Geologi och geofysik. Sammanfattande bedömning. Ämnesbeskrivning

Transkript

1 Geologi och geofysik Sammanfattande bedömning Geologi och geofysik studerar den fasta jorden och planetens 4,6 miljarder år långa historia. Samhället behöver kompetens i ämnet för att säkra tillgång till råvaror och energi, samt för riskanalys av naturkatastrofer. Samhällsrelevansen står inte i proportion till ämnets bristande plats i grundskolans läroplaner. Universiteten bedriver emellertid forskning och undervisning i ämnet på hög internationell nivå. Enskilda lärosätens forskningsstyrka finns generellt inom specialiserade delområden. Forskningsmiljöer av hög internationell kvalitet finns idag inom dryga dussinet delområden, där kvartärgeologi, paleontologi, planetär geologi och paleo-oceanografi hör till de mer framträdande. Styrkeområdena karakteriseras ofta av samarbete över traditionella ämnesgränser, nya satsningar på ökad integration mellan process- och fältorienterade studier med modellering, samt tillgång till starka experimentella miljöer och avancerade forskningsplattformar. Delområden som berggrundsgeologi och petrologi har försvagats jämfört med tidigare decennier, men är på god väg att revitaliseras genom nytänkande och omprioritering av forskningsstrategier. Hit hör det planerade svenska djupborrningsprojektet i Jämtlandsfjällen och den pågående transformationen av petrologi från "ämne" till "verktyg". Till utvecklingstrenderna hör ökad integration med modellering, ökad gränsöverskridande forskning, samt ökad samverkan mellan nyfikenhetsdriven och behovsrelaterad forskning avseende naturresurser, riskanalys av naturfenomen som jordbävningar, samt klimat- och miljöutveckling. Ämnesbeskrivning Geologi och geofysik är studiet av planeten Jorden, de material som den består av, de processer som bildar och påverkar dessa material de geologiska avlagringarna samt planetens historia och dess livsformer från urtid till nutid. Geologin studerar de fysikaliska krafter som verkar på Jorden, kemin hos dess material samt biologin och evolutionen hos de djur och växter som bevarats som fossil. Jordens tidigaste historia studeras ofta genom material från solsystemet. Kompetens i geologi och geofysik ställs till samhällets förfogande för att: (i) upptäcka och utvinna naturresurser i form av de råvaror och energikällor som finns i jordskorpan, (ii) identifiera geologiskt lämpliga platser för samhällsbyggande, samt (iii), tillhandahålla kunskap om risker som finns för samhället på grund av att Jorden med dess sfärer (liv, luft, vatten, is, fasta jorden) utgör ett dynamiskt, samverkande system ("biogeosystemet" eller Jordsystemet ) stadd i ständig utveckling. Geologi står som paraplyämne för ett antal delområden som till exempel mineralogi, paleontologi, paleoklimatologi, malmgeologi, tektonik och geomorfologi. Geofysik är den gren av fysiken som omfattar forskning om Jordens fysikaliska egenskaper samt de fysikaliska fenomen som är förknippade med Jorden och dess omgivning. Tillämpad geofysik

2 använder geofysiska metoder för att erhålla geologisk information, lösa problem relaterade till miljö- eller geotekniska frågeställningar samt för prospektering av naturresurser som malm, vatten och energi. Gemensamt för delområdena är att de drivs av geovetenskapliga problemställningar. Styrkor, svagheter och ämnesmässiga trender Styrkor Geologi och geofysik rymmer delområden vars svenska forskare återkommande lyckas publicera resultat i de högst rankade tidskrifterna som Nature, Nature Geoscience och Science. Forskning inom sådana delområden har alstrat internationellt uppmärksammade bidrag och påverkat forskningsfronten. Gemensamma yttre faktorer är att sådana delområden ofta haft tillgång till starka experimentella miljöer och/eller unika