Jordskred kan forebygges med ny dansk forskning
Nyt dansk forskningsprojekt skal for første gang teste en metode til kortlægning af jordskred over tid. Frekvensmålinger er afgørende både for at forstå årsagen til masseskred og for at forebygge mennesketab og ødelæggelse af infrastruktur.
jordskred stenskred masseskred måling frekvens frekvensmåling

Mudder bliver ført med til mundingen af Bailongfloden i Tibet, et område, hvor der ofte sker masseskred, og hvor danskere forskere nu skal teste deres metode. (Foto: Yajun Li)

Masseskred, som for eksempel jordskred, stenskred og mudderskred, udgør en alvorlig fare for både befolkningen og infrastrukturen i bjergrige lande. Globalt set er cirka 300 millioner mennesker udsat for risici ved masseskred hvert år.

Støttet af Det Frie Forskningsråd

Andrew Sean Murrays forskningsprojekt »Determination of mass-movement return frequency along the Bailong River« er støttet af Det Frie Forskningsråd med 1.910.267 kroner.

Foreløbig er videnskaben kommet til kort, når det handler om at forstå de helt grundlæggende årsager til masseskred og at vurdere risikoen for skred. Men et nyt dansk forskningsprojekt håber at bringe os et skridt nærmere.

»Vi skal for første gang teste en ny teknik i stor skala på et større område, nemlig langs med Bailongfloden i Tibet. Der er evidens for, at adskillige katastrofale ulykker er sket i det område. Senest døde 1.500 mennesker i et meget stort mudderskred i 2010,« forklarer projektets bagmænd, professor i luminescensdatering ved Institut for Geoscience ved Aarhus Universitet Andrew Sean Murray og postdoc ved DTU Nutech Reza Sohbati i en e-mail.

»Med de eksisterende teknikker er det meget vanskeligt at anslå intervallerne mellem masseskred og dermed også at vurdere de regionale risici. Så hvis vi kan vise, at vores nye metode er brugbar, vil vi for første gang nogensinde have en metode, som kan benyttes verden over.«

Videreudvikling af 'optisk stimuleret luminescens'-datering

Metoden er kendt som optisk stimuleret luminescens (OSL). Kort fortalt kan man via denne metode måle en stens eller et sediments OSL-signal og derudfra finde ud af, hvornår det senest har været udsat for dagslys og således er blevet 'nulstillet'. Dette belysningstidspunkt er ofte det tidspunkt, hvor stenen senest har været transporteret og altså været involveret i et masseskred.

Metoden er i sig selv ikke ny. Den har længe været benyttet til at datere, hvornår finkornede sedimenter som for eksempel sand senest var udsat for dagslys. Det nye er, at metoden nu kan anvendes direkte på stenoverflader og oven i købet være med til at afgøre, hvorvidt den fundamentale antagelse om fuldstændig 'nulstilling' af OSL-signalet er overholdt.  

Optisk stimuleret luminescens

OSL-datering er baseret på, at visse naturlige mineraler, særligt kvarts og feldspat, kan lagre frie elektroner i meget lange perioder. Disse elektroner er frigivet på grund af ioniserende stråling fra naturligt forekommende radioaktive kilder, såsom uran, thorium og kalium, i de omgivende sedimenter. Jo længere tid, mineralerne er udsat for denne stråling, des flere elektroner bliver lagret, indtil lagrene er helt fyldt op med elektroner.

Det er altså lidt som et batteri, der oplades. Det begynder tomt og bliver derefter fyldt op, og når det er fuldt opladet, kan det ikke optage mere ladning. Tilsvarende vil et kvartskorn over tid blive fyldt op med indfangne elektroner, og når fælderne er fyldt helt op, er systemet mættet.

Hvis et mineral er mættet, kommer OSL-teknikken til kort, for så kan man ikke længere bestemme, hvornår mineralet senest var udsat for dagslys.

Man kan forestille sig et kvartskorn på eller nær ved overfladen af en klippe. Den vil blive udsat for dagslys, og derfor vil ingen elektroner blive indfanget. Men hvis klippen bliver begravet som resultat af et masseskred, vil ophobningen af elektroner i kvartskornet begynde.

