Institutionen för geovetenskaper

Geofysik

Fasta jordens fysik

Geofysiker studerar med hjälp av mätningar på jordens yta hur jorden ser ut inuti från jordskorpan, genom manteln ända ner till jordens kärna. Genom att kartlägga hur t.ex. den seismiska hastigheten varierar ner igenom jorden har man under senaste decenniet kommit fram till en modell för hur jordskorpan, manteln och kärnan ständigt växelverkar längs mitt-oceaniska ryggar, längs djuphavsgravar och i övergången mellan manteln och kärnan.

Genom tolkning av hastighetsfördelningen som direkt härleds från observationer av seismiska vågor från jordbävningar och explosioner kan man få en indirekt bild av hur temperaturen variera med djupet, t.ex. att de kalla plattorna som sjunker ner vid djuphavsgravar förblir kalla och bevarar sina egenskaper långt ner i nedre manteln. I Uppsala är forskningen koncentrerad till jordskorpan och den överste delen av manteln. Vi använder främst seismiska och elektromagnetiska metoder för att kartlägga strukturer under kontinenterna. Seismiska vågor används traditionellt för prospektering efter olja och gas, men under de senaste 30 åren har den så kallade reflektionsseismiska metoden även använts för detaljerad kartläggning av strukturer i den kristallina jordskorpan. Med hjälp av storskaliga elektromagnetiska mätningar på Baltiska Skölden har det upptäckts markanta elektriskt väl ledande zoner, som sträcker sig från Västerbotten över Bottenviken och Finland ända ner till Ladogasjön. Dessa zoner markerar så kallade suturzoner, där plattor har stött samman för ca 2 miljarder år sedan och därvid ökat på storleken av den europeiska kontinenten.

Geotermi

Jordens inre värme utgör en miljövänlig energiresurs.

Dagens teknologi ger enbart tillgång till geotermisk energi från de allra översta delarna av jorden. Småskaliga geotermiska värmepumpar (jord- och bergvärme) värmer en kraftigt ökande andel av Sveriges hus. Jordens temperatur ökar med djupet, i genomsnitt 30C per kilometer. Större anläggningar, som extraherar värmen från större djup, är därför mycket intressanta. Den största i Sverige finns utanför Lund där mycket av stadens fjärrvärme hämtas från en geotermisk källa 700 meter under jordytan. Storskaliga geotermiska kraftverk fungerar dock idag enbart i speciella geologiska miljöer, främst vulkaniska så som på Island där mycket el produceras med hjälp av ånga från geotermiska områden.

Geotermisk energi finns överallt under våra fötter. Frågan är hur djupt den behöver hämtas ifrån, hur mycket vatten finns tillgängligt i berggrunden till att transportera den och hur lätt vattnet/ångan kan röra sig, d.v.s. hur permeabel berggrunden är. Utveckling av djupborrningsteknologi och bättre kunskaper om jordskorpans värmekällor är också viktiga för vidare utveckling av geotermisk energi.

Forskning inom geotermi i Uppsala pågår främst med geovetenskapliga syften. Pågående projekt inom geofysikgruppen vid Uppsala Universitet i samarbete med universitet och andra institutioner i Island och USA fokuserar på detaljerade strukturstudier av de översta 5 km av jordskorpan i vulkaniska områden på Island och USA där ett antal geotermiska kraftverk finns. Strukturen skådas med hjälp av små jordskalv och de seismiska vågor de skapar. Vi kan då kartlägga hur vågornas hastighet varierar inom jordskorpan, hur vågorna dämpas och hur beroende vågornas egenskaper är på deras riktning, och på det sätt lära oss om värmekällorna i skorpan, permeabilitetens natur och effekterna av utvinningen av energi från kraftverkens reservoarer. En del av forskningen går också ut på att tolka tilsammans olika geofysiska mätningar så som seismiska och electromagnetiska mätningar som möjliggör kartläggning av berggrundens konduktivitet som också beror starkt på temperatur och tryck. Geofysikgruppen är också starkt inblandad i djupborrningsprojekt i Sverige tillsammans med flera svenska och utländska institutioner där man hoppas lära sig bland annat om fördelningen av potentiella geotermiska energiresurser i Sverige. Ett program för att mäta temperatur och värmeflöde i befintliga borrhål i svensk berggrund är igång för detta ändamål.
 

Seismologi

Seismologi är den i särklass viktigaste vetenskapen för att inhämta information om jordens inre. De seismiska vågornas färd genom jorden talar om för oss hur jorden är uppbyggd och vilken sammansättning den har. Jordbävningskällorna ger dessutom information om hur jordskorpan och plattorna överst på jorden rör sig.

Struktur

Jordens storskaliga uppbyggnad, med en inre fast och yttre flytande kärna, manteln och jordskorpan, har upptäckts genom noggranna studier av hur olika jordbävningsvågor fortplantas i jorden. Liknande undersökningar kan göras i mindre skala och ge information om tex. jordskorpans uppbyggnad, var man kan hitta olja eller hur berget under Forsmark ser ut. I Uppsala använder vi vågor både från stora jordskalv på andra sidan jorden och små jordskalv i Sverige för att med tomografiska och andra metoder undersöka strukturer i jordskorpan och övre manteln under Sverige.

Jordskalvskällor

Jordskalv ger oss också mycket information om närområdet vid källan. Hur sprickan som rör sig är orienterad, tillsammans med rörelsens riktning och storlek, ger oss på den stora skalan kunskap om plattornas dynamik och på den mindre kunskap om rörelser i spricksystem, portryck och krafterna i berget. Informationen från källan är också vital för att öka kunskapen om hur jordskalv uppkommer. I Uppsala arbetar vi med jordens mekaniska och dynamiska egenskaper med utgångspunkt från jordskalvsmekanismer. Vi kartlägger spricksystem nere i jorden, modellerar och beräknar jordskalvens källmekanismer och analyserar spänningarna som utlöst skalven. Vi undersöker hur jordskalv uppkommer i vulkaner, vid plattgränser och i den stabila svenska jordskorpan.

Varningssystem

Att i tid kunna varna samhället om förestående naturkatastrofer är en viktig del av seismologin. Vulkanutbrott kan numera förutsägas väldigt noggrannt och Uppsalaseismologen deltar i vulkanvarningssystemet på Island. Jordskalv är svårare att förutsäga men forskningsintresset för ett varningssystem är stort och seismologerna i Uppsala har i många år deltagit i forskning om jordskalvsvarningar på Island. Uppsala deltar också aktivt i seismisk riskanalys i många utvecklingsländer, tex. i centralamerika och östafrika.

  • Jordbävningar i Sverige och världen

  • Geovetenskap