Et spektakulært syn

Aktive skorsteiner ved Fåvnefeltet på Mohnsryggen spyr ut varmt, mineralrikt vann fra undergrunnen. Skorsteinene er farget gulbrune av bakterier som lever av å oksidere jern. Foto: Senter for dyphavsforskning

Dyphavet er bekmørkt. Dyphavsforskernes eneste lyskilde er den de har montert på sine fjernstyrte eller autonome undervannsfartøyer (ROV eller AUV).

Ofte vil skorsteinene være det første de ser når de nærmer seg de varme kildene på havbunnen. De kan nemlig strekke seg mange meter i høyden. Som en klynge trær på en gresslette.

– I norske farvann har vi observert hydrotermiske skorsteiner som er 10 – 15 meter høye. I Stillehavet finnes det skorsteiner som rager opptil 30 meter over havbunnen, opplyser Rolf Birger Pedersen, professor og leder for Senter for dyphavsforskning ved Universitetet i Bergen (UiB).

Pedersen regnes som en pioner innen norsk dyphavsforskning, og har tidligere ledet utforskningen gjennom Senter for geobiologi og K.G. Jebsen-senter for dyphavsforskning, begge ved UiB.

Skorsteinene er et spektakulært syn. De ble først observert i Stillehavet i 1979, og i Norge ved de hydrotermiske Jan Mayen-feltene (Soria Moria, Perle & Bruse og Trollveggen) på Mohnsryggen i 2005.

Den midtoseaniske spredningsryggen strekker seg 65 000 km gjennom verdenshavene og er verdens desidert lengste fjellkjede. Om lag fem prosent av denne fjellkjeden ligger i norske farvann (økonomisk sone) og omfatter i hovedsak Mohns- og Knipovichryggene mellom Jan Mayen og Svalbard.

Ryggene markerer hvor havbunnsplatene skiller lag. Spredningen gjør det mulig for varme masser fra mantelen å bevege seg oppover mot havbunnen, og resultatet er høy vulkansk og hydrotermisk aktivitet.

Den hydrotermiske aktiviteten kan i noen tilfeller observeres på havbunnen i form av varme kilder der kokhett, mineralrikt vann strømmer ut av skorsteiner og sprekker, men også gjennom sedimenter.

Av norske forskningsmiljøer er det Senter for dyphavsforskning ved Universitetet i Bergen (UiB) som har best kjennskap til disse varme kildene. De har stått bak oppdagelsen av en rekke av de vi kjenner til i dag.

Spyr ut opptil 400 °C varmt vann

– Vi trenger tre elementer for å få en hydrotermisk kilde: vann, varme og et porøst medium som vannet kan strømme gjennom, forklarer Håvard Hallås Stubseid, stipendiat ved Senter for dyphavsforskning og Institutt for geovitenskap ved UiB.

Stipendiaten jobber blant annet med å forstå størrelsen og hyppigheten av undersjøiske vulkanutbrudd langs spredningsryggen, og har hatt muligheten til å delta på flere dyphavstokt de seneste årene.

– Kaldt sjøvann trenger ned i sprekker i havbunnen, strømmer gjennom de varme bergartene ved spredningsryggene, og vil deretter stige oppover mot havbunnen som følge av oppdrift. De varme kildene finner vi der vannet springer ut.

Stubseid forklarer at vannet, på grunn av det høye trykket i havdypet, kan bli flere hundre grader varmt før det koker (på Galdhøpiggen, 2 469 moh., er kokepunktet for vann ca. 92 °C). De høyeste temperaturene forskerne har registrert ved varme kilder, er rundt 400 °C.

Han legger imidlertid til at vannutstrømming med betraktelig lavere temperaturer også kan omtales som varme kilder.

– Så lenge vannet er varmere enn sjøvannet, vil det få en oppdrift, og vi har observert utstrømminger som ikke har målt mer enn 5 – 8 °C.

Når varmt vann sirkulerer gjennom bergartene under havbunnen, løser det opp og frakter med seg mineraler og metaller.

– Høye temperaturer gir vannet stor evne til å bære med seg elementer. Denne evnen forsvinner imidlertid raskt idet vannet kommer i kontakt med sjøvannet og kjøles ned.

Da felles mineralene ut. Resultatet er blant annet hydrotermiske skorsteiner. Fotografier fra dyphavet viser at skorsteinene er formet som høye rør som det stiger «røyk», eller mineralholdig varmt vann, ut av. Det er selvsagt derfor de kalles skorsteiner.

«Røyken» er ofte sort (som ved Lokeslottet). Andre ganger hvit (som ved Ægirs kilde). Stubseid forklarer at dette styres av temperatur og mineralinnhold.

– «Sorte skorsteiner» spyr som regel ut vann som holder høyere temperaturer og/eller som har et høyere innhold av jern sammenliknet med de hvite. Jerninnholdet har størst påvirkning på fargen, sier Stubseid.

Pedersen forklarer at skorsteinene dannes der utstrømmingen av vann er fokusert. Det meste av vannet som strømmer ut på havbunnen fra undergrunnen er imidlertid diffus, og skjer over større arealer og gjennom sedimenter. Diffuse utstrømminger er knapt synlige, men observeres gjerne indirekte ved stor tilstedeværelse av bakteriematter.

Skorsteinsdannelsen kan skje overraskende raskt.

– Vi har ved flere tokt satt opp temperatursensorer på skorsteinene for å få langtidsmålinger. Da vi har kommet tilbake året etter, har vi ofte hatt problemer med å finne sensorene fordi de har vokst fast i skorsteinene. En skorstein kan vokse flere meter vertikalt i året, påpeker Stubseid.

Dette er et utdrag av artikkelen «Malmfabrikkene på havets bunn» som kan leses i sin helhet i GEO 2023 (kan bestilles her).

Deep Sea Minerals 2023

Licence to Operate – Securing Minerals for the Green Shift – Technology & Innovation

Bergen 5. – 7. desember 2023

Mer informasjon om konferansen