Havbundens geologi i Nordatlanten - fra Færøerne til Østgrønland

Fra Årsberetning 1997 Tove Nielsen tni@geus.dk Birger Larsen bil@geus.dk og Antoon Kuipers aku@geus.dk Hjemtag (download) pdf-fil: 75-87.pdf (615 Kb) PDF-filer (Portable Document Format) kan læses med Acrobat Reader. Acrobat Reader er gratis og kan hjemtages fra Adobes websted

Et usædvanligt billede, hvor fjorden er blikstille. Under andre vejrforhold sker der en transport gennem fjorden af isflager eller isbjerge eventuelt medførende materiale fra land, der ud for kysten bliver aflejret på kontinentalshelfen. Herfra kan der udtages prøver, der rummer oplysninger bl.a. om klimaudviklingen gennem tiden. Kong Oscar Fjord i Østgrønland.

De store træk
Oceanbunden i Nordatlanten er opdelt i 2-3 km dybe bassiner, adskilt af undersøiske bjergkæder eller -rygge. Disse undersøiske rygge stikker op f.eks. som Færøerne og Island. Sydfra op gennem Nordatlanten forløber den midtatlantiske ryg: Reykjanes Ryggen, der fortsætter tværs over Island og videre nordpå. Ryggen markerer grænsen mellem den amerikanske og den europæiske jordskorpeplade.
En anden ryg, kaldet Skotland-Grønland Ryggen, forløber på tværs over Færøerne, Island og under Danmarksstrædet til Østgrønland; de enkelte dele benævnes Færø-Island Ryggen og Island-Grønland Ryggen. Strækningen mellem Skotland og Færøerne kaldes Wyville- Thomson Ryggen.Tværryggen er en effektiv hindring for udveksling af bundvand i nordlig og sydlig retning på langs ad Atlanterhavet.

Både den midtatlantiske ryg og tværryggen er grundlæggende dannet ved vulkanske processer. På Island kan vi iagttage, hvorledes glødende 1100 -1200° C varm lava trænger op som storslåede vulkanske udbrud eller vælder op gennem sprækker. Der læsses altså vulkansk materiale fra jordens indre op på jordoverfladen. Når lavaen størkner nede i sprækkerne, bliver der svejset lidt materiale på de to jordskorpeplader; de to sider af sprækken er blevet kilet lidt fra hinanden, i gennemsnit ca. 2 cm om året. Ny skorpe bliver dannet i sprækkezonen, også kaldet spredningszonen, og bevæger sig efterhånden ud til siderne. Det sker hele vejen på langs af den midtatlantiske ryg inklusive Island.

Gennem 55 milllioner år har Nordatlanten gradvis åbnet sig og der er dannet en oceanskorpe af basalt (fig. 2). Mængden af vulkansk materiale, der kommer op, er størst i det centrale Island. Det ser ud til, at der strækker sig en søjle af særlig varmt og mobilt materiale op gennem Jordklodens kappe helt nede fra nær grænsen til jordens kærne i ca. 2700 km dybde: en "hotspot".

Over hotspotten er produktionen af vulkansk materiale højere end på ordinære stykker af spredningszonerne, så jordskorpen bliver ekstra tyk når den er dannet over hotspotten. Det er en del af forklaringen på Skotland-Grønland Ryggen. Denne ryg er altså en "fortykkelse" af den vulkanske havbund, der skubbes væk fra "hotspotten". Det nydannede varme kappe- og skorpemateriale ligger højt på grund af varmeudvidelsen; men efterhånden som det bliver ældre og køler af, trækker det sig sammen og bliver lidt tungere. Toppen af den vulkanske skorpe ligger regelmæssigt lavere med tiden; ca. 1000 m i løbet af de første 9 mio. år og ca. 2500 m på 50 mio. år.

For ca. 55 mio. år siden, da kontinentet blev trukket i stykker og Nordatlanten begyndte at åbne sig, lå området, der blev til Færøerne, klods op ad Østgrønland ved Kangerlussuaq Fjord (ca. 68°N), lige over hotspotten. Uhyre mængder af basalt flød ud og store vulkanske landområder blev dannet. En del af dette kan vi i dag se som plateaubasalterne på Østgrønlands kyst og på Færøerne, som sandsynligvis også ligger på kontinentskorpe, dvs. ikke-vulkansk materiale f.eks. granit. Men kæmpemæssige områder er senere sunket i havet langs Østgrønlands kyst og langs Norges kontinentalsokkel samt i bankerne sydøst for Færøerne. Oceanbunden såvel som tværryggen sænker sig altså gradvis bort fra spredningszonen, men selv om det tilsløres af yngre sedimenter, er der altså en relativ simpel vulkansk forklaring på hovedtrækkene i Nordatlantens form.

