Når frost kan flytte fjell

Steinskred er enkel fysikk, men komplisert geologi – og frostens bidrag vet vi ikke nok om.

Det norske landskapet er formet gjennom istider hvor breer har erodert seg ned gjennom landskapet og etterlatt dype daler og bratte fjellsider, noen av dem så bratte at de er ustabile og skredfarlige.

Så lenge isen fylte de eroderte dalene fungerte den som en støttende mur for de bratte fjellsidene, men da isen trakk seg tilbake kollapset mange av fjellsidene i store eller mindre steinskred.

Noen bratte fjellsider var stabile nok til å bli stående da isen trakk seg tilbake, men kollapser nå jevnlig enten som små steinsprang eller som større fjellskred.  

Fra fysikkens ståsted er det relativt enkelt. Historien forteller at Sir Isaac Newton (1642-1727) fikk et eple i hodet og skjønte at det måtte være jorden som trakk eplet mot bakken ved hjelp av tyngdekraften.

Vi har senere akseptert tyngdekraften som en naturlov og den gjelder også for fallende steiner. Mens tyngdekraften arbeider med å trekke fjellet ned mot dalbunnen, vil fjellets styrke kjempe i mot for å holde det sammen.

Litt forenklet kan vi si at skredet går når fjellet ikke lenger er sterkt nok til å stå i mot den drivende tyngdekraften.

Figur 1. Tyngdekraften trekker både epler og steiner mot jorden.

Fra geologiens ståsted er det mer komplisert fordi det er så mange faktorer som bestemmer hvor motstandsdyktige de bratte fjellsidene er mot tyngdekraften.

I tillegg til at isbreene har skapt en bratt topografi, vil blant annet sprekker og andre geologiske strukturer kontrollere stabiliteten sammen med vannføring og frostprosesser.

Forvitringsprosesser i kalde områder kan svekke fjellets styrke og øke faren for steinskred.

Til tross for at vi ikke helt har forstått hvordan temperaturendringer i frosne fjellvegger påvirker faren for steinskred, tyder både temperaturmålinger i fjellvegger og teoretiske beregninger på at stabiliteten i fjellvegger påvirkes av termiske gradienter i fjellet.

Disse termiske gradientene har vi undersøkt ved hjelp en numerisk modell som beregner temperaturen i fjell ved hjelp av fysikkens varmeligning.

Vi har modellert hvordan temperaturen endrer seg i bratte fjellvegger og har funnet at det kan oppstå termiske gradienter i bratte, kalde fjellvegger som er sterke nok til å kunne indusere forvitringsprosesser i fjellet (figur 2).

Figur 2. Klikk for større bilde. Vi har modellert hvordan temperaturen endrer seg i en fjellvegg (venstre), ved å løse varmeligningen for en forenklet numerisk geometri (midten).  Vi har funnet det kan oppstå termiske gradienter i den bratte fjellveggen (høyre, utklipp fra blå boks i midten) som er store nok til å kunne bidra til frostforvitringsprosesser og dermed mindre stabile fjellvegger.

Vi forstår på langt nær nok om prosessene som påvirker stabiliteten til fjellskred til å kunne forutsi akkurat når og hvor det kommer til å gå skred.

Det vi vet er at stabilitet er en komplekst samspill mellom prosesser innenfor hydrologi, naturgeografi og geologi – og at de ulike prosessene påvirker stabiliteten på ulike tidsskalaer.

Når de geofaglige prosessene blir for mange og den geologiske tidsskalaen blir for langdryg kan vi støtte oss på fysikken – for alt skal ned til slutt. Det sørger tyngdekraften for.