Tirsdag 17.10.2017 - Uke 42

logo

Samarbeidspartnere

Etter nærmere 80 år med diskusjoner, er det fremdeles ingen enighet blant forskerne om hva mantelens viskositet er. Kan gamle strandlinjer gi svaret på gåten?


530x404 fig1Figur 1. Isbreen over Skandinavia for 12 000 år siden. Utbredelsen er kartlagt av Hughes m.fl. (2016) og istykkelsen (i meter) er modellert som beskrevet i lenken lenger ned

I del 1 konkluderte vi med at relaksasjonsspektrene for sentrale deler av Skandinavia kan matches med to ganske forskjellige viskositetsmodeller – den ene med forholdsvis lav viskositet i øvre mantel og betydelig høyere viskositet i nedre mantel (Steffen- og Peltier-modellene), og den andre med en lavviskøs astenosfære over en mantel med uniform viskositet (astenosfæremodellen).

Begge typer passer like godt med relaksasjonsspektrene etter McConnell.

Men begge deler kan jo ikke være riktig. Kanskje er det slik at landhevningen ikke kan fortelle oss hva viskositeten i mantelen virkelig er. Må vi slå oss til ro med at vi ikke finner ut av det?

Den ene type modell forutsetter altså en tykk litosfære, den andre en svært tynn litosfære.

Hvis vi kan bestemme den elastiske litosfæretykkelsen under Skandinavia, så kan det hjelpe oss å avgjøre hvilken viskositetsmodell som er mest realistisk. Er det mulig?

La oss først se hva litosfæren gjør med islasten før mantelen begynner å bevege seg, og hvordan dette påvirker modellert landhevning.

LES OGSÅ: Hvor tykk var isen under siste istid?

Isdekket og litosfæren

Figur 1 viser antatt utbredelse og tykkelse av isbreen over Skandinavia for 12 000 år siden. Når denne ismodellen legges på overflaten, vil mantelen ikke reagere på den virkelige isbreen, men en filtrert versjon av isbreen.

Hvis litosfæren er tykk, vil filteret være svært effektivt, mens en tynn litosfære vil «slippe gjennom» også mindre tykkelsesvariasjoner av isen. Se mer om dette her:

Isostasi – en viktig geologisk prosess

530x452 fig2Figur 2. Differanse (i meter) mellom tykk litosfærefilter og tynn litosfærefilter anvendt på islasten i figur 1. En tykk litosfære gjør islasten tynnere og mer utstrakt enn en tynn litosfære

Figur 2 viser forskjellen på virkningen av et effektivt filter (tykk litosfære) og et mindre effektivt filter (tynn litosfære) på islasten i figur 1. Her ser vi at mantelen under en 100 kilometer tykk litosfære vil reagere som om det ligger is langt utenfor nediset område (blåfarget område), i forhold til mantelen under en tynn litosfære.

Vi ser også at mantelen under en tykk litosfære vil reagere som om isbreen er mye tynnere enn om litosfæren var tynn (gul-grønt område). I vårt tilfelle vil en tykk litosfære gjøre islasten opptil 400 meter tynnere, og samtidig opptil 300 meter tykk der hvor det egentlig er isfritt.

Isen (figur 1), som har tydelige tykkelsesvariasjoner, vil med en tykk litosfære bli ”smurt” utover et stort område, og isens tykkelsesvariasjoner blir filtrert bort.

Det er ikke vanskelig å forstå at den perifere nedbøyningen av litosfæren vil ha en mye mindre helning ved en tykk litosfære i forhold til en tynn.

Skråstilte strandlinjer

Landhevningen etter siste istid har blitt kartlagt ved forskjellige typer data, blant annet strandlinjediagram, som viser helningen på strandlinjene etter istiden.

Tidssteget 12 000 (figur 1) er i vår sammenheng spesielt viktig fordi det er gjort observasjoner av den tids strandlinjer og helning av disse.

Det er sjeldent at en i landhevningsstudier benytter seg av observerte strandlinjediagram; de fleste bruker observert strandforskyvning i lokale punkter. Det er bemerkelsesverdig, for strandlinjediagram inneholder mye informasjon om jordas beskaffenhet.

