Den flyvende pilekvist
Her følger en historie. Det er en historie om faglig nysgerrighed og opfindsomhed. Om udviklingen af en geofysisk metode, der viste sig at være en blomstrende forretning. Og om en gruppe forskere, der brændte for at få deres forskning ud i virkeligheden.

Den geoelektriske metode går i enkelhed ud på at stikke elektroder ned i jorden og sende strøm igennem. Her illustreret ved en forskers test af geoelektrisk udstyr hjemme i baghaven før en tur til Malaysia, hvor udstyret skal demonstreres i forbindelse med et forskningssamarbejde.
(Foto: Anders West Christiansen)

 

Hvad tænder en forsker? Ja, det er meget forskelligt. Nogle ønsker at forstå på et dybt, grundlæggende niveau, hvordan verden er skruet sammen. Andre finder den største glæde i, at resultaterne af deres forskning bliver anvendt og gjort nyttige i samfundet.

Jeg tilhører så afgjort den sidste kategori. Og det fremgår forhåbentlig af den historie, jeg her vil fortælle.

Den handler om udviklingen af en geofysisk metode, kaldet SkyTEM, som hurtigt kan kortlægge de øverste jordlag og dermed for eksempel afsløre, hvor grundvandet befinder sig, og hvor godt beskyttet det er. Det er en historie om faglig nysgerrighed og opfindsomhed, som har udmøntet sig i en blomstrende forretning, idet metoden i dag eksporteres til hele verden.

SkyTEM-metoden blev udviklet på Geofysisk Afdeling ved Geologisk Institut, Aarhus Universitet. Geofysisk Afdeling blev grundlagt i 1964 af professor Svend Saxov – en bestemt og hård herre. Han gav afdelingen navnet 'Afdelingen for anvendt Geofysik'. Det, vi forskede  i, skulle nemlig være noget, der kunne bruges.

99% af drikkevandet kommer fra oppumpet grundvand

I 1980'erne, hvor grundlaget for udviklingen af SkyTEM-metoden blev skabt, var Svend Saxov ikke længere leder af afdelingen, men hans ånd prægede stadig stedet.

Vi havde dengang et stort behov for en geologisk kortlægning af de øverste dele af jordlagene for at kunne finde og vurdere kvaliteten af råstofferne i Danmark. Det gjaldt ikke mindst grundvandsressourcerne, da vandforbruget i de år steg voldsomt.

99 procent af vores drikkevand kommer fra oppumpet grundvand. Vi har altid haft rent grundvand, som efter en simpel vandbehandling kan leveres direkte til forbrugerne.

Men grundvandet er bredt ud over hele landet, og derfor er beskyttelsen af grundvandet ikke kun et lokalt problem. Det er en national opgave at passe på grundvandet, samtidig med at vi udnytter jordens overfladelag til landbrug, industri og beboelse.

Den spæde start

Oprindeligt havde vi ikke focus på grundvandet, men på andre råstoffer. I samarbejde med geofysikeren Verner Søndergaard fra det daværende Aarhus Amt arbejdede vi på at udvikle en boremetode til at finde potentielle områder, hvor man kunne indvinde sand, grus og ler.

Udgangspunktet var den geoelektriske metode. Her sender man via stålelektroder, der er stukket ned i jorden, strøm gennem jordlagene og måler den elekstriske modstand. Modstanden fortæller om materialernes beskaffenhed.

Eksempelvis har ler en lav modstand, mens sand har en høj modstand. Man kunne dog ikke alene nøjes med den geoelektriske metode, men måtte supplere med dyre boringer (såkaldte lagfølgoringer) for at vurdere råstoffernes mængde og kvalitet.

Ved lagfølgeboringer skal man jævnligt trække boregrejet op af hullet for at tage prøver. Vi opfandt I stedet en boresonde, der kunne male den eelektriske modstand I jordlagenen, men den blev boret ned I jorden.

Dermed kunne man spare besværet med at trække den retur og dermed meget tid ved borearbejdet. Metoden, som vi døbte ELLOG-boremetode, blev efterfølgende I stor stil brugt I forbindelse med råstofkortlægningen I Aarhus Amt.

Mange målinger kunne sammensættes

Vi kom på et tidspunkt I kontakt med Poul Panduro fra Motervejskontoret, og han kunne se muligheder I ELLOG-boremetoden, da der var store udgifter til borearbejde forbundet med motorvejsbyggerier.

