MENY

Klimaforskning med laser og vannrør

Balansen i havstrømmene forrykkes av global oppvarming. Nå går petroleums- og klimaforskere sammen for å forstå hva som skjer under Atlanterhavets overflate.

  • Rørsystem med målere og brytere
    Gjennom disse rørene simuleres Atlanterhavets strømmer
  • /Store bilder for nye www.uis.no - min. 1400 piksler/Forskning/NORTH_laser_1400px_1038_11_06_15.jpg (rw_largeArt_1201).jpg
    Laserlys gjør det mulig å studere partiklene i væske.
  • /Nyhetsbilder/Ansatte/NORTH_teamet_messanin_1400px.jpg (rw_largeArt_1201).jpg
    UiS-teamet, fra venstre: Studentene Tor David Østvold og Einar Marvik, senioringeniør Herimonja A. Rabenjafimanantsoa og professor Rune Wiggo Time.
  • /Store bilder for nye www.uis.no - min. 1400 piksler/Forskning/NORTH_måleinstrument_1035_11_06_15.jpg (rw_largeArt_1201).jpg
    Relevante måleinstrumenter hører med.
  • /Store bilder for nye www.uis.no - min. 1400 piksler/Forskning/Google-Earth-havtemperaturer.jpg (rw_largeArt_1201).jpg
    Temperaturen i have er viktig for klimaet på jorden (Kilde: Google Earth)

Kan havstrømninger etterlignes i et laboratorium? Ja, mener forskere ved Bjerknessenteret i Bergen og UiS. De har bygget en 4,5 meter høy sløyfe av plastrør, en laserkanon og avansert måleutstyr for nettopp dette formålet.

Global sirkulasjon
Atlanterhavets mange vannstrømmer går i ulike retninger og på forskjellige dyp i havet. Når man skal forstå disse strømmene, er sjøvannets saltholdighet og temperatur viktige faktorer.

Storskala havstrømninger drives ikke bare av vind, men også av endringer i vannets temperatur («thermo») og saltholdighet («halo»). Disse påvirker tettheten i vannet, slik at det utvider seg eller trekker seg sammen. Disse fysiske endringene skaper bevegelse i vannmassene og bidrar til å forme en global sirkulasjon av strømmer, fra de varmeste tropehav til de kaldeste polarstrøk.

Hele dette systemet kalles «den thermohaline sirkulasjonen» og Golfstrømmen er en viktig del av det. Golfstrømmens nordatlantiske avgreining passerer Norge på vei mot Polhavet, og en returstrøm passerer Grønland og Færøyene på vei sørover igjen.

Simulering
Det er dette systemet som nå skal gjenskapes i et laboratorium på Universitetet i Stavanger. Vann med varierende temperatur og saltholdighet skal sirkulere gjennom plastrør, i et forsøk på å simulere dette viktige kretsløpet i havet.

Eksperimentene skjer på det såkalte Flerfaselaboratoriet ved Institutt for petroleumsteknologi. I dette laboratoriet kan ulike væsker (på fagspråket kalt faser) sendes gjennom rørsløyfer og kanaler. Ved hjelp av avansert måleutstyr som høyhastighetskamera, laser eller ultralyd, kan forskerne undersøke væskestrømninger i kombinasjoner med gasser eller partikler.

Fra olje til klima
Denne typen eksperimenter gjøres vanligvis for å undersøke flyten av olje og gass i transportrørledninger og for å sirkulere ut borekaks-partikler under boring av lange, dype brønner.

Professor Rune Wiggo Time og senioringeniør Herimonja A. Rabenjafimanantsoa ser imidlertid også andre bruksområder. De vil bruke lignende strømningssystemer til å studere nettopp de havstrømmene som klimaforskerne på Bjerknessenteret er opptatt av.

Skreddersydd
Heldigvis er det høyt under taket på laben, der gjennomsiktige plastrør er koblet sammen til en 4,5 meter høy, lukket sløyfe. På innsiden drives en vannstrøm gjennom rørene «termohalint», uten bruk av pumper.