Det er nemlig bare bevegelse av den faste jord som kan skape skråstilling av strandlinjer. Lokal strandforskyvning, derimot, er også en funksjon av havets bevegelser og lokal tektonikk.

Vi ønsker å svare på følgende spørsmål: ligger det indirekte informasjon om litosfæretykkelsen i de observerte strandlinjediagrammene? I så fall, hvordan har litosfæretykkelsen påvirket skråstillingen på de gamle strandlinjene?  

Vi har med denne målsettingen gjort en full glasial-isostatisk modellering basert på avsmeltingshistorien fra LGM (Last Glacial Maximum; 20 000 år før nåtid) og til isen smeltet ned på 12 000-nivå (slik vi ser i figur 1).

Vi har brukt avsmeltingshistorien kartlagt av Hughes m. fl. (2016), og modellert istykkelser som beskrevet i lenken ovenfor.

Når vi ser hvordan litosfæretykkelsen påvirker islasten (figur 2), så er det ikke vanskelig å forstå at helningen på gamle strandlinjer også har blitt påvirket av litosfæren og dens stivhet (tykkelse).

Figur 3 nedenfor viser dette; her ser vi modellert forskjell i helning av 12 000 år gamle strandlinjer ved bruk av henholdsvis tykk og tynn litosfære. I modelleringen er brukt astenosfæremodellens mantelviskositet.

Vi vet at helningen på de 12 000 år gamle strandlinjene på Sotra er litt over 1 meter per kilometer (m/km), og i Trøndelag omtrent 1,6 m/km (se lenken nedenfor). Den beregnede differansen vist i figur 3 er dermed betydelig.

530x458 fig3Figur 3. Modellert forskjell i helning (i m/km) på 12 000 år gamle strandlinjer ved henholdsvis tykk og tynn litosfære. Forskjellen er såpass stor at det er umulig å matche observert strandlinjehelning med en tykk litosfære

Tynn litosfære gir match

Vi har i modelleringen brukt ny avsmeltingshistorie (Hughes m.fl. 2016), men vår konklusjon nå er den samme som vist i lenken nedenfor (ved bruk av vår gamle modell av avsmeltingshistorien).

Med en tykk litosfære, er det umulig å matche observert strandlinjediagram. Ved bruk av tykk litosfære blir beregnet helning på strandlinjene på Sotra og i Trøndelag knapt halvparten av det som er observert.

LES OGSÅ: Landhevningen og litosfærens tykkelse

Da nærmer vi oss en konklusjon på spørsmålet om mantelens viskositet. Vi fant altså (i del 1) at to typer viskositetsmodeller tilfredsstiller relaksasjonsspektrene etter McConnell. Den ene typen viskositetsmodell forutsetter tykk litosfære. Men vi ser nå at tykk litosfære ikke gir match med observerte strandlinjediagram.

En hel del mulige viskositetsprofiler viser seg å være urealistiske fordi de gir altfor store avvik mellom beregnet og observert landhevning i perifere områder.

Basert på disse (og andre) beregninger konkluderer vi med at det er en lavviskøs astenosfære (~1019 Pa*s) under Skandinavia, og at mantelen generelt har uniformt lav viskositet (1021 Pa*s).

Det siste har stor relevans for konveksjon i mantelen, da konveksjon i en uniform mantel vil oppføre seg annerledes enn konveksjon i en lagdelt mantel.


Referanse
Hughes, A. L. C., Gyllencreutz, R., Lohne, Ø. S., Mangerud, J. & J.I.  Svendsen, 2016: The last Eurasian ice sheets – a chronological database and time-slice reconstruction, DATED-1. Boreas, 45, 1–45. 10.1111/bor.12142.

Samarbeidspartnere

Nyhetsbrev

captcha 

200 ledige stillingerb

200 Tips oss

200 Fortell om din forskning

 

 Ukens PhD comics

41


Redaktør: Denne e-postadressen er beskyttet mot programmer som samler e-postadresser. Du må aktivere javaskript for å kunne se den.å

Om: Info om Geoforskning.no

Annonsere: Informasjon og priser

Kontakt: Kontaktinformasjon Tips oss

Webløsning ©2013-15 av Web Norge. Skjerm: