5. februar 2008

Hva er det som gjør Mars magnetisk?

Planeten Mars mangler magnetfelt. Likevel kan bergarter på Mars være magnetiske. Hvorfor er det slik? NGU-forsker Suzanne McEnroe har svaret etter nitide studier av magnetisme i stein på vår egen planet.

Nylig ble seniorforsker Suzanne McEnroe ved Norges geologiske undersøkelse (NGU) intervjuet av en journalist i European Science Foundation. Her bringer vi hele historien; om Mars, magnetisme og mange bergarters uslitelige minne:

MAGNET: Mars Express på veg mot den bokstavelig talt magnetiske planeten. Foto: ESA
RØD STEIN: Foreløpig er det Jordens bergarter som har gitt svar på hvorfor stein på Mars er magnetisk. Foto: NASA
"Jordens overflate er et svært så aktivt sted; jordskorpeplatene danser rundt, kontinenter kolliderer, fjellkjeder dannes, hav sklir ned under kontinenter, vulkaner spyr ut lava og aske. Så langt vi vet er Jordens rastløse overflate unik når vi sammenligner den med de andre planetene i vårt solsystem.

Så hva er det som oljer og holder i gang Jordens plater? Forskerne tror hemmeligheten ligger under jordskorpen, i den myke asthenosfæren. For at den underliggende mantelen skal kunne skyve platene rundt på overflaten, er det nødvendig med et lag med smøremiddel. På Mars har smøremiddelet for lengst tørket ut,

FORSKER: Suzanne McEnroe og hennes medarbeidere studerer bergarter på nanonivå. En nanometer er en milliarddels meter.Foto: Halfdan Carstens, GeoPublishing
men på Jorden kan platene fortsatt med letthet skli rundt.

Hvis du kunne plukke opp en stein fra Mars' overflate, er det stor sjanse for at den er magnetisk. Det til tross for at Mars mangler et magnetfelt fra kjernen av planeten. Disse steinene klamrer seg i stedet fast til et signal fra fortidens magnetfelt, for milliarder av år siden, da Mars faktisk hadde et magnetfelt likt Jordens. Så hvordan har disse steinene holdt på den magnetiske retningssansen og hva kan de fortelle oss om Mars?

Merkelig nok kan svarene på disse spørsmålene finnes her på Jorden.

Noen har "Alzheimers"

De fleste kontinentale bergarter på Jorden tilpasser seg til det eksisterende magnetfeltet - de har indusert, eller innledet, magnetisme.

- Jeg betrakter induserte bergarter som å ha "Alzheimers". Dette er steiner som har glemt hvor de er født og hvordan de skal komme seg hjem, sier forsker Suzanne McEnroe ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).

Men likevel, ikke alle Jordens kontinentale bergarter har indusert magnetisme. Noen bergarter nekter hardnakket å følge den siste vekslingen i magnetfeltet. I stedet holder de samme retning som den de er født med. Disse bergartene har hva vi kan kalle en slags restmagnetisme. McEnroe og hennes kolleger har studert noen av Jordens sterkeste og eldste restmagnetiske bergarter, for å finne ut hvorfor de har et så godt minne. Ved å forstå disse steinene, kan det også gi oss noen ideer om hvilken type bergarter vi finner på Mars.

Avdekket i gruve

Et av forskningsprosjektene, i samarbeid med Phil Schmidt og David Clark ved CSIRO i Australia, gjelder en karakteristisk formasjon i Australia. De rundt én milliard år gamle bergartene har en sterk restmagnetisme, mer enn 30 ganger større enn det som er typisk å finne i basalter.

- Akkurat denne forskningen oppsto etter en økonomisk vurdering av en mineralforekomst, forteller McEnroe. Gruveselskapet trodde at bergartene i dette sterkt magnetiske området var indusert og at det var lå verdifull magnetitt i dypet. De ble forvirret da et helt annet mineral, nemlig hematitt, kom ut av borehullet. Hadde de bommet på målet, eller var antagelsene gale? Ved å studere prøvene under et kraftig mikroskop og ved å modellere de magnetiske egenskapene, kunne McEnroe vise at det var nettopp hematitten som var ansvarlig for det sterke magnetfeltet og at dette var en milliard år gammel restmagnetisme.

- Vi kunne se at hematitten inneholdt små partikler, sannsynligvis maghemite, som bar selve magnetismen, forteller McEnroe, som presenterte de nye funnene under konferansen EuroMinScI ved franske Nice i år. Her framkommer det også at mikrostrukturen i bergarten er nøkkelen til hvorvidt den kan holde på restmagnetisme eller ikke.

Stabilt magnetisk signal

Sammen med mineralfysiker Richard Harrison fra Universitetet i Cambridge og Peter Robinsen ved NGU, studerer McEnroe nå bergarter med sterk restmagnetisme fra ulike steder, inkludert USA og Skandinavia. En studie av nær en milliard år gamle bergarter i Norge, viser et avvik i restmagnetismen i samme grad som forskere har observert på Mars. Avviket i magnetismen i disse bergartene dominerer de lokale magnetfeltene i så stor grad at halvparten av Jordens felt er opphevet. Det er nesten umulig å bruke et kompass i slike områder, fordi den sterke restmagnetismen nekter kompasset å peke mot nord.

De fant at bergarter som på nanometerskala inneholdt lameller av ilmenitt og hematitt, bedre er i stand til å holde på sin originale magnetisme enn bergarter uten dette særpreget.

- Når vi plasserer en nanopartikkel av ilmenitt på en hematittvert, skaper vi et sterkt og stabilt magnetisk signal som kan overleve store forandringer i temperatur og magnetfelt over milliarder av år, forklarer Harrison.

Hente stein fra Mars

Men kan dette fortelle oss noe om steinene på Mars? - Bergartene vi har undersøkt er sammenlignbare med de magnetiske bergartene som finnes på Mars, nettopp på grunn av den sterke magnetismen og tiden de har holdt på minnet, sier McEnroe. Det er bevist at mikrostrukturen på nanoskalanivå er gyldig for magnetiske bergarter på Mars.

Likevel, Jordens bergarter kan ikke gi svar på alle våre spørsmål. - Det er ikke slik at det bare er ett mineral eller ett tektonisk miljø på Mars. Det er flere grunner til forsterkede signaler på ulike steder, sier McEnroe. Den eneste måten vi kan få et endelig svar, er å hente stein fra Mars."

Arbeidet er finansiert gjennom Norges forskningsråds Petromaks-program og Eurocore-programmet EuroMinSci ved European Science Foundation.

(Kilde: European Science Foundation; News 10. June 2007, What makes Mars magnetic?)