En ny modell kan forklare hvorfor vi enkelte steder i verden finner kilometertykke lagpakker av salt.
Prøvetaking av saltet i innsjøen Massasyr Gel, Aserbajdsjan, 2003. Innsjøen fylles opp med vann (egentlig en saltlake) som kommer opp fra undergrunnen i oppkommer under saltsjøen, utenfor Baku. Hovland (til høyre) og Rueslåtten mener at det salte vannet kommer fra så store dyp (>10 kilometer) at det sannsynligvis er hydrotermalt. I sommerhalvåret tørker mye av sjøen inn, og utfelt salt samles inn på kommersiell basis. Foto: Sverre Planke
En bok om Rødehavet med fokus på geologi, oseanografi og miljø er nylig gitt ut på det anerkjente forlaget Elsevier.
Kapittel 11 i boka er skrevet av de norske geologene Martin Hovland, Håkon Rueslåtten og Hans Konrad Johnsen, som presenterer en ny teori for dannelse av saltforekomster.
Gammel teori kan ikke forklare
Den tradisjonelle læren om dannelsen av evaporitter ligger i navnet (engelsk: evaporation, eller fordampning på norsk).
På lave breddegrader står sola høyt og det er varmt. Store mengder havvann kan da fordampe slik at saltinnholdet i havet øker, og da særlig i havbukter med liten eller manglende kommunikasjon med det åpne havet.
Rødehavet har gode betingelser for dannelse av evaporitter, men norske geologer mener det er hydrotermale prosesser som har dominert saltdannelsen. Foto: NASA
Om saltinnholdet blir tilstrekkelig høyt, vil vannet mettes på enkelte saltmineraler, som krystalliserer og avsettes på havbunnen, slik som i dagens Dødehav. Også i Rødehavet er betingelsene gode for dannelsen av evaporitter gjennom fordampning.
Men ifølge de tre geologene kan denne modellen kun forklare saltavsetninger på opptil noen titalls meter.
Samtidig vet vi at det omkring i verden finnes kilometertykke lagpakker av salt. Rødehavet er ett eksempel, der rygger og saltlag under havbunnen med over tre kilometer tykkelse skal ha blitt dannet på relativt kort tid, anslagsvis en halv million år.
I Mexicogulfen, i Louisiana, USA og i Ontario, Canada finnes det saltavsetninger med enda større mektigheter.
I henhold til den klassiske teorien om evaporittdannelse ville slike mektigheter krevet fordampning av enorme mengder sjøvann, tilsvarende vannsøyler på flere titalls kilometer.
Geologene påpeker at et slikt inndampningsbasseng dessuten hele tiden måtte blitt tilført friskt sjøvann. Et slikt tilfelle krever helt spesielle (urealistiske) geologiske forutsetninger med tanke på kommunikasjon med det åpne havet.
Den tradisjonelle teorien svikter også når en ser på sammensetningen av saltlagene i Rødehavet.
Sjøvann består av en rekke salter som har ulike løseligheter, og i et inndampingsbasseng vil det gjerne oppstår en stratigrafisk inndeling som starter med karbonater (krystalliseres tidlig i fordampingsprosessen), etterfulgt av sulfater, og deretter klorider.
Men forskerne påpeker at en slik systematisk «raffinering» av havsaltene ikke er vanlig å observere i tykke evaporittlag.
En velbrukt frase blant geologer er at geologien baserer seg på at «the present is the key to the past». Dette er ett av argumentene som taler mot den gamle evaporitt-teorien da det i dag ikke finnes områder hvor storskala evaporittforekomster dannes. Dette gjør det vanskelig å tenke seg at slike områder har eksistert tidligere.
Det er heller ingen forskere som har klart å numeriske modellere de fysiske og kjemiske prosessene som skal være ansvarlige for akkumulasjonen av slike mektige evaporittmasser.
Ny, revolusjonerende teori
Stikkordet for den nye modellen er hydrotermal aktivitet – saltavsetninger som følge av underjordiske, varme vannstrømninger.
Rødehavet er et egnet sted for å forklare og forstå mer om denne prosessen, ettersom platespredningen sørger for at de hydrotermale prosessene «går for fullt» i relativt grunne områder under havbunnen.
Illustrasjon av vannstrømning i sprekkesystemene over en varm magmakropp med temperatur på 1 100 °C. Når vannet når sitt kritiske punkt (omtrent 410 °C for sjøvann) vil saltet felles ut i sprekkesystemene. Pilene viser vannets strømningsmønster i konveksjonscellen som dannes på grunn av de store temperaturkontrastene. Tallene angir temperaturer i celsius. Vanlig halitt (NaCl) har et smeltepunkt på ca. 800 °C. Illustrasjon: Martin Hovland
Kongstanken bak den nye teorien er at grunnvannet under Rødehavet varmes opp og blir satt i bevegelse som følge av varmen fra magmakammerene i dypet. Hydrotermale sirkulasjons-celler (konveksjon) dannes, der kaldt vann trekkes ned i undergrunnen og varmes opp til kokepunktet og over.
