Det har vært ganske betydelig heving og erosjon av Barentshavet de siste 60 millioner år. Hva kan årsakene være?
Figur 1. En enkel modell av total kenozoisk erosjon i Barentshavet (i meter). Erosjonen på Svalbard kan ha vært mer enn tre kilometer. Blå farge viser avsetning av de eroderte sedimentene. Konturintervall er 500 meter.
Det er gjort mange estimater av kenozoisk (de siste 60 millioner år) erosjon i Barentshavet over de seneste årene. Det ser ut til å være stor enighet om at den har vært betydelig, og kan ha vært opptil tre kilometer i nordvest.
Mer sentralt i Barentshavet kan erosjonen ha variert mellom 500 og 1 000 meter.
Det synes også å være en utbredt oppfatning om at det har vært flere faser av heving og erosjon. Den siste perioden var i glasial tid (de siste tre millioner år) og det var sannsynligvis minst to perioder med heving og erosjon før istidene satte inn.
Erosjonen i Barentshavet er ikke minst interessant for petroleumsvirksomheten i området, da den i stor grad påvirker temperaturhistorien og mulige migrasjonsruter for olje og gass.
En av våre egne modeller for total kenozoisk erosjon er vist i figur 1 over. Dette kartet er ikke så ulikt andre forskeres estimat av kenozoisk erosjon i området.
Årsaken til den kraftige erosjonen blir stadig debattert, og ulike prosesser har vært foreslått i vitenskapelig litteratur.
Det er sannsynligvis en kombinasjon av flere prosesser, og de kan ha sammenheng med varme i mantelen eller spenninger i litosfæren. Felles for dem, er at de gir opphav til heving, noe som er en forutsetning for å få erosjon.
Figur 2. Beregnet isostatisk respons av kenozoisk erosjon (i meter). Vi ser at isostatisk heving overstiger 1,8 kilometer på Svalbard. Konturintervall er 200 meter.
Erosjonen i glasial tid (de siste 3 millioner år) er enklere å forstå; de store isdekkene har fjernet store mengder sedimenter og avsatt dem i perifere områder.
Den glasiale erosjonen har sannsynligvis variert kraftig over området, og kan i visse områder ha vært betydelig, som vist i lenkene nedenfor.
Hva har siste istid gjort med landskapet vårt?
Hvordan så Norge ut før istidene?
Vi skal i det videre imidlertid ikke ta hensyn til at det har vært flere erosjonsepisoder, men bare betrakte den kenozoiske erosjonen i helhet. I tillegg antar vi, for enkelhets skyld, at havnivået har vært nokså konstant gjennom kenozoikum.
Mekanismene bak erosjonen er, som nevnt, ikke kjent. Men vet vi noe? La oss starte med det vi med en viss grad av sikkerhet har kunnskap om.
Isostasi kan forklare to tredeler av erosjonen
Det første er at vi ikke kommer utenom isostasi; det er en prosess som nødvendigvis må finne sted ved enhver erosjon. Etter hvert som et landområde eroderes, vil det komme i isostatisk ubalanse.
Området vil derfor begynne å heve seg, for å opprette ny isostatisk likevekt. Vi har sett at relaksasjonstiden for isostatisk respons bare er noen tusen år, så dette vil foregå svært raskt.
Det er så raskt at vi over lange geologiske tidsrom kan regne at erosjon og isostatisk respons inntrer samtidig.
Figur 3. Differanse mellom kenozoisk erosjon og isostatisk respons (i meter). Konturintervall er 200 meter.
LES OGSÅ: Ingen enighet om mantelens viskositet
Vi har også sett, basert på studium av jura peneplan i Barentshavet, at elastisk litosfæretykkelse sannsynligvis bare er omtrent 30 kilometer. Se lenken:
Vi har nå beregnet isostatisk heving basert på erosjonen i figur 1, en gjennomsnittlig tetthet på de eroderte sedimentene på 2.4 g/cm3 og en 30 kilometer tykk elastisk litosfære. Resultatet er vist i figur 2.
Vi ser at isostatisk heving kan være nesten to kilometer på Svalbard.
Isostatisk respons på erosjonen fører altså til en heving på to tredeler av erosjonens størrelse. Eller – med andre ord – mekanismen som kan forklare bortimot 70 prosent av erosjonen er isostasi.
Isostasi er altså viktig, men likevel ikke tilstrekkelig som forklaring til erosjonen i Barentshavet. Den delen av erosjonen vi må forklare med andre prosesser enn isostasi er vist i figur 3.
Denne figuren viser differansen mellom kenozoisk erosjon (figur 1) og isostatisk respons (figur 2) av denne erosjonen.
Hva kan forklare denne hevingen?
Figur 4. Effekt av bevegelse av faseovergang i mantelen på grunn av erosjon (metode beskrevet i Riis & Fjeldskaar, 1992). Brun/gul farge viser heving, blå farge viser innsynkning på grunn av sedimentasjon. Figuren viser heving i meter; konturintervall er 50 meter.
Gabbro og eklogitt kan forklare mer heving
Vi skal her våge oss på å lansere en mulig kandidat for denne rest-hevingen, nemlig migrasjon av faseovergang i jordskorpe/mantel som respons på kenozoisk erosjon.
Det er blitt foreslått (blant annet av Kennedy, 1959 og O’Connell & Wasserburg, 1967) at migrasjon av faseoverganger i jordas øverste lag kan være en mekanisme for heving og innsynkning av jordas overflate.
Hypotesen innebærer at faseoverganger vil reagere på belastningsendring på overflaten og gi innsynkning ved pålagring av sedimenter og heving ved erosjon. Denne mekanismen er studert av flere forskere (se mer om dette i Riis & Fjeldskaar, 1992).
Faseovergangen som vi tester ut her, er transformasjon fra gabbro til eklogitt ved bunnen av skorpen (på 30 – 50 kilometers dyp). Ved erosjon vil denne faseovergangen bevege seg nedover, noe som vil gi heving (metode beskrevet i Riis & Fjeldskaar, 1992).
Kenozoisk erosjon fant sted over så lang tid at vi antar likevektstilstand. Effekten av erosjonen på faseovergangen vil bli heving som vist i figur 4.
Vi ser at effekten kan være betydelig – mer enn 600 meter heving ved Svalbard. Denne hevingen kommer altså i tillegg til isostatisk respons.
Figur 3 viser altså rest-hevingen som vi ønsket å finne årsaken til. Kartet over rest-hevingen (figur 3) og effekten på faseovergang (figur 4) er ganske forskjellige. Hva om vi trekker effekten på faseovergangen av fra kartet i figur 3?
Resultatet av subtraksjonen er vist i figur 5 nedenfor.
Vi ser at det nå er ganske betydelige ”anomalier” i vestlige og nordlige deler av Barentshavet. Dette er et bilde av hva som gjenstår av heving utenom isostasi og mulig effekt av faseovergang.
Kollisjon og fjellkjededannelse
Figur 5. Rest-heving (i meter) som ikke kan forklares ved isostasi og faseovergang i mantelen.
Hva viser dette bildet? Finnes det prosesser som kan gi slike anomalier?
Ja, det gjør faktisk det. Anomalien i nord kan skyldes fjellkjededannelse i forbindelse med åpningen av Polhavet, som startet i sen kritt og fortsatte inn i kenozoikum.
Den vestlige anomalien kan ha sammenheng med sidelengsbevegelsen mellom Svalbard og Nord-Grønland tidlig i kenozoikum. Denne sidelengsbevegelsen virket omtrent som en kollisjon mellom to plater, og førte til kraftig heving.
Sluttresultatet av disse beregningene (figur 5) gir et bilde av rest-hevingen som virker ganske realistisk. En kraftig heving i vest og nord i Barentshavet er noe en måtte forvente når en ser på Barentshavets geologiske utvikling i kenozoikum.
Våre enkle beregninger tyder på at hevingen både i vest og nord kan ha vært mer enn 1 000 meter.
Vi konkluderer med at figur 5 altså synes å være et realistisk bilde av hevingen som skyldtes platebevegelsene tidlig i kenozoikum. Men hva med hypotesen om at faseoverganger påvirkes av erosjon? Er det mulig å påvise at noe slikt har foregått, eller kan foregå?
For å teste en slik prosess, må en studere et område hvor en overflatelast har ligget lenge nok til at faseovergangen har hatt tid til å bevege seg.
En betydelig bevegelse vil kreve flere millioner år. Islast i forbindelse med istidene i Skandinavia har altså ikke ligget lenge nok til at faseovergangen får tid til å bevege seg nevneverdig.
Isen på Grønland, derimot, har ligget i flere millioner år, og lenge nok til at faseovergangen skulle ha flyttet seg. Hvis bevegelse av faseovergang i mantelen er en brukbar hypotese, så burde det vise seg på Grønland.
Spørsmålet er om innsynkningen på Grønland under ismassene kan si oss noe om dette.
Beregningene presentert her viser at bevegelse av faseovergang kan være en mekanisme som, sammen med isostasi og platebevegelser, kan forklare erosjonen i Barentshavet.
Det er imidlertid ikke lett å finne evidens på at faseoverganger i mantelen virkelig kan respondere på erosjonen, slik teorien tilsier.
Kan resultatet av disse beregningene indikere noe om et mulig scenarium for Barentshavets erosjon? Vi kommer tilbake til dette i del 2.
Referanse
Riis, F. & W. Fjeldskaar, 1992. On the magnitude of the Late Tertiary and Quaternary erosion and its significance for the uplift of Scandinavia and the Barents Sea. In: Larsen, R.M., Brekke, H., Larsen, B.T. and Talleraas, E. (eds): Structural and tectonic modelling and its application to petroleum geology. Norwegian Petroleum Society. Elsevier, pp. 163-185.
