Tyngdemåling fra satellit
Pladetektonik
Sumatra jordskælvet

Tyngdemåling fra satellit
En række satellitter er udstyret med radar til at måle afstanden mellem satellitten og jordens overflade. Disse satellitter kredser ligesom de andre jordobservationssatellitter typisk rundt om jorden i 700 km højde med 25.000 km/time. Satellitterne måler afstanden mellem satellitten og havets overflade med radar med en nøjagtighed på få centimeter.
Da man kender satellitternes positioner kan man bestemme havets højde med få centimeters nøjagtighed. Ved at tage et gennemsnit af højde-observationerne over et 3-10 km2 stort område fjernes variationer som skyldes bølger, storme og tidevand.

Det viser sig at havet har bakker og dale og havets højde varierer med op til 160 meter. Mennesket kan ikke se disse højdevariationer da deres udstrækning er meget stor, men man kan observere dem fra satellit.

Disse højdevariationer skyldes variationer i tyngden. Tyngden afspejler det materiale der findes i undergrunden. Tyngden varierer fra sted til sted da massefylden/tætheden af det underliggende materiale varierer. Disse ændringer er uhyre små i forhold til jordens totale tyngdefelt og kan normalt kun måles med meget fintfølende instrumenter monteret på skibe.

Det største bidrag til tyngens variationer skyldes variationer i havets dybde. Det er fordi vand vejer ca. 2,5 gange mindre end de sten, som udgør den yderste jordskorpe. Eksempelvis vil massen af et undersøisk bjerg øge tyngden tæt på bjerget på grund af tiltrækningen fra bjerget (Newtons lov for massetiltrækning). Bjerget vil derfor trækker vandet til sig og herved øge højden af havets overflade en lille smule hen over bjerget. Det er disse højdevariationer satellitten kan observere. Denne opdagelse betød, at danske forskere, som de første i verden, kunnet kortlægge tyngdens variationer over det meste af jorden med satellit.

Man kan sammenkæde ændringer i tyngdefeltet med ændringer i havbundens højdeforhold, og med satellitmålinger har man gennem de seneste 10 år været i stand til at bestemme havdybderne meget mere nøjagtig end man kunne tidligere fra skibs- og ubådsobservationer. En tommelfinger regel siger at 1 meters ændring i havdybden ændrer tyngden på overfladen med omkring 0.1 milli-Gal (hvor normal tyngden er ca 978 gals = 9.78 m/s2)

Figur 1 viser Jordens tyngde-variationer kortlagt fra satellit altimetri. Tyngde-variationerne er meget små i forhold til selve jordens tyngde og de angives i milli-Gal (mGal). Ti milli gal svarer til en milliontedel af selve jordens tyngde så variationer kan kun registreres med utroligt følsomme måle instrumenter.

Røde og gule områder i tyngdekortet er områder med høj tyngde. Her finder man materiale med høj massefylde i undergrunden. Blå og grønne områder er områder hvor tyngden er lavere end normalt.

Pladetektonik
Jordens yderste skal er opbygget af 10 store lithossfære plader og 10 mindre plader som man har navngivet. Varm stenmasse kryber langsomt opad fra flere tusinde kilometers dybde og skubber til de plader, der udgør jordens ydre skal. De steder, hvor pladerne er tunge og kolde, synker de ned i jordens dyb. Under kontinenterne er pladerne meget tykke (100-300 km) men under oceanerne er pladerne tynde (6-100 km).

Langs jordens pladegrænser, hvor lithosfærepladerne mødes, opstår der tre forskellige typer jordskælvszoner som samtidig er kendetegnet ved karakteristiske tyngdefeltsvariationer. Disse jordskælvszoner kan derfor kortlægges fra satellit:

* Konstruktive pladegrænser. Spredningszoner hvor pladerne glider fra hinanden og ny skorpe dannes.
* Destruktive pladegrænser. Subduktionszoner/overskydningszoner hvor en plade presses ned under en anden og omdannes.
* Bevarende pladegrænser, hvor pladerne glider horisontalt langs hinanden.