forskningsplattformar. Forskning är och lär förbli en färskvara; år 2010 hör följande delområden till denna kategori: - kvartärgeologi (studier om kvartärperiodens utveckling samt inlandsisarnas avlagringar, det senare är i Sverige närmast synonymt med glacialgeologi); - paleontologi (studier om livets komplexa organisation och utveckling över geologisk tid, där ny teknik nyttjas som till exempel DNA-teknik och molekylärbaserad fylogeni); - planetär geologi (studier om de terrestra planeternas utveckling, bland annat genom forskning om meteoriter och astrobiologi); - paleo-oceanografi (studier av havsbottensediment bland annat inom ramen för oceanborrningsprogrammet IODP, samt tillgång till forskningsplattformen Oden i Arktis). Ämnet rymmer ett antal andra delområden som representerar starka och produktiva forskningsmiljöer, som malmgeologi, paleomagnetism, seismologi, tektonik och geodynamik, geofysik (landbaserad och marin), paleolimnologi, samt geomorfologi och paleoglaciologi. Några av ovanstående delområden har en längre tradition av framgångsrik forskning. Andra representerar nyare områden, som uppstått genom förbättrade förutsättningar att kunna ta prover från unika geomiljöer eller genom användande av ny analysteknik, som i sin tur gett möjlighet att angripa viktiga ämnesspecifika frågeställningar som tidigare varit oåtkomliga. Tillgång till starka experimentella miljöer som till exempel NORDSIM och MAX-lab, och unika forskningsplattformar som till exempel I/B Oden är av stor betydelse för ämnets fortsatta utveckling. Svagheter Avsaknad av geologi och geofysik i grundskolan gör ämnet onödigt sårbart inom forskning och högre utbildning, trots sin stora samhälleliga relevans. Ämnets delområden drivs i enskilda fall ofta av några få forskare, vilket innebär att delområdena är nischade till olika lärosäten. Extern forskningsfinansiering förstärker trender, även negativa, i forskningsmiljöerna. Ett exempel är berggrundsgeologi, som trots sina praktiska tillämpningar minskat i betydelse vid flera lärosäten på grund av svårigheter att finna finansiering för djuplodande grundforskning; behovsrelaterad forskning har prioriterats inom delområdet framför den nyfikenhetsdrivna. En ny generation berggrundsgeologer är i färd med att revitalisera delområdet genom nytänkande och omorientering av

3 forskningsproblematiken. Realisering av det svenska djupborrningsprogrammet, inom ramen för kontinentalborrningsprogrammet ICDP, avseende borrningar i Jämtlandsfjällen skulle innebära en kraftfull förstärkning av svensk berggrundsgeologisk forskning. Andra exempel på försvagade delområden är fjärranalys och klassisk petrologi. Petrologin har dock ändrat inriktning från ett "ämne" till ett "verktyg", som används för att angripa viktiga frågeställningar (till exempel jordbävningar). Marin mikropaleontologi och impaktgeologi har minskat, från tidigare relativt starka ställningar. Utvecklingstrender Gemensamt för flertalet ovan nämnda styrkeområden är att vissa utvecklingstrender kan skönjas: (i) ökande andel forskning som överskrider traditionella ämnesgränser, (ii) ökande integration av process- och fältorienterad forskning med modellering, särskilt inom klimat- och miljöområdet, (iii) ökande behov av starka experimentella miljöer och tillgång till unika forskningsplattformar. Samhällets behov av kompetens om "biogeosystemet", som människan lever i och behöver för sin fortlevnad, kommer troligtvis att framtvinga en ökad sammanflätning av grundforskning och tillämpad forskning. Den framtida utvecklingen mot ett långsiktigt hållbart samhälle bygger i hög grad på kompetens i geologi och geofysik: Naturresurser mineral, metaller och energi. Geovetenskaplig forskning står inför stora utmaningar för att kunna upptäcka och vägleda miljömässigt ansvarsfullt