Under snakken med Poul opdagede vi, at man også ividt omfang brugte den geoelektriske metode under motorvejsbyggerier. Og da det handlede om målinger over lange strækninger, var der ingen tvivl om, at en hurtigere metode til geoelektrisk opmåling ville have et stort potentiale inden for motorvejsbyggeri.

Når man måler med den traditionelle geoelektriske metode, er resultaterne meget påvirkede af de lokale modstandsforhold omkring måleelektroderne.

De geologiske forhold er desuden ofte meget varierende over den strækning, man måler, og derfor skal målepunkterne ligge tæt for at give en tilstrækkelig og troværdig opløsning. Det fordyrer  selvfølgelig målingen.

Vi tog udfordringen op og udviklede et instrument  og en metodik, som fik navnet SlæbeGeoelektrik. Ved at slæbe en række stålelektroder fyldt med elektronik hen over jordoverfladen med en hastighed på 3-5 km/t kunne vi udføre de samme målinger som ved den geoelektriske metode – det gik bare meget hurtigere. Vi kunne foretage cirka 80 målinger pr. sekund, mens vi trak elektroderne over jorden.

Fakta

Denne artikel stammer fra bogen '25 søforklaringer - Naturvidenskabelige fortællinger fra Søauditorierne'. Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her. I løbet af efteråret er det muligt at deltage i flere fordrag, der blandt andet omhandler emner omtalt i bogen. Foredragene bliver holdt i Aarhus, Herning, Horsens og Vejle

Det betød blandt andet, at vi kunne sammensætte mange målinger til middelmålinger og derved undertrykke indflydelsen fra varierende forhold omkring elektroderne, og det var vel at mærke, uden at det gik ud over opløsningen.

Udviklingen af metoden involverede kompliceret elektronik og databehandling

Den første opgave for Motorvejskontoret var at kortlægge jordlagene under den kommende motorvej ved Aarhus.

Vi skulle kortlægge en strækning på 25 km og gjorde det på to dage i foråret 1989. En opgave, der med tidligere metoder ville have taget mindst 25 arbejdsdage, og som ikke ville have givet et nær så detaljeret resultat.

Resultaterne var så gode, at alle motorvejsbyggerier fra dette tidspunkt havde en fase, hvor de valgte strækninger blev kortlagt med slæbegeoelektrikken og boreprogrammet fastlagt derudfra.

Udviklingen af metoden involverede kompliceret elektronik og databehandling, og en meget stor del af denne foregik i elektronikværkstedet på Geofysisk Afdeling.

Elektronikingeniøren Niels Breiner, som var ansat her, havde en guddommelig begavelse i forhold til at kunne få elektronik til at virke, når der var 'jord' i nærheden, og han har i mange henseender været en læremester for mig.

Vandforsyning og geofysik

Vi stod nu med to nyudviklede geofysiske metoder, som begge var anvendelige i kortlægningen af de øvre jordlag. Næste skridt blev at bruge dem inden for grundvandsområdet.
I Aarhus Kommune var der i slutningen af 1980’erne alvorlige problemer med grundvandet.

Grundvandsstanden sank i næsten alle indvindingsområder, og forsyningssituationen var derfor kritisk. Der skulle findes nye indvindingsområder, og de eksisterende skulle beskyttes.

Man pumpede blandt andet grundvand fra et grundvandsmagasin syd for Aarhus (Bedermagasinet). Herfra blev der på daværende tidspunkt udvundet ca. 5 mio. m3 vand eller ca. 1/5 af Aarhus Kommunes totale vandforbrug.

Men grundvandsstanden faldt med op til en meter om året! Aarhus Kommunale Værker ønskede derfor en simuleringsmodel, som kunne forudsige den fremtidige indvindingssituation under forskellige scenarier. Her skulle den eksisterende viden om geologi og hydraulik udnyttes.

Det blev startskuddet til et enestående og givtigt samarbejde mellem Aarhus Kommunale Værker, Aarhus Amt og Geofysisk Afdeling, og samarbejdet kom til at danne grundlag for en eksplosiv udvikling af geofysiske metoder rettet mod kortlægning af grundvandet.

Samtidig skete der en tilsvarende udvikling og forskning i fortolkningsværktøjerne til de geofysiske måleresultater.

Gammastrålingen fortæller om lerindholdet i jordlagene

Den slæbegeolektriske metode er velegnet til at kortlægge de øverste 20-30 meter af jordlagene – altså de lag, som er vigtige for at beskytte det underliggende grundvandsmagasin.

