Bodemonderzoekers van Medusa op expeditie naar Spitsbergen (4)
Zijn geofysische meettechnieken geschikt om het smelten van de permafrost, de permanent bevroren ondergrond, op Spitsbergen in kaart te brengen?
Om die vraag te beantwoorden ging Medusa Explorations met een aantal wetenschappers op expeditie. In deel 4 van ons expeditieverslag: de eerste resultaten van de metingen.
Verandering van klimaat
Het klimaat is wereldwijd aan het opwarmen. In het noordpoolgebied is het opwarmen nog sterker door het verdwijnen van zeeijs en sneeuw en de extra waterdamp die daardoor in de atmosfeer komt. Deze waterdamp houdt net als CO2 warmte vast en zorgt daarnaast voor wolkvorming en veel meer regen. De hogere temperatuur en de toegenomen neerslag tasten de gletsjers en de permanent bevroren bodems (permafrost) aan.
Het verdwijnen van de permafrost kan leiden tot aantasting van (archeologisch) erfgoed dat
tot nu toe in de bevroren bodem eeuwenlang be- waard is gebleven. Nabij de kust is de ontdooide bodem minder stabiel en gevoelig voor afslag, deels ook bevorderd door een versterkte golfslag vanwege het ontbreken van ijs voor de kust. Door die veranderde situatie worden archeologisch belangrijke sites bedreigd. Er is meer kennis nodig om een juiste inschatting te maken voor het beleid ten aanzien van dit erfgoed.
Bodemscans
Met geofysische metingen zijn we in staat om zonder daadwerkelijk in de bodem te gaan, informatie over de bodemopbouw en samenstelling te verzamelen. De volgende technieken zijn ingezet om informatie over de graven en de diepte van de ijslaag te verkrijgen:
- GPR (Grondradar)
- EM (ook wel EMI; electromagnetische inductie)
- Gammaspectrometrie
Grondradar (GPR)
Een grondradar is een geofysisch apparaat dat in staat is om textuurverschillen in de bodem te meten. Bij het meten wordt een hoogfrequente radiopuls door de zendspoel uitgezonden. Deze reflecteert op lagen of objecten die andere elektromagnetische eigenschappen hebben dan de bodem eromheen.
Als de bodem uit ijs bestaat, zijn de elektromagnetische eigenschappen anders dan wanneer het uit water of lucht bestaat. Door die veranderde eigenschap na ontdooien wordt de overgang tussen de actieve laag en de permafrost gereflecteerd en is deze te zien als een doorlopende laagovergang in de radarbeelden.
GPR mapping of Permafrost at Svalbard
EM
EM, ook wel EMI (Electromagnetische inductie) is in staat om verschillen in textuur zichtbaar te maken. De CMD mini-Explorer is een EMI-sensor die het geleidingsvermogen van de bodem meet. Het elektrisch geleidingsvermogen wordt beïnvloed door geleidende elementen in de bodem zoals de hoeveelheid klei, leem, vocht en zouten. Wanneer het aanwezige vocht uit ijs of water bestaat geeft dit een andere geleiding.
Gammaspectrometer
De Gamma-spectrometer is een geofysisch meetsysteem dat is ontwikkeld voor de bepaling van textuur van de toplaag (bovenste 50 cm) van de bodem. De sensor meet de (van nature voorkomende) radioactieve straling uit de grond. Een klein deel van deze gemeten straling is afkomstig van het verval van radongas dat vanuit de diepere lagen komt. De diepte van de permafrost heeft mogelijke effect op het aandeel aan radongas.
Mapping permafrost with an MS-1000 gamma spectrometer at Svalbard
Resultaten
Op de velden is de permafrost ook op de “traditionele” manier gemeten. Hiervoor zijn ijzeren staven in de grond gedrukt en wanneer dit niet meer lukte was de permafrost bereikt. Door dit op verschillende locaties te doen wordt een redelijk gemiddelde gekregen. Deze metingen zijn vervolgens vergeleken met de metingen van de grondradar en EM.
De eerste resultaten van de bodemscans laten zien dat de diepteligging van de permafrost goed in beeld is te brengen. Om de verschillen voor elk graf te bepalen is echter nog verder onderzoek nodig.
EM profiel met onderscheid tussen niet bevroren zone en permafrost
Diepteverloop permafrost in het grondradarprofiel aangegeven met rode lijn op Svalbard
Een compleet artikel over het onderzoek is recent gepubliceerd in de Paleoaktueel.
Vervolg
In samenwerking met het arctisch centrum wordt nu de complete dataset geanalyseerd. Met deze kennis zal Medusa Explorations aanmonsteren op de 2020 SEES expeditie voor nieuw onderzoek.