Når det salte vannet når sitt kritiske punkt ved ca. 410 °C og et trykk på 300 bar, tilsvarende tre kilometer dyp, kan det ikke lenger holde havsaltene i løsning. Dette fører til at salt avsettes i porene.
Over tid kan mer og mer salt utfelles under havbunnen på denne måten, slik at det til slutt blokkerer sprekkesystemene. På grunn av plassmangel og økende trykk i porene, vil saltet etter hvert presses oppover og skape diapirer, rygger og domer, både under og over havbunnen.
Et viktig aspekt i den nye modellen er at salt (NaCl/halitt) opprettholder et kontinuerlig poresystem, og dermed en permeabilitet ved slike høye temperaturer og trykk. Men hvis trykket og temperaturen avtar, mister saltet denne evnen og blir i stedet en meget god forseglingsbergart.
Dette ble først oppdaget og publisert av britiske forskere like før årtusenskiftet, og forklarer hvordan vann kan strømme gjennom saltpakker som ligger dypt i sedimentbassenger, mens grunnere saltpakker fungerer som forsegling, også for oljestrømning. Dette har betydning for forståelsen av bassengutvikling.
I artikkelen nevnes blant annet saltforekomstene i de dypeste delene av Mexicogulfen som eksempel på et basseng som bør studeres nærmere i lys av den nye modellen.
Den nye teorien utelukker ikke at saltforekomster også kan bygges opp som følge av fordampning, som i dag primært skjer i grunne havområder rundt ekvator, men de norske forskerne mener denne prosessen står for en mindre del av saltmassene, og at hydrotermale prosesser er den store pådriveren.
Simulering av slik strømning av vann over en magmakropp (som skissert i figuren over): Figur a viser temperaturfordelingen; figur b viser strømningsbildet og figur c viser områdene for saltutfelling. Illustrasjon: Hovland et al. (2006)
«Gammelt» salt resirkuleres
Men selv store magmakamre i et aktivt spredningsområde har begrenset mengde energi som kan «tas ut» til hydrotermale prosesser og påfølgende dannelse av saltmasser.
De tre geologene mener forklaringen ligger i at slike riftområder ofte har saltmasser og saltholdig vann begravd under havbunnen som har eksistert fra tidligere tiders platetektonikk (Wilsonsykluser).
Når varmt vann strømmer gjennom slike forekomster, vil det «gamle» saltet kunne løses opp, transporteres og avsettes på nytt uten at det behøves ytterligere energi i form av varme.
Disse prosessene fører også til en raffinering av havsaltene fordi de har ulike løseligheter i vann, og særlig i varmt vann. Se tabellen under som viser løseligheten for de viktigste havsaltene ved henholdsvis 20 °C og 100 °C.
NaCl har liten økning i løselighet fra 20 til 100 °C, mens flere av de andre saltene øker betydelig. Det betyr at selv om NaCl felles ut, så vil flere av de andre saltene forbli i løsning. Gips har en retrograd løselighet, det vil si at den avtar med økende temperatur. Vi ser også at anhydritt har lavere løselighet enn gips, og særlig ved høyere temperatur.
Hydrotermal saltutfelling, som gjerne kan skje ved temperaturer på over 100 °C, gir en annen stratigrafisk signatur enn den raffineringen som forekommer ved fordampning av sjøvann (under 50 °C).
Forskerne foreslår at de 3 000 meterne med evaporitter som ble dannet i miocen i Rødehavet delvis kan forklares gjennom strømming av varmt vann gjennom tidligere avsatt salt i undergrunnen. Slik skal saltet ha blitt remobilisert og avsatt på nytt sammen med salt fra havvannet.
Kunnskapen om slik hydrotermal dannelse av salt samt saltets egenskaper i dypet, vil ifølge geologene bidra til økt forståelse for bassengutvikling. Dette inkluderer fluidstrømninger i bassenget, og dermed også migrasjon og akkumulasjon av hydrokarboner.
Hydrotermal dannelse av salt betyr også at forskere kan frigjøre seg fra tanken om at et tørt og varmt klima er en forutsetning for dannelse av salt i et riftbasseng.
Referanser
Blundell, D.J. & Scott, A.C. (eds) 1998. “Lyell: the Past is the Key to the Present”, Geological Society London, Special Publications, 143.
Lewis, S. and M. Holness, 1996. “Equilibrium halite-H2O dihedral angles: High rock-salt permeability in the shallow crust?”, Geology, v. 24, p. 431-434.
