Voor aardwetenschappers zijn dit belangrijke vragen terwijl we proberen de projecties te verbeteren om gemeenschappen voor te bereiden op gevaarlijke gebeurtenissen in de toekomst.

We vertrouwen op instrumentele metingen, maar dergelijke gegevens zijn vaak kort. Om deze uit te breiden maken we gebruik van geologische archieven. En de kern van dit onderzoek is geochronologie:een toolkit van geologische dateringsmethoden waarmee we absolute leeftijden aan gesteenten kunnen toekennen.

De afgelopen jaren hebben we een geavanceerde techniek gebruikt die bekend staat als kosmogene oppervlakteblootstellingsdatering. Hiermee kunnen we de tijd kwantificeren die een steen aan de oppervlakte heeft doorgebracht, blootgesteld aan signalen uit de ruimte.

Kosmische straling gebruiken als klok

De aarde wordt voortdurend gebombardeerd door hoogenergetische geladen deeltjes, bekend als kosmische straling, afkomstig uit de diepten van onze Melkweg. De meeste worden onderschept door het magnetische veld en de atmosfeer van de aarde. Maar sommige zijn energiek genoeg om het aardoppervlak te bereiken.

Bij een botsing breken ze atomen van gemeenschappelijke elementen in de aardkorst af, zoals silicium en zuurstof, om nieuwe zeldzame elementen te creëren die bekend staan ​​als kosmogene nucliden.

De aanwezigheid van kosmogene nucliden in rotsen en sedimenten aan het aardoppervlak is een duidelijke indicator voor atmosferische blootstelling. Hun overvloed vertelt ons hoe lang het gesteente is blootgesteld.

Kosmische straling werd voor het eerst ontdekt in het begin van de 20e eeuw, maar het duurde bijna een eeuw voordat voldoende gevoelige deeltjesversnellers beschikbaar kwamen om nauwkeurig het kleine aantal zeldzame atomen te tellen dat werd geproduceerd toen ze de aarde raakten.

Tegenwoordig vertegenwoordigt datering van kosmogene oppervlakteblootstelling een primaire techniek voor het kwantificeren van de snelheden en data van verschillende processen op het aardoppervlak.

Timing van de ineenstorting van de berg

In het zuidoosten van Fiordland is de aardverschuiving van Green Lake een van de grootste aardverschuivingen op aarde. Het grote formaat is vooral ongebruikelijk gezien de relatief kleine afmetingen van de bergen waar het vandaan komt.

Eerder onderzoek suggereerde dat de aardverschuiving werd veroorzaakt door het terugtrekken van een grote gletsjer die vroeger de berghelling ondersteunde.

Gezien de huidige terugtrekking van de gletsjers probeerden we deze hypothese te testen door rotsblokken te verzamelen op het oppervlak van de aardverschuiving in het Green Lake. Deze rotsen waren voorheen beschermd tegen kosmische straling in het binnenland van de bergen voordat ze door de aardverschuiving werden blootgelegd.

Onze metingen leverden een blootstellingsleeftijd op van ongeveer 15.500 jaar, wat 3.000 tot 4.000 jaar na het einde van de laatste ijstijd in de Zuidelijke Alpen ligt. Uit dit resultaat concluderen we dat het onwaarschijnlijk is dat deglaciatie de voornaamste oorzaak is geweest van deze spectaculaire instorting van de bergen. In plaats daarvan wijzen onze bevindingen op een extreem grote aardbeving als de meest waarschijnlijke trigger.

Hoe vaak stoten vulkanen lava uit?

Uitbundige (lava-producerende) vulkaanuitbarstingen hebben de grote kegel van Mount Ruapehu gevormd, de hoogste berg van het Noordereiland.

Ondanks enkele explosieve episodes in de 20e eeuw, zijn er geen waarnemingen van uitbarstingen die lavastromen veroorzaken. Toekomstige uitbundige gebeurtenissen zouden de vulkanische kegel fundamenteel kunnen hervormen, met mogelijke gevolgen voor de lokale infrastructuur.

Maar hoe vaak komen zulke uitbarstingen voor?

Ondersteund door de nationale wetenschappelijke uitdaging Resilience to Nature hebben we getest of kosmogene dateringen ons kunnen helpen bij het bepalen van de herhalingsintervallen van lavaproducerende uitbarstingen op Mount Ruapehu in de afgelopen 20.000 jaar.

We vonden de door de berg uitgestoten lava in clusters van uitbarstende activiteit die millennia lang konden aanhouden. De kosmogene gegevens leverden ook nauwkeurigere data op voor recente prehistorische uitbarstingen, vergeleken met die van andere gebruikelijke vulkanische dateringstechnieken zoals paleomagnetische en radiometrische methoden.

Het volgen van het smelten van ijs

Vóór kosmogene nuclidenmetingen vertrouwden gletsjergeologen die de ouderdom van sedimenten probeerden te bepalen op toevallige ontdekkingen van fossiel plantaardig materiaal voor radiokoolstofdatering. In alpiene en poolgebieden, waar de meeste gletsjers voorkomen, is dergelijke materie zelden beschikbaar.

Kosmogene nucliden lossen dit probleem op als gletsjers rotsen uit hun basis halen en deze naar de oppervlakte transporteren, waar ze op heuvelhellingen en morenen rusten en hun kosmische signaal beginnen te verzamelen.

Met steun van het New Zealand Antarctic Science Platform hebben we deze techniek toegepast om de recente evolutie van de Byrd-gletsjer te reconstrueren, een grote uitlaatklep van de Oost-Antarctische ijskap.

Glaciale kasseien, getransporteerd vanuit het Antarctische binnenland en afgezet op hellingen aan weerszijden van de stromende gletsjer, geven aan hoe hoog de gletsjer in het verleden was.

Uit ons onderzoek blijkt dat de gletsjer ongeveer 7.000 jaar geleden met minstens 200 meter dunner werd tijdens een periode van relatieve mondiale klimaatstabiliteit. Deze resultaten bieden zeldzame driedimensionale informatie die kan worden gebruikt om computermodellen te evalueren die worden gebruikt om veranderingen in de ijskap in het verleden, het heden en de toekomst te simuleren.

De stijgende zeespiegel is een van de grootste uitdagingen waarmee de beschaving deze eeuw wordt geconfronteerd. De onzekere reactie van de ijskappen op de klimaatverandering belemmert momenteel echter de projecties.

Specialisten op het gebied van kosmogene nucliden proberen nu ambitieus gesteentemonsters te verzamelen onder gevoelige delen van de huidige ijskappen. Het testen ervan op kosmische signalen zal belangrijke inzichten opleveren over het potentieel van het toekomstige smelten van ijskappen.

Aangeboden door The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.