Ler udgør et godt beskyttende lag, fordi vand kun langsomt siver igennem ler i modsætning til sandlag. Den længere nedsivningstid giver mere tid til, at bakterier og mineraler i jordlaget 'renser' det nedsivende vand for blandt andet nitrat.

Siden introduktionen i råstofkortlægningen i Aarhus Amt var ELLOG-boremetoden blevet videreudviklet til at kunne udtage og oppumpe uforstyrrede vandprøver fra borespidsen, samtidig med at man målte den elektriske modstand og gammastrålingen fra jordlagene.

Da gammastrålingen fortæller om lerindholdet i jordlagene, kunne den kombinerede måling af denne og den elektriske modstand give et endnu mere præcist billede af sammensætningen i de gennemborede jordlag.

Ved at tolke på de geofysiske data, der er målt under borearbejdet, kan man danne sig et billede af de hydrogeologiske forhold i det niveau, hvor vandprøven udtages. Den viden er helt afgørende for at opnå en detaljeret forståelse af vandkemien og dens vekselvirkning med jordlagene.

En så detaljeret kortlægning var ikke set før

De to metoder blev i perioden 1990-91 med stor succes brugt til at finde de sårbare arealer af grundvandet i Beder-magasinet, samtidig med at vi fik kendskab til kemien og dermed kvaliteten af grundvandet.

Skematisk tegning af princippet i ELLOG- boremetoden. (Illustration: Troels Marstrand)

I samme periode havde Geofysisk Afdeling fået fingrene i et helt nyt måleinstrument, der kunne måle den elektriske modstand i jorden helt ned til 100-150 m’s dybde ud fra et udsendt magnetfelt. Metoden blev kaldt den transiente elektromagnetiske målemetode: TEM.

Instrumentet blev brugt til en forsøgskortlægning i Beder-Malling-området, og det gik over al forventning.

Sammen med
 de slæbegeoelektriske målinger og resultaterne fra ELLOG-boringerne og analyserne af vandprøverne fik man en enestående kortlægning af omfanget og udbredelsen af grundvandsmagasinet, de jordlag, der beskyttede det, og grundvandets kvalitet. En så detaljeret kortlægning ved hjælp af geofysiske metoder var ikke set før.

Det geofysiske kortlægningsarbejde gav også svaret på et problem, vi havde tumlet med under vore beregninger og modelsimuleringer, hvor vi ikke kunne 'komme af ' med 400.000 m3 vand, som tilsyneladende var for meget i modellen.

Kortlægningen viste imidlertid, at der i den østlige del af magasinet var direkte kontakt til Aarhusbugten gennem en smal underjordisk 'sandkanal'. Grundvandet strømmede gennem denne kanal ud i bugten, og da vi korrigerede for dette i modellen, passede sagerne.

 

Den nationale grundvandskortlægning

Efter disse succeser var vejen banet for metoderne, og nu kørte det derudaf med flere kortlægninger i Aarhus Kommune og mange andre steder i landet.

Vi videreudviklede ELLOG-boremetoden og slæbegeoelektrikken, og vi fik flere og bedre resultater og blev mere operationelle. Vi begyndte også at videreudvikle den transiente metode og de tilhørende instrumenter, så vi kunne  komme  dybere ned i grundvandsmagasinerne.

Der herskede ikke tvivl om, at vi havde fat i et meget stærkt koncept med at anvende geofysiske metoder til at kortlægge grundvandsmagasiner og vurdere deres beskyttelse og vandkvalitet. Ja, der kom efterhånden navn på, hydrogeofysik, som også endte med at blive forskningsområdets internationale betegnelse.

Og der var god brug for konceptet. I løbet af 1990’erne blev det for alvor tydeligt, at grundvandet i Danmark var truet. Der kom flere og flere meldinger om forureninger  med nitrat, ligesom der blev gjort hyppigere og hyppigere fund af pesticider i grundvandet.

Vandværker måtte lukke som følge af problemerne, og trykket steg på de grundvandsressourcer, man kendte til. Der måtte gøres noget for at bevare den fremtidige vandforsyning med udgangspunkt i rent grundvand.

I Danmark har vi en meget decentral vandforsyning. Større og mindre private og kommunale vandværker er spredt ud over hele landet, og alle er de dybt afhængige af, at det oppumpede grundvand er rent. Derfor var situationen ikke stabil.