utnyttjande av jordskorpans naturresurser. Risker i "biogeosystemet" samhället påverkas av naturkatastrofer, som till exempel jordbävningar, vulkanism, skredrörelser på land och till havs, tsunamis, översvämningar, eller hälsorisker förknippade med geologiska material som tungmetaller och utbränt kärnbränsle. Riskerna omfattar alla rumsskalor från lokala (kusterosion) till globala (klimat). För att samhället skall kunna planera för och vidta riskförebyggande åtgärder krävs fördjupade kunskaper om riskfaktorerna i "biogeosystemet". Globala förändringar och livets utveckling den sedimentära berggrunden utgör ett arkiv över utvecklingen av Jordens klimat och liv. Tidigt i Jordens historia skapade encelligt liv genom fotosyntes en syrerik atmosfär, som var en förutsättning för den senare utvecklingen av flercelligt liv. Haven och jordytan på land har starkt påverkats av de växter och djur som funnits. Flera massutdöenden under Jordens senare historia (500 miljoner år) har abrupt styrt den biologiska evolutionen in på nya vägar, som lett till stora förändringar i Jordens miljösystem. Oceansedimenten har bidragit till att skapa en skarpare kunskapsbild om klimatets globala utveckling under de senaste 100 miljoner åren och tillsammans med andra arkiv, som iskärnor och sjösediment, har kunskapen ökat om hastigheterna med vilka storskaliga och dramatiska miljö- och klimatförändringar ägt rum, som till exempel istiders framväxt och avsmältning, samt extrema värmeperioder, som flertalet forskare kopplar till variationer i den globala kolcykeln. Särskilt stor Global Change -relevans har den yngsta geologin med sina arkiv om Jordens naturliga processer i en värld som i stort påminner om dagens.

4 Hot och möjligheter Baskunskaper behövs inom många, även mindre, delområden, bland annat för att kunna bedriva en bred och forskningsanknuten undervisning i geologi och geofysik, för en tidsenlig utbildning av bland annat geologer. Det är svårt att bygga upp kompetens som försvunnit, vilket gör mindre delområden särskilt sårbara. Viktigt är dock att behålla botten-uppprincipen, som bygger på att individer hittar nya och kommande spetsområden. Framtida världsledande forskningsmiljöer kan mycket väl emanera ur idag mindre delområden, men lär inte göra det om det saknas frön att gro från. Möjligheterna består i en fortsatt öppen syn på forskning inom både de klassiska, befintliga kunskapsområdena och nya avknoppade delområden. Denna kombination ger ökade möjligheter att i framtiden skapa världsledande forskningsmiljöer och att även framgent bedriva en god högre utbildning i geologi och geofysik. Forskningsinfrastruktur Studier i ämnet geologi och geofysik innebär provtagning, analys och tolkning av den fasta jordens mineral, sediment, bergarter och fossil. Geovetenskaplig forskning förutsätter såväl förmåga att kunna ta prover från kritiskt valda platser och miljöer som förmåga att kvantifiera provernas geologiska, fysikaliska, kemiska eller biologiska egenskaper samt bestämma deras ålder. Fältarbete kräver varierande grader och typer av infrastrukturresurser för provtagning av geologiska avlagringar. Marin forskning kräver till exempel tillgång till fartyg medan landbaserad sådan kan ha behov av till exempel helikopterlogistik. Det efterföljande laboratoriearbetet kräver dessutom ofta avancerad analytisk utrustning/instrumentering. Tillgång till infrastrukturresurser som forskningsplattformar och adekvata analysinstrument har gjort det möjligt för svenska geovetare att kunna bidra med forskning av högsta internationella kvalitet. En fortsatt gynnsam utveckling av svensk geovetenskap under den kommande årsperioden förutsätter tillgång till minst fyra (4) större infrastrukturresurser: (1) Mikroanalys och mikroavbildning teknik gör det idag möjligt