Desuden finder man hot-spots der ses som undersøiske vulkaner eller i tilfældet Hawaii som en vulkanø.

Vi vil i det følgende kun se på to af disse zoner. Dette er spredningszoner og subduktionszoner.

Konstruktive pladegrænser
I en spredningszone, hvor pladerne bevæger sig væk fra hinanden, vælter magma op fra jordens indre i sprækken og danner en lang bjergkæde på havbunden med en glødende sprække i midten. En sådan bjergkæde kaldes for en midt-oceanryg.

Destruktive pladegrænser

I subduktionszonerne, hvor en plade presses ned under en anden plade (subduceres), er situationen en helt anden.

Figur 3 viser hvordan den tynde oceanplade presses ind under den tykke Kontinentplade. Ved at følge dybden hvori jordskælvene udløses (angivet med gule stjerner ), kan man se hvorledes pladen presses dybt ned i den underlæggende Asthenosfære, hvor den efterhånden forsvinder.

Jordskælvene forekommer i en zone (Benioff zone), hvor de to plader presses mod hinanden og man kan se, hvorledes jordskælvene udløses helt ned til 700 km dybde, inden materialet bliver for varmt og blødt til, at jordskælv kan udløses.

Man kan se af figuren, at den tynde oceanplade allerede begynder at bøje ned, inden den møder den tykke kontinentalplade. Denne zone er typisk 10-30 km brede og denne zone kan genfindes på tyngdefeltet. I disse nedbøjningszoner kan oceanets blive op til 11 km dybt som man eksempelvis ser i Marianergraven, hvor Stillehavspladen presses ind under den Filippinske plade.

Man har været i stand til at kortlægge de undersøiske subduktionszoner ud fra havdybderne, da det er her og kun her, man finder de meget store havdybder (se Figur 4).

Subduktionszonerne ses tydeligt i figur 4 som blå områder i tyngdefeltet, fordi tyngden bliver mindre, da dybgravene er fyldt med vand, der er meget lettere end det omliggende stenlag.

GPS-målinger viser pladernes bevægelser

GPS satellitterne kredser rundt om jorden i ca. 20.000 kilometers afstand. Ved at måle afstanden mellem en GPS modtager på jorden og minimum 4 GPS satellitter i rummet kan man bestemme positionen af GPS modtageren på jordoverfladen.

Systemet fungerer ved hjælp af radio-signaler og ultra-præcise ure, der måler den tid det tager radiosignalet at nå fra satellitten og ned til modtageren på jorden.

Da modtageren præcist ved, hvor alle GPS satellitterne befinder sig, kan modtageren herved bestemme sin egen position. Med specielle GPS stationer kan man i dag nøjagtigt registrere, hvor hurtigt lithossfære pladerne bevæger sig i forhold til hinanden.

Figur 5 viser et eksempel på sådanne målinger af bevægelsen af de store plader bestemt med GPS. Skalaen er nederst i højre hjørne. Specielt kan man se at Europa og USA bevæger sig fra hinanden langs den midtatlantiske spredningszone, og at afstanden mellem de to kontinenter øges med ca. 5 cm om året. Man kan også se, at Australien bevæger sig op i Indonesien.

Sumatra jordskælvet
Sumatra-jordskælvet den 26. december 2004 er langt det største jordskælv der har fundet sted efter man har været i stand til at observere jorden fra rummet med avanceret teknologi.

Skælvet målte 9.3 på Richterskalaen og havde epicenter ude i vandet lige vest for det nordligste Indonesien.

Med GPS var forskerne for første gang i stand til at kortlægge nøjagtigt hvor meget og i hvilken retning pladerne bevægede sig i forbindelse med disse to jordskælv.

Sumatra jordskælvet opstod jordskælvet i subduktionszonen, der løber vest for Sumatra, hvor den indiske ocean plade presses ind under den lille tykke Burmesiske kontinentalplade.