 

Arbejdet skulle finansieres via et gebyr

Richard Thomsen fra det daværende Aarhus Amt så mulighederne i datamaterialet fra Aarhus Kommune og de erfaringer, der var opnået i samarbejdet mellem Aarhus Kommunale Værker, Aarhus Amt og Geofysisk Afdeling. Han tog derfor kontakt til miljøminister Svend Auken og foreslog at bruge konceptet til at kortlægge grundvandet i hele landet.

Svend Auken blev overbevist, og i 1998 blev loven om Den Nationale Grundvandskortlægning vedtaget. Arbejdet skulle finansieres via et gebyr på cirka 25 øre pr. m3 brugt vand. Gebyret var en genistreg fra Richard Thomsens side, idet gebyret blev opkrævet direkte hos forbrugerne.

Pengene skulle bruges til kortlægningsarbejdet, og dermed var det uden for politisk manipulation i forhold til bloktilskuddet til amter mv. Man valgte, at det var amterne, der skulle stå for opgaven, idet disse i forvejen var 'vandmyndighed'.

Opgaven med at kortlægge grundvandet i Danmark blev vurderet til at vare frem til 2010 og koste 900 mio. kr. Dengang i 1999 herskede der ikke tvivl om, at det var en meget stor opgave, der lå forude.

Dels skulle medarbejdere ved amterne og rådgiverne klædes på til opgaven, dels skulle både selve udstyret og metoderne til databehandling udvikles, så det blev operationelt.

Endelig skulle der være en ekspertise, der overvågede og sørgede for, at opgaven blev udført efter de nyeste metoder. Amterne valgte at indgå et samarbejde med Aarhus Universitet, Geofysisk Afdeling, idet ekspertisen var samlet her. Samarbejdet blev kaldt GeoFysikSamarbejdet, og det blev finansieret via gebyrmidlerne.

 

Opgaven blev forlænget til 2015

Som arbejdet skred frem, blev det klart, at man ikke kunne blive færdige til 2010. Det var i høj grad på grund af kommunalreformen, hvor amterne blev nedlagt, og en lang ineffektiv periode opstod i det forløb, hvor opgaven overgik til staten med decentrale miljøcentre. I 2008 blev det derfor vedtage at forlænge opgaven frem til 2015 – yderligere 1 mia. kr. kostede det.

Den slæbegeoelektriske metode fungerer ved, at en 'trækker' slæber et kabel med påmonterede elektroder, som kontinuert sonderer undergrunden. Det foregår med en gennemsnitshastighed på 4 til 5 kilometer i timen. (Illustration: Troels Marstrand)

Gennem arbejdet med gebyrkortlægningen har vi i Danmark opbygget en enestående viden om vore grundvandsmagasiner. Materialet er unikt og matches på nuværende tidspunkt ikke andre steder i verden.

Det lange forløb og den store satsning med mange midler til forskningsgruppen tilknyttet GeoFysikSamarbejdet på Geofysisk Afdeling (kaldet Hydrogeofysikgruppen eller blot HGG-gruppen) har gjort den til verdens førende inden for hydrogeofysik.

Det sidste nye er, at HGG-gruppen gennem et internationalt samarbejde mellem Indien og Aarhus Universitet nu er ved at hjælpe en national kortlægning i gang i Indien. Og dette eksempel vil sandsynligvis brede sig til andre lande

 

Op i luften …

Allerede ved gebyrkortlægningens s midten af 1990’erne stod det os klart der foretages en national kortlægnin man ikke gøre dette inden for den afsatte tid med det udstyr, vi rådede over.

Dels var adgangen til markerne begrænset af lange perioder med regn og sne, hvor udstyret kunne sidde fast, dels kunne vi heller ikke arbejde i de perioder, hvor afgrøderne var følsomme over for målearbejdet.

Ifølge vandforsyningsloven havde vi ret til at gå ind på markerne med 14 dages varsel (og efterfølgende erstatningsbetaling), men det var ikke politisk holdbart at fremture på den måde over for landmændene. Det var derfor nødvendigt at tænke i nye metoder.

Mange praktiske problemer ville være klaret, hvis man kunne male fra luften. Den slæbegeoelektriske metode kunne ikke anvendes fra luften, da den krævede elektrisk kontakt med jorden.

Det kunne den transiente metode derimod. Den transiente måling foregår ved, at man opbygger en strøm i en sendespole, som skaber et magnetfelt i jorden. Når strømmen meget hurtigt slukkes, induceres der hvirvelstrømme i jordlagene, og signalet fra disse måles og tolkes til en lagdelt model med lag af forskellig elektrisk modstand.