Kontinentalshelfen
På fig. I ses også hvordan både øgrupper og landområderne er omgivet af en relativt lavvandet kontinentalsshelf for det meste med vanddybder på mindre end 400 m. Udadtil afgrænses shelfen af en markant kant, kontinentalkanten, ud mod den høje kontinentalskrænt ned mod dybhavsbunden (se fig.3).

Landnære dele af shelfen består ofte af det samme hårde materiale som det tilgrænsende landområde, men de ydre to tredjedele og kontinentalskrænterne består af en ophobning af sedimentmaterialer, der er ført ud fra land af is og strømmende vand. Ikke sjældent har skorpen i shelfområderne sænket sig så der gennem tiden er blevet plads til kilometertykke lagfølger langs kanterne af kontinenterne, som det f.eks. er tilfældet i Nordsøen.

Isen udformede shelfens landskab
Allerede polarforskeren Nansen erkendte, at der er et vist ensartet præg i udformningen af kysterne og kontinentalshelfen i områder, der har været under indflydelse af isdækker (fig.4). Shelfen i Nordatlanten ligger generelt ret dybt sammenlignet med resten af verden. Karakteristiske træk er de høje klippekyster med de dybt nedskårne fjorddale. Disse fortsætter ofte som flade og mindre dybe dale tværs over shelfen, almindeligvis med de mindste dybder tæt ved kontinentalkanten. De største dale på tværs af kanten (tværdale) ses ud for de største fjorde. Den indre del af kontinentalshelfen er et lavtliggende noget ujævnt klippeterræn, hvor de højeste dele kan stikke op som en skærgård. Tit er der eroderet en dyb dal på langs ad shelfen, f.eks. Skagerrak Renden, hvor den faste klippe ud mod oceanet dækkes af en blødere sedimentpakke.

På den ydre del af shelfen og mellem tværdalene ligger der almindeligvis store banker, ofte vigtige fiskepladser, hvis overflade i store træk hælder indad mod land. Det er sandsynligt, at denne udformning af bunden overvejende er sket under isdækker på kontinentalshelfen ved istidernes maksimum. I nutiden virker fjordene og de indre render som ret effektive sedimentfælder, men under isdækkets maksimale udbredelse til kontinentalkanten blev sedimenterne hældt mere direkte ud på kontinentalskrænten.

Isbjergene kradser
Det er karakteristisk at havbunden på flade steder af Østgrønlands kontinentalshelf er gennemfuret af pløjemærker dannet ved stranding eller bundberøring af drivende isbjerge. Vi kan iagttage at havstrømme kan holde store isbjerge i fortsat bevægelse, selv om de stikker en køl ned i bunden, hvorved en op til 25 m dyb, 250 m bred og flere kilometer lang rende bliver"pløjet" op i havbunden (fig. 5 og 6). Helt ned til 350 m vanddybde er bunden mange steder helt mættet med isskuringer, dvs. der kan ikke skures et nyt pløjemærke uden at ødelægge ældre. Andre steder, der ligger i læ af banker eller på bunden af render, ses ingen isskuringer. Nogle gange har pløjningen været så intens, at de øverste titals meter af havbunden er totalt omarbejdet og det der kaldes en "iceberg turbate" dannes. Et sådan lag er muligvis observeret på sokkelen nord for Færøerne. På GEUS togt med R/V Dana i 1996 omkring Færøerne, er der mærkværdigvis fundet pløjemærker ned til 915 m recent vanddybde (fig. 7). Det er uklart, hvorfra så dybtgående isbjerge kan komme; de dannes næppe i nutiden på den nordlige halvkugle, men betingelserne har været anderledes under istiden. Studier langs den norske kyst har vist, at 60-80% af sokkelen dér er påvirket af isbjergskuringer, selvom der ikke ses isbjerge i dette område i nutiden. Pløjemærkerne er altså vidnesbyrd om tidligere tiders isbjerge og kolde havstrømme. Dette er igen et led i forståelsen af ændringer i og forløbet af de store nordatlantiske havstrømme under kvartærtidens nedisninger og er et vigtigt bidrag til klimaforskningen.