Med OSL-teknikken kan forskerne måle antallet af fangne elektroner i et mineral og derved bestemme, hvornår mineralet senest har været udsat for dagslys.

Kilde: Andrew Sean Murray og Reza Sohbati

»Når en sten bliver udsat for dagslys, vil nulstillingen af luminescens-signalet udvikle sig dybere ind i overfladen med tiden. Den viden har vi brugt til at gøre vores metode endnu mere præcis,« forklarer Andrew Sean Murray og Reza Sohbati.

Internationalt projekt med dansk hovedsæde

Professor Andrew Sean Murray er hovedkraften bag projektet. Han har bidraget væsentligt til den fundamentale udvikling af OSL-datering, og han har i høj grad været med til at udvikle den nye dateringsmetode, som skal benyttes i projektet.

Projektet er både multidisciplinært og internationalt og inkluderer fysikere og geologer fra henholdsvis Danmark, Sverige og Kina.

Med en bevilling på 1,9 millioner kroner fra Det Frie Forskningsråd i ryggen og en tidshorisont på to år, er forskerne klar til at indsamle sten fra dalen ved Bailongfloden og begynde de tekniske målinger i januar 2017.

»Alt udstyret, som skal bruges til at foretage disse målinger, er fremstillet her i Danmark af vores kolleger på DTU Nutech. Udstyret bliver solgt verden over til flere end 200 laboratorier, og stort set al luminesens-datering, der foretages verden over, benytter dette udstyr,« forklarer Andrew Sean Murray og Reza Sohbati.

Projektet kan hjælpe ingeniører

Projektet vil ifølge forskerne kunne levere de oplysninger, som ingeniører og politikere har brug for for at træffe beslutninger om arealanvendelse og forebyggende anlægsarbejder.

»Vi kommer til at undersøge fire-fem steder, hvor der er sket masseskred, og vi vil undersøge en stor mængde sten. Det vil være første gang, metoden bliver benyttet i så stort et omfang på så mange stenprøver og med en forventning om væsentlige resultater, der direkte kan omsættes i samfundet og forskningen,« fortæller Andrew Sean Murray og Reza Sohbati.

 

jordskred stenskred masseskred måling frekvens frekvensmåling

Principper for Luminescensdatering. a) luminescens-signal i et korn af kvarts eller feldspat, der har været begravet i mere end 500.000 år, er mættet. Hvis et sådant korn bringes til jordens overflade ved erosion og bliver udsat for dagslys under transporten, er luminescenssignalet sat til nul, og dermed nulstilles luminescens-uret. Når kornet er deponeret og afskåret fra lys, begynder luminescensens signal at stige igen. b) Prøven opsamles uden at blive udsat for lys. Ved sedimentprøver kan dette ske ved at hamre et metalrør ned i sedimentet. c) De rene kvarts- eller feldspatkorn udvindes fra prøven ved kemisk behandling. Luminescens-signalet  i kornene måles i laboratoriet ved optisk stimulering af kornene ved hjælp af kunstige lyskilder som LED-lys. Størrelsen af ​​det målte signal er proportionalt med nedgravningstiden; jo større signal, desto ældre luminescens-alder. (Illustration fra projektet)

Stort potentiale – også ud over masseskred

Ifølge postdoc ved De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS) Mikkel Fruergaard er det et rigtig spændende projekt med potentiale, også ud over masseskred. Han er ikke selv en del af projektet, men anvender OSL-datering i sin forskning, og han kan se rigtig gode muligheder i at kunne bruge OSL-datering på sten i stedet for sand.

»Hvis man er i stand til at datere sten frem for sand, udvides potentialet af OSL-datering. Det vil betyde, at der er mange flere steder, hvor man kan anvende denne teknik. For rigtig mange forskere er datering, som sætter alder på ens aflejringer, rigtig vigtigt. Derfor kan dette projekt være med til at øge anvendeligheden af OSL-datering til andre miljøer end de sandede og finkornede, hvor man primært bruger det i dag,« siger han.

Mikkel Fruergaard arbejder med kyst og kystudvikling gennem de seneste 10.000 år og peger på, at projektet er rigtig relevant for hans forskning, selv om han primært arbejder med sand.

»Jeg ser også på havspejlsændringer og ekstreme begivenheder, som storme, og ofte vil man under ekstreme begivenheder, hvor der er et højt energiniveau, få aflejret de grovere materialer, som for eksempel sten,« siger han.