 

Metoden kræver ikke kontakt til jorden

Metoden kræver således ikke, at der er elektrisk kontakt til jorden. Løsningen kunne derfor være at videreudvikle målegrejet, som vi tidligere havde brugt på overfladen, så det kunne løftes af en helikopter og flyves rundt i landskabet uden for store gener for beboerne.

Overbevist om, at det ville lykkes, kastede vi os over opgaven.

Vores udgangspunkt var altså den transiente metode, som i Danmark udføres med en 40 x 40 meter stor sendespole. I denne sendes en strøm, som skaber magnetfeltet

I midten af senderspolen er der anbragt en modtagerspole, der måler magnetfeltet fra de hvirvelstrømme, der induceres i jordlagene, når senderstrømmen afbrydes hurtigt.

For at få dette udstyr op i luften skulle vi altså have en bæreramme til senderog modtagerspolen. Men det måtte nødvendigvis være et meget mindre udstrakt system end det, vi anvendte på jorden.

 

En helikopter er meget dyr i drift

Derudover skulle det udsendte magnetiske signal være betydeligt større, idet senderspolen er meget længere væk fra jordoverfladen, og systemet bevæger sig under måleprocessen.

Samtidig måtte senderog modtagersystemet nødvendigvis anbringes tæt ved hinanden, da systemets størrelse ville være betydelig mindreend på jordoverfladen.

Og dette – vurderede vi – ville blive den største udfordring. Et af hovedproblemerne  i opbygningen af et transient målesystem er nemlig, at strømmene i sendersystemet direkte kan påvirke modtagersystemet og derved skabe et fejlsignal, som forvrænger det egentlige målesignal. Fænomenet kalder vi overkobling imellem sender og modtager.

For at få en høj opløsning af alle jordlag var det nødvendigt at flyve i lav højde med udstyret. Opløsningen af de øvre jordlag aftager meget hurtigt med flyvehøjden, hvorimod opløsningen af de dybere lag bevares i tilstrækkelig grad selv ved store flyvehøjder.

Da opløsningen af de øvre jordlag er vigtig for at bestemme, hvor godt jordlaget beskytter grundvandet, blev kompromisset, at flyvehøjden skulle være 25 til 35 meter over åbne  områder, mens den måtte tilpasses træhøjderne i skovområder.

En ødelagt SkyTEM-ramme efter at den er fløjet ind i et træ i 2006. Det sker heldigvis sjældent, at rammen med påmonterede instrumenter flyves ind i et træ eller andre forhindringer, der rager op i luften. Men når det sker, er det en dyr omgang. En SkyTEM-ramme med påmonterede instrumenter kostede dengang i 2006 omkring 800.000 til 900.000 kr. (Foto: Max Halkjær)

Den mest nærliggende mulighed var at lade en helikopter bære systemet, idet en helikopter er meget manøvredygtig. Men en helikopter er til gengæld meget dyr i drift og kan højst være i luften ca. tre timer, før den må lande for at tanke. Det ville ikke gælde for et luftskib!

 

Størrelsen af bærerammen måtte begrænses

Ideen om et luftskib var fascinerende. Mange af os var sejlere, og tanken om at kunne drive af sted i lufthavet trængte dybt ind.

Vi foretog utallige undersøgelser, men det viste sig desværre, at et luftskib ikke ville have den tilstrækkelige manøvredygtighed i det danske landskab, hvor der er højspændingsledninger og radiomaster overalt.

Så vi måtte opgive vore drengedrømme, og vi vendte os i stedet mod den mere kedelige helikopterløsning.

En helikopter har en begrænset bæreevne og manøvredygtighed i forhold til, hvad der hænger under den. Vi måtte derfor begrænse størrelsen af bærerammen.

Det betød, at vores transiente målesystem måtte være 'småt' – i første omgang 10 x 10 meter.

 

Problemerne viser sig

Ved den transiente metode bestemmer det udsendte magnetiske signal, kaldet momentet, størrelsen af det signal, der kommer tilbage fra de inducerede hvirvelstrømme i jordlagene.

Det magnetiske moment M bestemmes af [areal af senderpolen] x [strømmen i de enkelte viklinger] x [antallet af viklinger]. Når vi ikke kan have det store areal på senderspolen, må strømmen og antallet af vinklinger i denne sættes op for at have et stort moment.

