Fascinerende frost

Det snedige med frost i bakken er at vi ofte kan se den på overflaten – hvis vi bare forstår hva vi ser.

I gamle dager fikk trollene ofte skylden for mange av de litt pussige formasjonene i naturen. At store og tydelig feilplasserte steiner kunne være forsteinede troll, fungerte som en plausibel forklaring for mange. Sannsynligheten er stor for at de også tenkte sitt om steinsirkler.

Steinsirkler på Kvadehuksletta, Svalbard. Foto: Ivar Berthling

Heldigvis har forskere nøstet opp i at landskapet vårt er et resultat av en lang rekke geofaglige prosesser.

Nå vet vi at de tilsynelatende uforklarlige steinene er flyttblokker som isen har lagt igjen og at fryseprosesser sorterer ut stein etter stein til store sirkler på bakken. Frost er en aktiv landskapsarkitekt som kan produsere de merkeligste mønstre i naturen.

Den frosne planeten

Til venstre: Periglasialt landskap. Til høyre: Infrastruktur i kalde strøk (rørsystem gjennom Alaska).

Store deler av jordens overflate er eller har vært frosset og i vinterlandet Norge har vi områder hvor deler av bakken er permanent frossen. I områder med permafrost tiner det øverste laget av bakken, det aktive laget, hver sommer.

Temperaturen i det aktive laget krysser stadig frysepunktet til vann, og resultatet av disse gjentakende fryse- tine prosessene er ødelagt infrastruktur – men fascinerende natur.

Hvor stor effekt frosten har er avhengig av hvor finkornet materialet i bakken er, hvor mye vann som er til stede og hvordan temperaturen i bakken endrer seg gjennom året.

Steinsirkler er frostens opprydning

Et usortert jordsmonn består av både grove steiner og finere materiale, som silt. Det finkornede materialet blir mer påvirket av frost enn det grove materialet, og fryse- og tineprosessene starter en naturlig sorteringsprosess.

Når temperaturen i bakken kryper under 0 ^oC, fryser vann til is og danner store islinser i bakken. I finkornet materiale suger islinsene til seg vann, og slik kan de vokse gjennom hele kuldeperioden.

Is har større volum enn vann og islinsene må dytte på materialet rundt seg for å få plass. Minste motstands vei for islinsen er å løfte bakken – vi kjenner det som telehiv.

De steinene som har frosset fast beveger seg oppover mot overflaten og sideveis sammen med isen. Når våren kommer og temperaturen i det aktive laget stiger, smelter isen.

Vannet som blir igjen tar opp mindre plass og det fine materialet synker sammen. Så kommer vinteren igjen. Nye islinser dannes og det grove materialet fraktes videre oppover og til siden.

Mens den grovkornede sirkelranden er tørr og ikke lar seg påvirke så mye av frostsyklusene, blir den stadig matet med de grove steinene som trenger opp gjennom det finkornede materialet i midten av sirkelen.

Konveksjonsmodellen for steinsirkler av Hallet et al. 1989

Landskapet forteller mest

Det er en utfordring å forstå seg på frost i bakken.

For det første er frost definert ved temperatur -så den er usynlig. For det andre er den under bakken – så den er ikke så lett tilgjengelig.

Forskere borer dype hull for å måle temperaturen i bakken, men det er likevel vanskelig å få full oversikt over hvor det er frost fordi egenskapene til bakken og energiutvekslingen med atmosfæren varierer så mye over korte avstander.

Kunnskap om varmetransport i bakken og bruk av numeriske modeller har, i kombinasjon med feltdata, gitt oss mye større forståelse for hvordan temperaturen i bakken utvikler seg når klimaet blir varmere.

Til venstre: Numerisk simulering av potensiell permafrost i norske fjell (Myhra et al. 2015, innsendt). Til høyre: Numerisk simulering av potensiell permafrost i Norge i perioden 1961-1990. (Figur basert på resultater fra Gisnås et al. 2013)

Vi mangler fortsatt mye kunnskap  – men vi vet sikkert at permafrosten nå varmes opp og også tiner i Norge, og at oppvarmingen kan påvirke alt fra infrastruktur til biologisk mangfold og ras fra fjellsider.

Nettopp fordi naturen er så sensitiv for temperaturendringer, kan vi finne mange spor etter frost i landskapet – og vi kan forstå mer av det som foregår under bakken hvis vi har kunnskap til å forstå hva vi ser i naturen.