att utföra kemiska analyser och avbildningar på mikrometer- (10-6 m) och submikrometernivå. Därmed går det att besvara frågor som tidigare var oåtkomliga beträffande Jordens utveckling och de processer som har varit verksamma sedan planeten bildades. För att ge svensk geovetenskaplig forskning möjlighet att fortsätta utvecklas på världsledande nivå bör infrastrukturstöd ges åt att etablera ett geovetenskapligt mikroanalyscentrum. Ett sådant centrum skulle säkerställa långsiktig tillgång till den modernaste utrustningen för analyser och avbildningar. Det skall förvalta och tillgängliggöra ett brett urval av olika analystekniker och instrument för svenska forskare, där tyngre instrument inbegriper en (i) femtosekundlaser kopplad till ett MC-ICP-MS-system för isotop- och spårämnesanalyser av mikroskopiskt små volymer av material, (ii) ett modernt svepelektronmikroskop som opererar under lågt vakuum (ESEM) för analys av till exempel våta prover eller biologiskt material, (iii) en icke-destruktiv röntgentomografisk mikroscanner som ger 3D-bilder på mikrometerskala samt (iv) en tomografisk Ramanspektroskopiutrustning för kemiska analyser av material i tre dimensioner med hjälp av molekylernas unika Raman-spektra, även detta utan att förstöra det analyserade objektet. Ett

5 sådant centrum för mikroanalys och mikroavbildning skulle innebära en kraftfull förstärkning av svensk geovetenskaplig infrastruktur, och skulle även utgöra en attraktiv facilitet för det nordiska och internationella forskarsamhället. (2) Kärnborrningar och borrhålsmätningar på land, i sjöar och till havs ett fortsatt svenskt deltagande i International Continental Drilling Program (ICDP) och Integrated Ocean Drilling Program (IODP) är viktiga för svensk geovetenskap. IODP med dess föregångare Ocean Drilling Program (ODP, ) och Deep Sea Drilling Project (DSDP, , ej svenskt deltagande) har omdanat vår syn på hur jordklotet fungerar som ett dynamiskt samverkande system, och bidrog bland annat till kunskapsuppbyggnaden av 1900-talets stora paradigmskifte inom geovetenskaperna: platt-tektoniken. Dessa program har också omdanat vår syn på klimatutvecklingen under de senaste 100 miljoner åren. Svensk geovetenskaplig forskning gynnas påtagligt av fortsatt engagemang i såväl ICDP som IODP, och bidrar till svenska forskares fortbildning samt exponering i stora internationella geovetenskapliga nätverk som bedriver mycket framgångsrik forskning. Sveriges fortsatta deltagande i båda dessa program representerar en nödvändig infrastrukturresurs för att stärka och vidareutveckla svensk geovetenskap. ICDP borrar i svåråtkomliga geologiska miljöer som till exempel i djupare belägna lagerföljder i stora kontinentalbassänger, eller i sjöar och innanhav. Vetenskapsrådet har nyligen investerat i en ny borrplattform för landbaserade vetenskapliga djupborrningar. Att investera i kärnprovtagning i några strategiskt placerade, flera kilometer djupa borrhål (till exempel Jämtlandsfjällen, Skelleftefältet), samt i efterföljande övervakningsprogram för borrhålsmätningar inom ramen för det svenska djupborrningsprojektet, bör ses som en infrastruktursatsning som kraftfullt skulle stärka svensk berggrundsgeologi och geoteknik. (3) Fartygsresurser svensk polarforskning har tack vare tillgång till en arktisklassad forskarisbrytare (I/B Oden) nått en ledande internationell position inom geovetenskapliga delområden som geologi och geofysik, kemisk och fysisk oceanografi, biogeokemi samt meteorlogi. Det har tagit 20 år att bygga upp denna position. Enskilda forskares externa finansiering har bidragit till den tunga provtagningsutrustning och mätutrustning som transformerat Oden till en forskningsisbrytare av yppersta världsklass. Polarforskningssekretariatet har inte haft, och har inte, resurser