I prekambrium var Baltika et flatt slettelandskap. Kan dagens form på denne flaten si oss noe om Jordas elastiske egenskaper i Skandinavia?
Figur 1. Illustrasjon av forholdet mellom opprinnelig og deformert peneplan og den viktigste årsaken til deformasjonen (isostatisk respons).
Denne saken ble først publisert i mars 2015.
Ved slutten av jordas urtid, prekambrium (omtrent 600 millioner år siden), lå Skandinavia på platen Baltika, som da var et nedslitt kontinent. Dette kalles det subkambriske peneplanet.
Et peneplan er et landområde som er nesten plant etter lang tids erosjon, og dannes i områder som har vært tektonisk stabile i mange millioner år. Når elver har erodert ned til erosjonsbasis, vil de begynne å erodere landskapet på sidene. Til slutt vil alle høydedrag i landskapet være borte, og det dannes en flat slette.
Baltika var altså sannsynligvis et sletteland ved slutten av prekambrium. Vi har tidligere sett at utviklingen av et peneplans senere relieff i stor grad avgjøres av sedimentisostasi (se figur 1 ovenfor).
Dagens subkambriske peneplan er ikke lenger flatt (figur 2, under). Denne topografien skyldes altså i hovedsak isostatisk innsynkning på grunn av pålagring av sedimenter og heving på grunn av erosjon.
Figur 2. Dagens relieff (i meter) på det subkambriske peneplanet i Skandinavia. Kartet er basert på målte dyp (oransje-gul-blå farge) ned til peneplanet, og antatt erosjon under dette planet (rød/grå farge).
Sedimentlasten som nå ligger oppå peneplanet er kjent. Vi kjenner til hvor peneplanet har vært utsatt for erosjon, og har også en formening om hvor mye som er erodert.
Det er dermed mulig å beregne isostatisk respons.
Beregnet isostatisk innsynkning av prekambrisk peneplan ved overlagring av sedimenter over peneplanet og erosjon under dette peneplanet er vist i figur 3 (under). I beregningene er det brukt en elastisk litosfæretykkelse på 40 kilometer. Les mer om litosfærens elastiske tykkelse her.
Figur 3. Beregnet dyp til subkambrisk peneplan (i meter) ved isostatisk beregning som funksjon av overlagrede sedimenter og erosjon under denne flaten; elastisk litosfæretykkelse er 40 kilometer.
Figur 4 (venstre del, under) viser differansen mellom observasjon og beregnet dyp til peneplanet. Som vi ser, er det i hovedtrekk rimelig god overensstemmelse mellom observasjon og beregninger, selv om det er områder som ikke stemmer så godt.
De største avvikene er i områder med avsetning i Østersjøen, men det er også avvik der det har vært erosjon.
Resultatene ovenfor gjelder hvis vi bruker en tynn elastisk litosfære (40 kilometer). Dette er samme elastiske litosfæretykkelse som gir god overensstemmelse mellom observert og beregnet havnivåendring på norskekysten.
Området vi har undersøkt i denne artikkelen ligger sentralt i Skandinavia, og her er jordskorpen noe tykkere enn lenger vest. Vi ville gjerne forvente at elastisk litosfæretykkelse også er tykkere her enn ved norskekysten.
Figur 4. Venstre figur viser forskjell mellom observert (figur 2) og beregnet (figur 3) dyp til subkambrisk peneplan (i meter). Høyre figur viser beregnet dyp til subkambrisk peneplan (i meter) som funksjon av overlagrede sedimenter og erosjon under denne flaten med elastisk litosfære-tykkelse på 150 kilometer.
Dessuten er det flere forskere som mener at elastisk litosfæretykkelse er godt over 100 kilometer, basert på studier av landhevningen.
LES OGSÅ: Astenosfæren og landhevningen
For å teste dette, har vi derfor gjort samme øvelsen med subkambrisk peneplan hvor vi har anvendt en mye tykkere elastisk litosfære – 150 kilometer tykk.
Resultatet er vist i høyre del av figur 4. Vi ser at med stor elastisk litosfæretykkelse blir det liten overensstemmelse mellom observasjonene og beregnet relieff på subkambiske peneplan. En tykk elastisk litosfære gir et mye mer utjevnet relieff enn det som er observert.
LES OGSÅ: Landhevningen og litosfærens tykkelse
Vi kan konkludere med at sedimentisostasi forklarer hovedtrekkene i dagens relieff på det subkambriske peneplanet på grunn av overliggende sedimenter og erosjon under peneplanet. Dette forutsetter at den elastiske tykkelsen er ganske liten – 40 kilometer.
Basert på disse resultatene skjønner vi at en litosfæretykkelse mindre enn 40 kilometer vil gi enda bedre overensstemmelse mellom observasjon og beregninger. Det er overraskende at elastisk litosfæretykkelse er såpass liten, selv i sentrale deler av Skandinavia.
Peneplanet vi her snakker om er svært gammelt (600 millioner år), og spørsmålet er om den elastiske litosfæretykkelsen kan variere som funksjon av alder på lasten som er påført.
Studiet er del av prosjektet ”Neogene Uplift of the Barents Sea” som er støttet av oljeselskapene Statoil, Total, OMV, Wintershall, GdF Suez, E.ON og NORECO.
Referanse
Amantov, A. & W. Fjeldskaar, 2014. Coupling of isostasy with Geological-Geomorphological Observations in Large-Scale Erosion-Accumulation Estimations and Landscape Modeling. Geophysical Research Abstracts Vol. 16, EGU2014-3609, EGU General Assembly.