Men naturen er ikke altid den store hjælper! Store strømme og mange vinklinger i et begrænset volumen giver et stort magnetfelt i senderspolen.

Dette magnetfelt, det primære magnetfelt, skal slukkes hurtigt for at inducere hvirvelstrømme i jorden. For derefter at kunne måle magnetfeltet fra hvirvelstrømmene, det sekundære magnetfelt, kræver måleteknikken, at det primære magnetfelt ikke længere er til stede.

 

Signalerne fra hvirvelstrømmene i jorden er meget små

Men det magnetfelt, der opbygges i senderspolen, forsvinder ikke blot, fordi man fjerner spændingen, der driver strømmen i spolen. Senderspolen vil ifølge naturlovene prøve at bibeholde strømmen i spolen. Tricket ligger i, at man får denne strøm omdannet til varme dels gennem elektronisk vej i senderen, dels ved at danne varme i de såkaldte dæmpningsmodstande.

Men slukkeprocessen tager tid og laver så meget 'støj', at det primære magnetfelt fra denne overdøver det betydeligt svagere sekundære magnetfelt fra hvirvelstrømmene i jorden. Derudover vil de spændinger, der bliver induceret i modtagerspolen fra ændringerne i det primære felt under slukkeforløbet, være så kraftige, at det kunne ødelægge den følsomme modtagerelektronik. Signalerne fra hvirvelstrømmene i jorden er meget små og kræver, at man bruger uhyre følsomme elektroniske kredsløb for at måle disse signaler.

Vi stod derfor med to hovedproblemstillinger:

 

  1. Hvorledes kunne vi slukke strømmen hurtigt i senderspolen, hvilket var nødvendigt for at inducere store hvirvelstrømme i jorden?
     
  2. Hvorledes kunne vi undgå, at induktionen i modtagerspolen blev begrænset under slukkeforløbet af strømmen i senderspolen, så vi ikke ødelagde modtagerelektronikken, og samtidig sikre, at overkoblingen mellem modtager og sender blev ubetydelig  i selve måleprocessen?

 

Gennembruddet var nært forestående

Perioden fra årtusindskiftet  og frem til første forsøgskortlægning i december 2002 blev en usædvanlig hård tid. For at løse de to store problemstillinger gennemførte vi utallige forsøg og sindrige opstillinger i laboratorietog i felten. Men nødden var meget svær at knække, og vi havde et meget langt forløb uden nævneværdige fremskridt. Alt handlede for mig i denne periode om problemstillinger med udviklingen af SkyTEM (som vi var begyndt at kalde systemet).

Jeg arbejdede mange timer og var mentalt fraværende i samværet med min familie og andre mennesker, fordi 'udviklingsfilmen' hele tiden kørte på lærredet i mit hoved. Men heldigvis var gennembruddet nært forestående. Og det blev min 9-årige søn, Johannes, der løste op for problemstillingen.

En morgen, hvor jeg kørte ham til skole, spurgte han mig meget alvorligt, hvad det var, der var så svært på mit arbejde – han havde vel hørt et eller andet derhjemme.

Jeg tænkte, at jeg ville prøve at forklare ham sagen så fysisk korrekt som muligt, og en lang forklaring fulgte. Bagefter var han meget stille et stykke tid og spurgte så, om jeg kendte historien med 'The Evil Empire' på planeten Mungo?

Jeg måtte erkende, at det gjorde jeg ikke, og jeg tænkte vel også, hvad i alverden det havde med problemstillingen at gøre.

Den transiente elektromagnetiske målemetode (TEM) går ud på at skabe elektriske hvirvelstrømme i jorden, som inducerer et magnetfelt, hvis styrke kan måles af en modtager. (Illustration: Troels Marstrand)

»Jo,« sagde Johannes, »The Invaders ville udrydde hans herredømme, men kunne ikke komme ind til planeten, fordi The Empire havde lagt et 'dødsfelt' rundt om planeten.«

Men The Invaders fandt ud af, at de kunne flyve ind imellem dødsstrålerne og derved komme ind til planeten og udrydde The Empire. Kan I ikke gøre det på samme måde?«

Først tænkte jeg, hvad drengen mon mente? Men pludselig slog det mig, at det jo var løsningen. Vi skulle blot anbringe vores modtagerspole på en måde, så den lå parallelt med det primære magnetfelt og derved undgå kobling til dette – altså 'inde mellem dødsstrålerne'!

