Artikkel

Vet endelig hvordan et av naturens underverk ble til

Pamukkale
Disse kalksteinsterrassene står på Unescos verdensarvliste. Foto: Colourbox

Vet endelig hvordan et av naturens underverk ble til

UiO-forskere er de første i verden til å forklare den geologiske prosessen bak kalksteinsdammer som Tyrkias Pamukkale.

Hvis du har vært på ferie i Tyrkia, har du kanskje vært på utflukt til Pamukkale. Disse fantastiske kalksteinsterrassene, og restene etter et romersk spa, står på Unescos verdensarvliste.

Er du av den nysgjerrige sorten, og i tillegg en smule interessert i geologi, har du kanskje også lurt på hvordan dammene ble til. Fysikkprofessor Dag Kristian Dysthe faller i den kategorien, men det var ikke de tyrkiske dammene han fattet interesse for først.

Steinprøve fra Svalbard
Dag K. Dysthe med en steinprøve fra Svalbard. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

— Det startet med at en kollega kom hjem med en steinprøve fra feltarbeid på Svalbard, forteller han.

Verdens nordligste kjente varme kilder, Troll- og Jotunkildene, ligger ved Sverrefjellet, en utdødd vulkan nord på Spitsbergen. Også her har steinen dannet terrasser med dammer. Felles for både Pamukkale og Sverrefjellet er at dammene er laget av kalkstein.

— Hvorfor blir det dammer? Det lurte vi på, og det viste seg at ingen hadde noe godt svar på det, forteller Dysthe. ”Vi” er, i tillegg til Dysthe selv, geologene Bjørn Jamtveit og Øyvind Hammer.

Så hvordan går en fram for å finne ut av det?

Antikt byggemateriale

Først må vi vite litt om kalkstein, nærmere bestemt travertin, som dannes ved utfelling fra kalkrikt vann, særlig ved varme kilder. Travertin er relativt mykt og har vært og er populært som byggemateriale. Både Colosseum i Roma og Sacré-Coeur i Paris er travertin-bygninger.

Kalken, kalsiumkarbonat (CaCO3), er opprinnelig laget av organismer i havet som binder CO2 i skjelettene sine og danner kalkstein.

Noen steder på jorda kommer varmtvann i kontakt med kalksteinen og løser den opp. Når vannet, som nå inneholder kalsiumkarbonat i tillegg til CO2, kommer opp til overflaten og kjøles ned, slippes CO2 ut, og da klarer ikke vannet å holde på kalken lenger.

Vil du ha flere forskningsnyheter om realfag og teknologi? Abonner på vårt ukentlige nyhetsbrev(link is external) eller følg oss på Facebook.

Kalksteinsdammer i Yellowstone
Travertin-kalkstein dannes når varmt vann med oppløst kalk kommer opp i dagen og renner ut over overflaten. Noen steder dannes det terrasser med dammer. Foto: Dag K. Dysthe

Etterhvert som vannet renner ut over jordoverflaten, felles derfor kalken ut og blir til travertin-kalkstein på overflaten.

Så langt er prosessene kjent, men hvorfor dannes det noen steder dammer?

Fascinasjon for mønster

— Det tok oss noen år å finne ut av det, sier Dysthe.

Oftest gjennom nitidig testing av ulike hypoteser, men han hadde også ett «eureka»-øyeblikk: — Jeg gikk omkring på Svalbard og studerte kalksteinsterrassene der, grunnet og funderte. Så satte jeg meg ned på huk og kikket på dammene fra siden – og fikk en skikkelig wow-opplevelse! Uansett størrelse var alle dammene 5 millimeter høye.

Forskerne oppdaget også at det var små dammer inni de store dammene.

Terrasser ved Sverrefjellet
Uansett størrelse på dammene er høyden den samme. Dette er fra Sverrefjellet. Foto: Dag K. Dysthe

— Likt mønster på ulike skalaer. Det elsker vi! sier Dysthe. —Det er både fascinerende og kult. Naturen roper fraktaler, og det er en inngangsport til forståelse.

Etterhvert oppdaget de, blant annet gjennom å studere tverrsnitt av kalksteinsdammer i italienske steinbrudd, at de store dammene dannes ved at de «sluker» de små.

Kantene på dammene vokser raskere enn området oppi dammene. Etterhvert dominerer noen av kantene, og dermed kombineres de små dammene til større.

