I Vikinggrabenen i Nordsjøen er det opptil 13 kilometer tykke sedimentlag. Hvordan kan det være plass til slike mengder av sedimenter på havbunnen?
Figur 1. Profil over Nordsjøen, fra Shetland til norskekysten. Profilet er basert på seismiske data. Orange farge viser sedimenter fra kenozoikum, grønn farge fra kritt, blålig farge jura, lilla trias og rød viser sedimenter fra perm/karbon.
Vikinggrabenen er en langstrakt forkastningsgrøft (graben) i den nordlige delen av Nordsjøen.
Den går midt mellom Shetland og Norge og er omtrent 300 kilometer lang (nord-sør) og 40 kilometer bred (øst-vest).
På vestflanken av Vikinggrabenen ligger Tampenterrassen som er en av de mest oljerrike delene av Nordsjøen.
På den østlige flanken av Vikinggrabenen ligger Hordaplattformen, med blant annet Trollfeltet. På denne flanken ligger også Utsirahøyden hvor det er gjort store funn av petroleum de seneste årene, blant annet Johan Sverdrup-feltet.
LES OGSÅ: Istidene bak fersk Johan Sverdrup-olje
Figur 1 (over) viser et snitt gjennom Nordsjøen basert på seismiske data – et snitt fra vestkysten av Norge til Shetland. Overgangen mellom sedimenter (fargelagt) og jordskorpen (grå) kalles ’topp basement’.
Som vi ser, er sedimentene i Vikinggrabenen opptil 13 kilometer tykke, men med stor tykkelsesvariasjon i bassenget. Mye av variasjonen i dypet ned til topp basement er forårsaket av forkastninger; forkastningsblokkene er flere kilometer brede og flere titalls kilometer lange, og stikker dypt ned i jordskorpen.
Oppå forkastningene er det en jevn avsetning av sedimenter. De eldste sedimentene er omtrent 300 millioner år gamle.
Vanligvis er det to hovedfaktorer som forklarer tykkelsen av sedimentene på norsk sokkel:
- Tyngden av sedimentene
- Strekking av jordskorpen (litosfæren)
Begge disse faktorene fører til isostatisk innsynkning av litosfæren. Den første faktoren ved sedimentisostasi, og den andre ved at jordskorpen tynnes.
For å beregne sedimentisostasien, må vi vite tykkelsen og tettheten av sedimentene.
Når vi kjenner resulterende isostatisk innsynkning, og har en formening om dypet til topp basement over tid, kan vi også finne ut hvor mye strekking jordskorpen har vært utsatt for, og tidspunktet for strekkingen.
Effekt av skorpetynning = dyp ned til toppen av basement – sedimentisostasi (se figur 2 under).
Figur 2. Illustrasjon av forholdet mellom innsynkningen av topp basement (grønn kurve), sedimentisostasi (rød kurve) og effekt av skorpe-strekking. Total innsynkning kan forklares med sedimentisostasi + strekkingseffekt.
Effekten av litosfærestrekking blir ofte beregnet med den såkalte McKenzie-modellen, oppkalt etter McKenzie som publiserte at strekking av litosfæren kan føre til innsynkning av sedimentære basseng og økt varmestrøm fra mantelen.
Selve innsynkningen av jordskorpen kan estimeres ved en enkel isostatisk beregning.
En enkel illustrasjon kan belyse dette: Hva skjer når et isfjell som flyter på vann blir tynnere? Jo, det vil ikke stikke like dypt ned i vannet, og det vil samtidig ikke rage like høyt over havflaten.
Tilsvarende er det med litosfæren som flyter på astenosfæren – strekking av jordskorpen vil føre til at overflaten synker samtidig som nederste del av jordskorpen vil stige (se figur 3 under).
Figur 3. Illustrasjon av isostatisk effekt av jordskorpestrekking. Strekking av jordskorpen vil føre til isostatisk innsynkning av overflaten.
Men stemmer teorien om strekking av jordskorpen under Nordsjøen med observasjonene? Finnes det data som tyder på at den virkelig har vært utsatt for strekking?
For det første ser vi at det har vært betydelig forkastningsaktivitet med normalforkastninger, noe som viser at området har vært under strekking.
LES OGSÅ: Beregning av temperatur rundt forkastninger
I tillegg har vi, ved hjelp av seismiske undersøkelser, fått kartlagt hvordan jordskorpen under Nordsjøen ser ut.
Overgangen mellom jordskorpen og mantelen kalles Moho, oppkalt etter den kroatiske geofysikeren Mohorovičić, som var den første som identifiserte denne overgangen.
Dypet til Moho under Nordsjøen er vist i figur 4 (under). Inn mot norskekysten og mot Shetland er jordskorpen mer enn 30 kilometer tykk, mens den er mye tynnere under sentrale deler av Nordsjøen.
Figur 4. Profilet over Nordsjøen med relieff på Moho (basert på Fjeldskaar m.fl., 2004)
Der hvor sedimentene er tykkest, altså under Vikinggrabenen, er avstanden fra topp basement ned til Moho bare 10-12 kilometer.
Flere typer observasjoner tyder altså på at Nordsjøen har vært utsatt for strekking. Det har sannsynligvis vært minst to perioder med strekking i Nordsjøen; den viktigste i senjura.
Periodene med strekking har, sammen med vekten av sedimentene, vært årsaken til utvikling av de sedimentære lagene i Nordsjøen, og kan forklare hvordan Vikinggrabenen har blitt til.
Referanse
Fjeldskaar, W., M. TerVoorde, H. Johansen, P. Christiansson, J. I. Faleide and S.A.P.L. Cloetingh, 2004. Numerical simulation of rifting in the Northern Viking Graben: the mutual effect of modelling parameters. Tectonophysics 382, 189-212.
McKenzie, D.P., 1978. Some remarks on the development of sedimentary basins. Earth Planet. Sci. Lett. 40, 25 – 31.