Det er indlysende at ispløjning er af afgørende betydning for offshore olieindvinding på arktiske kontinentalsokler. Men også i områder, hvor der ikke i dag forekommmer isbjerge, har ispløjningen tit brudt ellers meget velkompakterede bundforhold i stykker og samtidig givet et uroligt relief af den faste bund. Påvisning af de forstyrrede bundforhold er vigtig i forbindelse med placering af de tunge off-shore installationer. Dette er ikke altid helt let, fordi de gamle pløjemærker nu ofte er dækket af yngre aflejringer.

Kontinentalskrænten
Det er en speciel oplevelse at se på ekkogrammet og iagttage, hvordan bunden pludselig dykker ned, når man bevæger sig fra shelfområdet ud over kontinentalkanten og ned ad den ofte 1-3 km høje kontinentalskrænt. På de seismiske profiler kan vi se, at sedimentmateriale er ført ud over kontinentalkanten og har lagt sig lag på lag på den 1-5° hældende skrænt. Skrænten bygger langsomt ud. (fig. 4). Resultatet er, at tværsnittet for vandstrømninger med tiden er blevet mindre og mindre.

Imidlertid har de nye akustiske metoder, som har givet os muligheder for at overskue store strækninger af skrænterne afsløret landskabsformer, der viser at sedimenterne ikke kun stille og roligt aflejres på skænterne. Spor efter kæmpemæssige skred er ret almindelige. Havstrømme fører sedimenter afsted parallelt med skrænterne og danner driver af mudder, der kan følges hundreder af kilometer. Disse sedimenter er interessante i sig selv; men i tilgift bærer de oplysninger om variationen gennem tiden af den klimatisk meget betydningsfulde vandudveksling mellem Arktis og det Nordatlantiske bassin.

Havstrømme indvirker på havbunden
Golfstrømmen pumper varmt vand op langs Norges kyst. Det luner. Samtidig bliver havvandet i det Arktiske Ocean og det Nordlige Atlanterhav kølet ned; det bliver koldt og tungt og har tendens til at synke ned (jf. fig. 9). Sammen med den kolde østgrønlandske strøm danner disse bundstrømme returstrømmen på denne kæmpe radiator, der er af helt afgørende betydning for klimaet specielt i vores del af verden. Undersøgelser af returstrømmens variationer gennem tiden er et af GEUS- fokusområder.

De af strømmene, der løber langs havbunden, de såkaldte dybhavsstømme, har en kraftig indvirkning på udformningen af havbundens overflade, både gennem aflejring og ved erosion. Skotland-Grønland Ryggen er en effektiv hindring for udveksling af bundvandet på langs ad Atlanterhavet i sydgående retning. De dybe strømme er derfor henvist til at følge de snævre pas over ryggen, dels gennem Færø-Shetland Kanalen og dels gennem Færø Banke Kanalen. De lejlighedsvis kraftige bundstrømme danner strømribber, sandfaner og andre bundformer, som vi bl.a. kender fra flodløb og snævre sunde (fig. 10). GEUS har undersøgt disse strømbetingede bundformer for at få noget at vide om, hvor strømmen løber, og hvad styrken er af de hurtigste strømme på stedet. Koldt vand på middeldybder (500-800 m) nord for tværryggen kan fra tid til anden skvulpe over Island-Færø Ryggen eller finde vej gennem den snævre rende i Danmarksstrædet og strømme ned på sydsiden som et veritabelt submarint vandfald (fig. 8).

Man kunne tro, at så snart det tunge bundvand var sluppet over tværryggen, ville det løbe ned ad bakke direkte ned mod de dybe dele af Atlanten; men nej! I lighed med vindene omkring et lavtryk afbøjes strømmene mod højre som følge af jordens rotation, så de i stedet må løbe afsted langs skråningerne næsten i samme dybdeniveau dvs. langs en dybdekurve ad en ganske kompliceret rute (fig. 9). Disse strømme kaldes "konturstrømme". De kan være meget kraftige, og i det mindste syd for Island-Færø Ryggen transporteres sand selv på 1000 m dybde.

