Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα The Conversation 

https://theconversation.com/a-clock-in-the-rocks-what-cosmic-rays-tell-us-about-earths-changing-surface-and-climate-228094