Jeg fik hurtigt fat i vor elektronikingeniør Niels Breiner og fortalte ham om ideen. Tre dage senere havde vi fremstillet en testudgave, som virkede. Jeg må sige, at jeg var stolt af sønnen!

 

Højdetesten

Når man udvikler et måleinstrument til SkyTEM-metoden, er der mange muligheder for direkte overkoblinger mellem sender og modtager. Disse overkoblinger vil forvrænge selve målesignalet og kan dermed gøre resultatet ubrugeligt.

Det er meget svært at opstille forsøg på jordoverfladen, som kan afgøre, om overkoblingerne er ubetydelige, eller om de vil forvrænge målingerne.

For at afgøre, om vi havde overkoblinger, der var store nok til at forstyrre vore målinger, skulle vi med instrumentet måle et sted, hvor der ikke var 'ledende' jord i nærheden.

Tilstrækkeligt langt væk er i denne sammenhæng for eksempel 1,5 kilometer over jordoverfladen, hvor man kan regne ud, at signalet fra hvirvelstrømmene i jorden er reduceret til et ubetydeligt niveau.

I den sammenhæng gjorde vi os mange overvejelser, idet en 'platform i 1,5 kilometers højde uden noget ledende i nærheden' er svær at skaffe. Vi tænkte blandt andet på at tage til Norge til en bjergtop, men det viste sig, at der var for meget ledende materiale i sådanne bjergtoppe.

Vi udførte i første omgang forsøg i området ved Hvirring Dal nordvest for Silkeborg. Her består de øverste 60 meter af jorden nemlig af isolerende sand. Og nedenunder er der yderligere 60 meter med vandmættet sand, hvor vandets ledningsevne er lille.

Det svarer faktisk til at måle 120 meter oppe i luften.

Under disse forsøg fandt vi mange af overkoblingerne og kunne udbedre instrumenterne derefter. Men for at afgøre, om der var flere, var der ikke nogen vej udenom at komme langt væk fra jorden og dens ledende lag.

 

Testen var enkel

En ven havde skaffet mig kontakt til Flyvevåbenet ved Flyveplads Vandel. Her var mange helikoptere til rådighed, og vi var tæt på en aftale om, at de kunne inkludere en forsøgsrække i deres flyveprogram til en lav pris.

Men så skulle en flyvegeneral absolut have en formationsflyvning i forbindelse med sit jubilæum. Aviserne fik fat i historien, og så var samarbejdet ikke længere muligt.

I stedet fik vi kontakt til en helikopteroperatør på Sydfyn, og han indvilgede i at løfte vores forsøgsopstilling. Vi fik fremstillet en flot og tung ramme til at bæreudstyret, og vi drog af sted til Sydfyn for at teste.

Testen var enkel: Måleudstyret skulle monteres i helikopteren. Rammen med senderspole skulle hænges op nedenunder i passende afstand, så et eventuelt magnetfelt fra hvirvelstrømme induceret fra senderspolen i de ledende dele i helikopteren ikke påvirkede vore målinger.

 

Det nye SkyTEM-system virkede

I helikopteren 1,5 kilometer over jordens overflade og i flot solskinsvejr med udsigt til Det Sydfynske Øhav, hvor jeg har sejlet mange gange, viste målingerne, at der ikke var generende overkoblinger i vores opstilling.

Vores nye SkyTEM-system virkede! Det er svært at beskrive den glæde og lettelse, jeg følte.

Situation fra Grønland i sommeren 2008. SkyTEM-rammen er under transport til den station, hvor selve undersøgelsen skal foregå. Terrænet er meget kuperet, og det kræver en kraftig helikopter og en god pilot at operere i disse egne. (Foto: Lars Jensen)

Dørene var taget af helikopteren, så ledningerne kunne føres ned til bærerammen med senderledning og modtagerspole. Det skulle være muligt at droppe udstyret hurtigt, hvis det af sikkerhedsmæssige grunde var nødvendigt at slippe bærerammen fra krogen.

Jeg svingede benene ud på skiene under helikopteren for at nyde udsigten og slappe af. Og opdagede så, at jeg havde glemt at tage sikkerhedsselen på.

Var der sket noget, kunne man sige som de gamle grækere: At dø på et højdepunkt i sit liv er et velvalgt tidspunkt …

 

SkyTEM står sin prøve

Forsøget på Sydfyn var gået godt, men vort udstyr blev dømt alt for tungt af piloten. Skulle en helikopter problemfrit flyve med udstyret, måtte der tages en del kilo af. Udstyret vejede mindst 350 kg, og det var for meget for deres helikopter.