Materiale, som strømmene fører med sig, aflejres i drivelignende ophobninger, "drifts", fortrinsvis nederst på skrænterne. De har form af store langstrakte puder aflejret parallelt med dybdekurverne. De kan blive 10-100 km lange, 10-tals km brede og op til 2 km tykke. Nordatlanten byder på et righoldigt sortiment af disse "konturit drifts", bl.a "Eirik Drift" langs Grønlands sydlige kontinentalskrænt og "Feni Drift" langs Rockall Plateauets sydøstkant.

På nogle af disse drifts kan man se, at bunden er kastet op i store sedimentbølger, der er op til 50 m høje og med en bølgelængde på halve og hele kilometre (fig.11). Sådanne "bølgeformer" flytter sig efterhånden som der aflejres nyt materiale, og lejlighedsvis sker der erosion. Der opstår meget komplicerede men også informative lejringsforhold. På Sydøstgrønlands kontinentalskrænt kan man se hvorledes, perioder med "konturit-aflejring" er afløst af erosionsperioder, svarende til at perioder med svagere og kraftigere bundstrømme har vekslet. Materiale i borekærner fra "konturit-aflejringer", indsamlet bl.a. under det senere omtalte ENAM projekt, kan ofte vise en markant forskel mellem istids- og ikke istids aflejringer.

Også nord for Island-Færø Ryggen findes konturstrømme og "konturitter". Her bør især nævnes tre endnu unavngivne "konturit-aflejringer", som GEUS har været involveret i undersøgelsen af: På den øvre del af kontinentalskrænten nord for Færøerne er et "konturit sheet" blevet kortlagt i perioden 1993-97.

Langs den nederste del af skrænten og i bunden af Færø-Shetland Kanalen er der for nyligt observeret en kanal-konturit, hvis udbredelse og størrelse endnu ikke er fuldt kendt. Endelig blev der i sommeren 97 opdaget endnu en konturit ved udløbet af Færø Banke Kanalen sydvest for Færøerne.

Kontinentalskrænterne skrider
De mest spektakulære havbundsformer i dybhavet opstår, når sedimenterne på shelfen og kontinentalskrænterne af forskellige årsager bliver ustabile og begynder at bevæge sig ned ad skråningerne. Omfanget kan variere fra sedimentkorn, der tumler ned ad skråningen over småudskridninger til totale sammenbrud af flere hundrede kilometer af kontinentalsoklens ydre del. Interessen for den slags skredbevægelser er stor både fra videnskabens og industriens side.

Det allerførste skred udløser ofte en række successive skred i skrænten ovenfor og ud til siderne fra skredet. Der fremkommer derved en karakteristisk skredgrube, med stejl bagvæg og med bagud tippede oversider af skredblokkene, som derved danner et uroligt relief i havbunden. Det forhold, at lagdelingen i skråningens sedimenter ofte praktisk talt er parallel med havbunden, kan medvirke til, at 50-100 m tykke skiver af skråningen skrider ud og ned, således at blokke, fra ganske små til flere kvadratkilometer store, kan rutsche afsted og nærmest "aquaplane" som en bil på en våd vej. (fig.12). Nogle gange er blokkene næsten intakte, men andre gange bliver materialet så forstyrret, at det flyder afsted som en plastisk masse som våd beton. Under visse omstændigheder kan bevægelsen blive så kraftig, at der hvirvles vand ind i massen og den flyder videre som en opslemning. Nu fortsætter den ned ad skråningen som en tung, snavset væske, hvor det er den voldsomme turbulens, der holder sedimentet opslæmmet. En sådan "turbiditstrøm" kan bevæge sig mange hundrede kilometer langs bunden, selv når den er næsten horisontal, indtil strømmen stopper og aflejrer sin last, som regel på de meget flade dybhavssletter, der er karakteristiske for havets dybeste dele. I Nordatlanten kan turbiditstrømme tilsyneladende også aktiveres i forbindelse med kraftige Jökelløb, som det skete på Island i 1996, da vulkanen Grimsvötn under gletcheren Vatnajökel smeltede store mængder is og smeltevandet banede sig vej under isen ud til kysten som et Jökelløb.
De forskellige typer af skredprocesser forekommer mest i kombinationer. Der er som oftest tale om et dynamisk udviklingsforløb fra bevægelsen begynder til sedimentet er faldet til ro og aflejres igen. Forløbet starter med udskridninger og blokskred og ender som en turbiditstrøm.