– Sløyfa og sirkulasjonsmønsteret likner det vi bruker i eksperimenter med «gassløft» i brønner for økt oljeutvinning, sier professor Time.

Forskerne må likevel lage flere skreddersydde løsninger for å simulere havstrømmene. De skal blant annet utvikle raske, svært følsomme temperaturmålere og et datadrevet styringssystem for å måle og regulere temperatur og saltinnhold i vannet på ulike steder i sløyfa.

Kretsløp
I det virkelige havet er det slik at vannet som kommer sørfra i Atlanteren er varmt og har høy saltholdighet. Selv om salt gjør vannet tyngre, mer enn oppveies dette av varmen, som gjør vannet lettere. Derfor ligger havstrømmen normalt høyt på vei nordover – typisk over de øverste 400-800 meter av vannsøylen.

I arktiske strøk kjøles vannet ned, men blir samtidig mindre salt på grunn av ferskvann fra elver og is i og rundt Polhavet. Selv om saltholdigheten er lavere her, synker vannet på grunn av kulda og blir til en «dypvannstrøm» på vei sørover igjen.

Slik går kretsløpet rundt og rundt.

Men noe har endret seg.

Hårfin balanse
Den hårfine balansen mellom saltholdighet og temperatur har i senere år blitt forrykket på grunn av global oppvarming, økt nedbør og forsterket issmelting. Smelting av Grønlandsisen er en viktig faktor i dette bildet.

Økt tilførsel av ferskvann fører til at overflatevannet blir lettere, som igjen kan føre til at vi ikke får så mye varmt vann fra Nord-Atlanteren opp langs norskekysten.

Det foregår stadige diskusjoner blant havforskere om hvorvidt den termohaline sirkulasjonen, inkludert Golfstrømmen, bremses noe på grunn av dette.

Kompliserte sammenhenger
Når eksperimentet er i gang, kommer UiS-forskerne til å gjøre målinger av vannets ferd gjennom den simulerte havstrømmen. Målingene skal bidra til å justere og sjekke holdbarheten i modellene for havstrømmene.

– Hvor troverdige data vil dere få?

– De teoretiske modellene beskriver strømningen i havet på en ganske grov, men god måte. Virkeligheten er mer komplisert, det finnes mange lag av «elver» i havet og det finnes mange vanskelig forutsigbare drivkrefter, sier Time.

Eksperiment
Noen drivkrefter er meteorologiske, knyttet til nedbør, vind, bølger og fordamping. Andre er såkalte treghetskrefter -  blant annet knyttet til hvor lenge dyphavene globalt transporterer og oppbevarer sine kalde og tunge vannstrømmer.

– Laboratorieeksperimentet vårt følger teorien så godt det lar seg gjøre og vil vise om enkelte faktorer faktisk fanges inn her uten å være tatt inn i den enkle matematiske modellen. En viktig fordel med eksperimentet vårt er også at det med mindre modifikasjoner kan gjøres mer omfattende for å fange opp enda flere nyanser, sier Time.

Studenter er med
To masterstudenter er også blitt involvert i prosjektet. Tor David Østvold, som studerer petroleumsteknologi, boring og brønn, og Einar Marvik som tar industriell økonomi, har fått deltidsjobber som laboratorieassistenter. De har blant annet testet måleutstyr og bygget rørsystemet.

Petroleumsstudentene synes det er spennende å være med på klimaforskning.

– Jeg hadde ikke i min villeste fantasi trodd at vi kunne bruke dette utstyret til å simulere havstrømninger. Her har forskerne tenkt «ut av boksen», sier Østvold.

Brukes i undervisning
– Tverrfaglighet er viktig. Oljeindustrien har gjort mye som har vært basert på kunnskap fra medisinsk teknikk. Og så har de utviklet mye som vi nå kan bruke på andre områder. Vi vet for eksempel mye mer om jordens oppbygning på grunn av petroleumsgeologien, sier Marvik.

Labsløyfen de har vært med å lage vil også bli brukt til undervisning i måleteknikk og danne utgangspunkt for både bachelor- og masteroppgaver.
 

Tekst og foto: Leiv Gunnar Lie

 

UiS logo