Ett internationellt team ledd av geologen Michael Strasser har använt nya metoder för att analysera sedimentavlagringar i Japan Trench för att få nya insikter om kolets kretslopp.

I en tidning som nyligen publicerades i Naturkommunikation , geologen Michael Strasser presenterade de första resultaten av en månadslång forskningsexpedition utanför Japans kust. Forskningssatsningen hade organiserats i mars 2012 av MARUM - Centrum för marin miljövetenskap. Strasser, som fram till 2015 var biträdande professor i sedimentdynamik vid ETH Zürich och nu är professor i sedimentgeologi vid universitetet i Innsbruck, tog dit ett internationellt team för att studera dynamiska sedimentremobiliseringsprocesser utlösta av seismisk aktivitet.

På ett djup av 7, 542 meter under havsytan, laget tog ett kärnprov från Japan Trench, en 800 km lång havsgrav i den nordvästra delen av Stilla havet. skyttegraven, som är seismiskt aktiv, var epicentrum för jordbävningen i Tohoku 2011, som skapade rubriker när det orsakade kärnkraftssmältan i Fukushima. Sådana jordbävningar sköljer enorma mängder organiskt material från grunda ner till djupare vatten. De resulterande sedimentlagren kan alltså användas senare för att samla in information om jordbävningarnas historia och kolets kretslopp i djuphavet.

Nya dejtingmetoder i djuphavet

Den aktuella studien gav forskarna ett genombrott. De analyserade de kolrika sedimenten med radiokoldatering. Denna metod - att mäta mängden organiskt kol såväl som radioaktivt kol (14C) i mineraliserade föreningar - har länge varit ett sätt att bestämma åldern på enskilda sedimentlager. Tills nu, dock, det har inte varit möjligt att analysera prover från djupare än 5, 000 meter under ytan, eftersom de mineraliserade föreningarna löses upp under ökat vattentryck.

Strasser och hans team var därför tvungna att använda nya metoder för sin analys. En av dessa var vad som kallas online-gasradiokolmetoden, utvecklad av ETH doktoranden Rui Bao och Biogeoscience Group vid ETH Zürich. Detta ökar effektiviteten avsevärt, eftersom det bara krävs ett enda kärnprov för att göra mer än hundra 14C-åldersmätningar direkt på det organiska materialet som finns i sedimentet.

Dessutom, forskarna tillämpade mätmetoden Ramped PyrOx (pyrolys) för första gången vid dateringen av djuphavssedimentlager. Detta gjordes i samarbete med Woods Hole Oceanographic Institute (U.S.), som utvecklade metoden. Processen innebär att organiskt material bränns vid olika temperaturer. Eftersom äldre organiskt material innehåller starkare kemiska bindningar, det kräver högre temperaturer för att brinna. Det som gör denna metod ny är att den relativa åldersvariationen av de individuella temperaturfraktionerna mellan två prover mycket exakt skiljer åldersskillnaden mellan sedimentnivåer i djuphavet.

Dejta jordbävningar för att öka prognosnoggrannheten

Tack vare dessa två innovativa metoder, forskarna kunde fastställa den relativa åldern för organiskt material i enskilda sedimentlager med en hög grad av precision. Kärnprovet de testade innehöll äldre organiskt material på tre ställen, samt högre grad av kolexport till djuphavet. Dessa platser motsvarar tre historiskt dokumenterade men hittills oprecist daterade seismiska händelser i Japan Trench:Tohoku-jordbävningen 2011, en icke namngiven jordbävning 1454, och jordbävningen i Sanriku 869.

Just nu, Strasser arbetar med en storskalig geologisk karta över sedimentens ursprung och frekvens i djuphavsgravar. Att göra så, han analyserar flera kärnprover tagna under en uppföljande expedition till Japan Trench 2016. "Identifieringen och dateringen av tektoniskt utlösta sedimentavlagringar är också viktigt för framtida prognoser om sannolikheten för jordbävningar, " säger Strasser. "Med våra nya metoder, vi kan förutsäga återkommande jordbävningar med mycket mer precision."