— Vannet renner fortere over kanten enn inni dammene, så en hypotese var at avsetningen av kalk går fortere når vannet renner fortere, forteller Dysthe.

Han og kollegene gjorde både datasimuleringer og laboratorieeksperimenter og fikk resultater som bekreftet antakelsen: Kalk avsettes raskest der vannet renner raskest.

— Men hvorfor det? Er det ikke logisk at når vannet renner saktere, får mer kalk tid til å avsettes?

— Ja, hvorfor det? Det var det store spørsmålet. Vi testet ut en rekke ulike teorier. Til slutt kom vi fram til at løsningen hadde å gjøre med CO2-innholdet i vannet.

Vannet som strømmer opp fra de varme kildene, slipper fra seg CO2 når det kommer opp. Jo mindre CO2 vannet inneholder, jo mindre kalk kan det også holde på.

Kalksteinsdammer på Blindern
– Ser du etter, kan du finne kalksteinsdammer mange steder, forteller Dag K. Dysthe. Her fant vi noen på Blindern. Foto: Hilde Lynnebakken/UiO

Det viser seg at CO2-innholdet i vannet som strømmer nedover dammene ikke er jevnt fordelt. Siden CO2-gassen fordamper fra vannoverflaten, er CO2-innholdet lavere jo nærmere overflaten du kommer.

Når vannet renner over en kant, er det vann med lavest CO2 som kommer i kontakt med stein, og dermed mer kalkstein som avsettes akkurat her.

— Vi simulerte dette og fikk klaff, forteller Dysthe.

Etter fire år med simulering, grubling og ikke minst mye mikkmakk med eksperimenter i laben, hadde de svaret.

Mistet interessen

— Hvordan var følelsen da?

— Interessen min forsvant idet vi hadde svaret. Det er når det er noe jeg ikke forstår, at jeg er mest fascinert. Jeg hadde ett eureka-øyeblikk – den gangen på Svalbard da jeg oppdaget at dammene var like høye, men stort sett består forskning av små, små framskritt. Det går så sakte at en nesten ikke merker at det går framover.

— For å ha tålmodighet til å være forsker tror jeg du må ha evne til å glede deg over de små tingene på veien, som når du løser et lite problem på laben eller får en datasimulering til å kjøre, mener Dysthe.

— Hvorfor er dette viktig forskning?

— Fordi hvis du får anledning og tid til å forfølge nysgjerrigheten din i hvert fall i deler av karrieren, lærer du mange rare ting som du kan ha nytte av senere.

— Å finne ut hvorfor kalkstein lager dammer er kanskje ikke nyttig kunnskap i seg selv, sier Dysthe. – Men jeg har lært mye om ustabiliteter, om kalkstein og mønstre i vekst som jeg bruker nå i et prosjekt om sementmaterialer som definitivt er samfunnsnyttig.

— I et prosjekt med klare mål og tidsfrister går du oftere en rettere vei, du velger blant de metodene du kjenner best eller som andre har brukt. Nysgjerrighetsdrevet forskning er mer som en virrevandring og dermed mer lærerik, mener Dysthe.

Kontakt:

Dag K. Dysthe, professor ved Fysisk institutt

Forskningsartikler:

Er du opptatt av stein, kan du lese mer på Titan.uio.no:

Kategori: 

Skriv ny kommentar

Verifiser deg (din epost-adresse vil ikke bli vist offentlig)

Les også

Løvenes konge-pastisj

Kampen om dyretronen

En sibirsteinbukk-hunn vil bare følge den hannen som har vunnet i kamp mot de andre, hos flekkhyenen er det hannene som vier livet sitt til å følge hunnene. Sosialt hierarki i dyreriket er like varierende som dyrene selv.

Hus begravd i slam etter Lusi-utbruddet

Kilden til verdens største slamutbrudd er funnet

I 2006 ble det utløst flere slamutbrudd fra vulkaner nordøst på den svært folkerike øya Java.  Det mest aktive utbruddet - Lusi - er fortsatt aktivt, og forskerne ser det nå i samenheng med et nærliggende vulkansystem.

Professor Norbert Roos med et av IBVs kryoelektronmikroskoper

Mange ristet på hodet, men resultatet ble en nobelpris

Kjemikeren Jacques Dubochets første forsøk på å lage et kryoelektronmikroskop endte med at linsene i mikroskopet ble brukt til verdens dyreste askebegre. De neste forsøkene gikk bedre, og nå er innsatsen belønnet med en nobelpris.