»Ud over masseskred ser jeg et klart potentiale både i forhold til ekstreme begivenheder, men også i forhold til områder, hvor der er meget lidt sand.«

Som et eksempel nævner Mikkel Fruergaard Grønland, hvor de tilgængelige sedimenter nogle steder består af sten og ikke sand.

»Hvis man eksempelvis skal datere strandvolde, altså volde af sediment der dannes ved bølgeaflejring, vil de bestå af den kornstørrelse, der nu er, og i nogle tilfælde altså af sten. Da strandvolde kan benyttes til rekonstruktion af havspejlsændringer, har projektet potentiale for at øge antallet af områder, hvor en sådan rekonstruktion kan foretages,« siger han.

OSL-datering kan give svar på mange problemstillinger

Andrew Sean Murray og Reza Sohbati har da også blik for, at projektet har potentiale ud over masseskred. Et af projektets formål er således at udvikle nye metoder og nye måder at anvende OSL-datering på.

Hvad er et sediment?

Sedimenter er naturligt forekommende materialer, som er blevet nedbrudt af for eksempel vind og vand.

Sediment-brudstykkerne kaldes også for 'klaster', og de kan have forskellig størrelse:

Blokke: mere end 200 mm tykke

Sten: 20-200 mm

Grus: 2-20 mm

Sand: 0,06-2 mm

Silt: 0,002-0,06 mm

Ler: mindre end 0,002 mm

»Det er ganske nyt at foretage OSL-datering på sten, og det har et meget stort potentiale. Så et af projektets resultater vil være en demonstration af, at denne teknik kan benyttes på problemer, der tidligere har været nærmest umulige at løse,« forklarer Andrew Sean Murray og Reza Sohbati.

I forhold til geologiske dateringsproblematikker nævner forskerne følgende eksempler:

  • datering af jordskred
  • datering af jordskælv
  • datering af katastrofale oversvømmelser
  • datering af tilstedeværelse eller mangel på is
  • ændringer af havets niveau ved hjælp af stenvolde

Men det er ikke kun i geologien, at man har problemer med dateringer. Også inden for arkæologien er der udfordringer, som den nyudviklede OSL-teknik kan være med til at løse.  Her nævner forskerne følgende eksempler:

  • datering af megalitter (eksempelvis stendysser)
  • datering af stenbygninger
  • datering af stenkunst
  • datering af stendynger
  • datering af stengærder

jordskred stenskred masseskred måling frekvens frekvensmåling

Luminescens med dybde i en klippeoverflade. I en sten, der har været begravet i flere hundrede tusinde år, er signalet mættet (sort, stiplet linje). Hvis en sådan sten bliver udsat for dagslys under et jord- eller stenskred, begynder det latente luminescens-signal at nulstille sig ved overfladen af klippen og i dybden (rød, stiplet linje). Jo længere eksponeringstid, desto længere ind i klippen nulstilles luminescensen. Hvis denne sten så efter et stykke tid bliver begravet igen, begynder luminescensen af blive genopbygget på grund af radioaktivitet i det omgivende miljø (den optrukne, grønne linje). (Illustration fra projektet)

Kan kvalificere klimadebatten

Projektets resultater vil endvidere kunne være med til at kvalificere debatten om, hvorvidt der aktuelt er en stigning i antallet af jordskred, og dermed vil den også kunne være et bidrag til klimadebatten.

»Vi kan ikke sige med sikkerhed i dag, om der aktuelt er en stigning i antallet af masseskred. Det er muligt, at det er tilfældet, men er det i så fald et resultat af øget vandforbrug, urbanisering og måske endda klimaforandringer? Eller er det et resultat af normale ændringer i landskaberne?,« spørger forskerne og svarer ved at pointere væsentligheden af projektet.

»Det kan vi ikke sige noget om uden at vide, hvornår disse tidligere begivenheder fandt sted, og det er her, vi kommer ind i billedet. En af de vigtigste grunde til, at det er væsentligt med en pålidelig metode til at give et kronologisk overblik over ekstreme hændelser, er, at det kan give et kvalificeret input til debatten om klimatiske ændringer.«

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud

Det sker