Der opdages til stadighed nye eksempler på spor efter ustabilitet af kontinentalskrænterne i Nordatlanten. Her har olieindustriens stigende interesse intensiveret eftersøgningen, men også en del større, internationale forskningsprojekter har vendt sig mod emnet, bl.a. ENAM projektet. Via dette projet har GEUS været involveret i opdagelsen og udforskningen af et gigantisk skredkompleks på kontinentalskrænten nord for Færøerne (fig. 12). Dette skredkompleks, indtil videre kaldet "The North Faeroes Slide Complex", har kun været kendt siden 1991; men de foreløbige resultater antyder, at det er et klassisk eksempel på de sammensatte processer, der indgår i sedimentmassernes udskridning. Der er utvivlsomt også sket skred udfor Østgrønlands kontinentalsokkel, men dem ved vi meget lidt om endnu.

Nogle af skredene i Nordatlanten har været gigantiske. For 30.000-50.000 år siden skred 300 km af den ydre del af Norges kontinentalsokkel ud i området ud for Ålesund-Trondheim: "Storegga Skredet". Aflejringerne herfra er op til 450 m tykke og er spredt indtil 800 km væk og dækker et område på størrelse med Skotland helt ud til 3.5 km dybde. Ved en "lille" efternøler for ca. 8000 år siden rutschede yderligere to klodser på 10 og 30 km ned over skrænten og 200 km væk og satte en kæmpemæssig tsunami-flodbølge i gang, hvis virkning kan spores langt omkring.

Virkningerne af sådanne skred kan strække sig fra nogle knækkede dybhavskabler til muligheden for total ødelæggelse af offshore installationer i store områder, for ikke at tale om de ulykker en ledsagende tsunami-bølge kan forårsage i kystområder. Der er stadig meget af kontinentalskrænterne, der endnu ikke er skredet, så der ligger en vigtig opgave i at tilvejebringe viden, der kan forklare, hvad der kan udløse sådanne store skred.

Dybhavsbunden
Som nævnt ovenfor så rummer dybhavsbassinernes sedimenter vidnesbyrd om skredkatastrofer, turbiditter, men i det "daglige" er sedimenterne mere præget af aflejringen af de fine skaller af havvandets planktonorganismer og lidt fint ler ført ud fra land. Under istiderne kan sedimenter, inklusive grus og sten fra smeltende isbjerge, bidrage væsentligt til sedimentforsyningen. Sedimentationen er dog gennemgående ganske langsom. Derfor vil de borekærner på 6 meter, der bliver taget på GEUS- togter ikke sjældent give oplysninger om flere istider og mellemistider. Men det er en helt anden historie.

Dybhavskoraller
På steder med kraftig strøm kan man selv i Nordatlantens kolde vand finde koraller. Det er dog først i det seneste årti, efter at olieindustrien er søgt ud på større og større vanddybder, at opsporingen af dybhavskorallerne for alvor er begyndt. Man troede indtil for nyligt, at disse koraller var meget sjældne, men de seneste års undersøgelser har vist, at de er mere udbredt i Nordatlanten end hidtil antaget.

Udforskningen og kortlægningen af korallerne gøres i stor udstrækning ved brug af de geologiske værktøjer. I 1997 deltog GEUS i et internationalt togt med deltagelse af både biologer, geologer og geofysikere, der bl.a. havde til formål at forske i dybhavskoraller vest for Færøerne (se fig. 13). Dybhavskoraller er observeret på mange forskellige vanddybder helt ned til 1200 m - og de ses både på kontinentalshelfen, kontinentalskrænterne og på enkeltstående banker og rygge. De forekommer i flere forskellige former; som flade spredte klatter, som langstrakte rev og som op til hundrede meter høje banker. Trods flere års intens forskning er der stadig ringe forståelse af processerne, der betinger udbredelsen af dybhavskorallerne. Der arbejdes med flere forskellige teorier, hvor udsivende gasser, udsivende saltvand, havstrømmenes forløb eller intern turbulens i disse er blandt de mest udbredte forklaringer. Det er dog nok sandsynligt at dannelsen og udbredelsen af dybhavskorallerne må tilskrives et samspil af forskellige processer.

Interessen for at forstå dybhavskorallernes forekomst er mangesidig. Dels er det vigtigt at forstå korallernes levevilkår så de ikke ødelægges af menneskelige aktiviteter. Dels synes korallerne på visse steder at forekomme i så stort tal, at de er til besvær i forbindelse med konstruktioner og installationer på havbunden som led i bl.a. kulbrinteindvinding.