Hvordan kunne vi konstruere rammen i en lettere udgave? Der blev tænkt en del.

Jeg skulle på det tidspunkt til geofysisk konference i Portugal og drog afsted. Imens havde vor altmuligmand Jan Jørgensen en plan. Da jeg kom hjem, havde han fremstillet et rammeelement med kosteskafter og varmebøjede elektrikerrør.

Genialt i al sin simpelhed. Jan er en del af udviklingsgruppen og har ikke nogen akademisk eller teknisk uddannelse. Han er uddannet økologisk landmand, men han har en højt udviklet sans for konstruktioner og begrænses ikke – som os andre – af, hvad der i første omgang kan synes teknisk umuligt.

Vi var nu ved at være ved vejs ende med den første prototype. I forhold til den endelige test havde vi indgået en samarbejdsaftale med Aarhus Amt om kortlægning med prototypen i et område nordvest for Aarhus, Tinning Hedeslette.

Her var der allerede udført jordbaserede målinger med den transiente metode, og her kunne vi sammenligne resultaterne fra de to metoder og afgøre, om vi kunne  opnå de samme kortlægningsresultater med SkyTEM-metoden som med de jordbaserede metoder.

Det kunne vi, og vejen var dermed banet for at anvende SkyTEM metoden i Den Nationale Grundvandskortlægning i Danmark.

 

Ud i verden

Samtidig med at vi udviklede  SkyTEMmetoden blev der i HydroGeofysik-Gruppen (HGG-gruppen), som var tilknyttet GeoFysikSamarbejdet på Geofysisk Afdeling, under ledelse af Esben Auken, udviklet software til at tolke de mange resultater, vi indsamlede.

Endvidere opbyggede gruppen en national geofysisk database sammen med de Nationale Geologiske Undersøgelser (GEUS), hvor alle data blev lagret, efterhånden som der blev målt og tolket. Dette programmel og den forskning og udvikling, der har foregået, har skabt en enestående platform for forskningen inden for hydrogeofysikken, som er unik i verden.

Derfor deltager HGG-Gruppen i mange samarbejdsprojekter med andre forskningsinstitutioner nationalt og især internationalt. Det har ført til kortlægninger med forskningsformål for øje på en række eksotiske steder, blandt andet på Galapagos, hvor vi sammen med en fransk samarbejdspartner har kortlagt to af øerne for at lede efter grundvandsressourcer.

På Mayotte Island norvest for Madagascar har vi sammen  med BRGM (den franske geologiske undersøgelse) kortlagt øen i jagten på grundvand, ligesom vi har vurderet mulighederne for at udbygge infrastrukturen.

Og endelig har vi anvendt SkyTEM-metoden ved McMurdo basen på Antarktis, hvor vi deltog i et forskningsprojekt støttet af det amerikanske forskningsråd. Projektet handlede blandt andet om kortlægning af gletcherdybder, tykkelser af permafrostlag og tykkelser af havis. Alt i alt en række eventyr som belønning for arbejdet med at udvikle SkyTEM.

 

SkyTEM i dag

I 2004 oprettede vi firmaet SkyTEM, senere SkyTEM Surveys, der udfører kortlægning med metoden i Danmark i Den Nationale Grundvandskortlægning og i udlandet i forbindelse med eftersøgning af grundvand og mineraler.

Firmaet indgik et forskningssamarbejde med Aarhus Universitet – både om en videreudvikling af metoden og om udbredelse af de forskningsmæssige resultater, man får fra metoden.

Arbejdet blev udført i tæt samarbejde med HGG-Gruppen, og vi kan i dag konstatere, at SkyTEM-metoden spiller en væsentlig rolle i den internationale anerkendelse af denne forskningsgruppe på Aarhus Universitet.

SkyTEM metoden i dag har ikke ændret sig i sin grundsubstans, men instrumenterne har undergået en væsentlig ændring, siden prototypen blev testet i december 2002.

SkyTEM Surveys har i dag sit domicil nord for Aarhus i Aarhus ErhvervsPark. Her arbejder i dag ca. 40 personer fordelt på geofysikere, ingeniører, teknikere, feltoperatører og administrativt personale.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs nyt om fusionsenergi, som DTU med forsøgsreaktoren på billedet nedenfor - en såkaldt tokamak - nu er kommet lidt nærmere.