Knäcka Klimatkoden: Forskare gräver fram ledtrådar från 380 miljoner år sedan

Porösa dolomitbergarter med håligheter som skulle vara idealiska för geotermisk användning. Kredit: RUB, Marquard

Vätskor som cirkulerar under marken förändrar gradvis stenar över tiden. Dessa processer måste beaktas när man använder stenar som klimatarkiv. Dr. Mathias Müller från forskargruppen för sediment- och isotopgeologi vid Ruhr University Bochum, Tyskland, tillsammans med internationella kollegor, har detaljerat beskrivit vilken klimatinformation som fortfarande bevaras i 380 miljoner år gamla kalkstenar från Hagen-Hohenlimburg.

Vad mer, hans analyser tillåter honom att dra slutsatser om hur lämplig stenen är idag för djup geotermisk användning. Resultaten av hans forskning har publicerats i tidskriften Geochimica et Cosmochimica Acta den 1 juli 2024.

Vy från ena sidan av Steltenberg-stenbrottet: De olika färgade stenarna är produkter av diagenetiska processer under jorden, som har förändrat den ursprungliga kalkstenen. Kredit: RUB, Marquard

För att få en bättre förståelse för dagens klimat kan det hjälpa att titta tillbaka på historien. Forskare använder s.k. proxyer för detta ändamål: indirekta indikatorer på klimatet i naturliga arkiv som iskärnor, trärings eller droppstenar. "Om vi vill lära oss något om klimatet flera miljoner eller till och med miljarder år sedan, undersöker vi sedimentra stenar som kanske till och med har lagrat havsvattentemperaturen från hundratals miljoner år sedan," förklarar Mathias Müller.

Fossiler av koraller och armfotingar i den gråaktiga Massenkalk-kalkstenen som delvis har diagenetiskt omvandlats till ljusbrun dolomitberg längs en vertikal spricka. Kredit: Mathias Müller

Något som kan göra denna typ av omfattande klimatforskning betydligt svårare är den efterföljande förändringen av klimattecknen som lagrats i dessa stenar. Denna process kallas diagenes. Den börjar strax efter sedimentavlagring i havsvatten och kan fortsätta fram till idag. "Mycket gamla stenar är vanligtvis begravda på djup av flera kilometer," säger Mathias Müller. "Förändringar i klimatinformationen orsakas då av heta vätskor som cirkulerar på djupet." Där de kan tränga in i stenen, leder de ofta till rekristallisering eller ny mineralväxt i stenen. Dessutom, när stenar lyfts från djupet upp till jordens yta, påverkas de av vädret. Denna så kallade meteoriska diagenes kan också påverka gammal klimatinformation eller göra den helt värdelös.

Tillsammans med ett internationellt forskarteam rekonstruerade Mathias Müller i detalj vilken klimatinformation från den grunda havet under devontiden som fortfarande är lagrad i stenen i området Hagen-Hohenlimburg och av vilka processer och under vilka förhållanden den sedan har förändrats. Forskarna analyserade många systematiskt insamlade stenprover från Steltenberg-stenbrottet med petrografiska och geokemiska metoder.

"Vi blev överraskade över att förändringarna i stenen möjliggjorde för oss att identifiera ett stort antal betydande geologiska händelser, såsom öppningen av Nordatlanten under juraperioden och början av vecklingen och senare uppmuntran av Alperna hundratals kilometer bort sedan sena kritaperioden," listar Mathias Müller. Han anser att radiometrisk uran-bly-datering är nyckeln till den kronologiska klassificeringen av de så kallade övertryckshändelserna som lagras i stenen. "Vi var särskilt glada att upptäcka under vår forskning att klimatinformation från devonperioden fortfarande kan hittas även i kraftigt överstrukna stenar," betonar forskaren.

Mathias Müller analyserar förändringarna som stenar har genomgått över miljontals år. Kredit: RUB, Marquard

Studiens resultat är också av intresse när det gäller utnyttjandet av stenar för djup geotermisk energi, vilket skulle kunna vara en bidragande faktor till energiomställningen. Att förutsäga vilka förhållanden som kommer att mötas i vilka områden av underjorden har varit en stor utmaning för forskare hittills. "Särskilt i karbonatstenar kan diagenetisk övertryck leda till både utfällnings- och upplösningsfenomen i stenen, vilket kan ha en dramatisk effekt på den potentiella livsdugligheten för geotermisk energi," säger Mathias Müller.

Resultaten från den aktuella studien möjliggör tentativa optimistiska slutsatser att vissa av de karaktäriserade processerna i den djupare underjorden kan ha ökat användbarheten av geotermisk energi. Tillsammans med forskare från Fraunhofer Institutet för energiinfrastrukturer och geotermisk energi IEG och det geologiska survey of North Rhine-Westphalia, syftar Mathias Müller för närvarande att ta reda på vilka implikationer resultaten från jordens yta har för tillämpningen av geotermisk energi på djupet.