för att i egen regi införskaffa, driva, upprusta och serva den tunga utrustning som starkt bidrar till att göra Oden unik. Ett annat problem är att Oden i ökande grad hyrs ut till internationella organisationer (till exempel USNSF, danska staten) eller kommersiella offshoreföretag, vilket minskar tillgängligheten för svenska forskare trots att de varit med och finansierat den utrustning som gör Oden attraktiv på offshoremarknaden. Ett bibehållande av den internationellt sett mycket starka ställning som svensk geovetenskaplig polarforskning uppnått, förutsätter att Odens tunga utrustning och befintliga mätinstrument kommer att drivas rationellt som en nödvändig infrastrukturresurs och inte vara beroende av enskilda forskares externa forskningsmedel. Minst lika viktigt är att Oden görs tillgänglig på säsongsbasis för svenska forskare. Bortom polarforskningens speciella behov av isbrytare finns ett stort behov av fartygsresurser i Sverige för havsforskning, bland annat i Östersjön. En permanent tillgång till ett

6 forskningsfartyg utrustat för tung provtagning (vatten, bottenprover) och geofysiska mätningar skulle ge geovetenskaplig forskning förutsättningar att utvecklas och stärka sin internationella ställning. Ett dylikt forskningsfartyg bör kunna operera året om och kontinuerligt under minst en månad i öppna havsområden. En lösning vore att skapa ett system där man ansöker om fartygstid i en organisation liknande det amerikanska UNOLS: Sjöfartsverket skulle i en sådan lösning kunna få i uppdrag att driva Oden och ett "Östersjöfartyg" med finansiering inom sin statliga budget, där tilldelningen av tid bestäms genom utvärdering av ansökningar hos till exempel Vetenskapsrådet, Formas, K&A Wallenbergs Stiftelse, eller på Europa-nivå. (4) Naturhistoriska samlingar systematiska naturhistoriska samlingar utgör en allmänt tillgänglig kunskapskälla om Jordens och livets uppkomst och senare utveckling samt de processer som kontinuerligt (om)formar vår planet. Sådana samlingar har byggts upp främst i Europa och Nordamerika, som innehåller uppemot tre miljarder beskrivna prover av växter, djur, svampar, fossil, mineral och bergarter. Till detta kommer kärnrepositorier för borrade prover från berggrund, malmer, oceanbottnar och de stora inlandsisarna. Mycket av samlingsmaterialet är oersättligt. Inga samlingar är heltäckande varför det pågår ett ständigt nysamlande och en omfattande låneverksamhet mellan olika forskare och forskargrupper. Modern teknik har drastiskt ökat möjligheterna att tillgängliggöra information om föremål i naturhistoriska samlingar. Arbetet med att registrera miljontals museiföremål i moderna databaser är i sig gigantiskt. Idag finns i genomsnitt kanske 10% av de viktigare samlingarna i Europa och Nordamerika registrerade i databaser. Utifrån dessa kan användare via internet skaffa sig en översikt av vilka föremål som finns i en viss samling. Genom sökmotorer som kopplar samman informationen från olika databaser öppnas helt nya möjligheter till överblick och samordning såväl nationellt som internationellt. Stora summor har investerats för att bygga upp samlingar. För att samlingar ska kunna bevaras för framtiden krävs att de förvaras i god ordning och på ett sätt som förhindrar att de förstörs. Samlingar fortsätter växa genom nyaccession. Detta kräver utrymme och förvaringsförhållanden som gör att materialet bevaras. Det saknas kvalificerad överblick över vilka samlingar som finns i Sverige. Situationen är densamma i de flesta länder. Situationen för geovetenskapliga samlingar har nyligen lyfts i USA som en nationellt viktig strategisk fråga. I samarbete med Naturhistoriska riksmuseet bör infrastrukturmedel satsas på att inventera, dataföra och därmed tillgängliggöra de geovetenskapliga samlingarna i Sverige.