Det høyeste fjellet og den dypeste dalen

Gausta_Norgeibilder-ingress
03.10.2016
Det andre mysteriet i denne artikkelserien er – så vidt jeg veit - ikke definert i geologisk faglitteratur. Man må erfare det sjøl. Det åpnet seg for meg i 1978-79 under et studieopphold på Stanford, California.

Av Fridtjof Riis
Artikkelen er tidligere publisert på nettstedet www.geoforskning.no

På Stanford viste det seg at geologene hadde en annen tilnærming til faget enn jeg var vant til fra studietida i Oslo. Hvis de for eksempel så en intrusivgang i felt, var de ikke fornøyd med å beskrive alle egenskapene til gangen, de tenkte på fysiske prosesser og la ut om ekstensjon og stressfelt. De beundret Charles Hunt, pioneren som både gjorde grundige observasjoner og satte dem inn i en geomekanisk sammenheng: Hvordan dannes egentlig fjell? Og hvordan samler man på fjell?

Den holdningen fikk meg til å tenke på at den skandinaviske fjellkjeden med sine høytliggende fjellplatåer, slik som Hardangervidda, ikke var forklart. Og der var det at Jon Fink, som da var PhD-student, én dag så på meg med store øyne og sa: Hvorfor er det slik at det høyeste fjellet alltid ligger ved siden av den dypeste dalen?

Et interessant spørsmål, men er det dekning for det? Er det en tilfeldighet hvis et høyt fjell ligger ved siden av en dyp dal, eller finnes det tektoniske og/eller morfologiske sammenhenger som vi vanligvis ikke tenker på?

Vi var på ekskursjoner og feltarbeid mange steder i det vestlige USA dette året, vi så på riftdaler, vulkaner og Sierra Nevadas fjellkjede. Det ble en vane å sjekke. Flere ganger nikket vi til hverandre: Yess: The mountain and the valley.

Det enkle spørsmålet hadde festet seg. Snart skulle jeg tilbake til Norge og teste det på den skandinaviske fjellkjeden.

 

Den kaledonske kjernen

Svært mye av norsk berggrunnsgeologi er dominert av den kaledonske fjellkjededannelsen i sen silur – tidlig devon.

Men fjellkjeden i Skandinavia, slik den framstår i dag, er blitt til gjennom en rekke faser med tektoniske bevegelser under ulike stressforhold, skilt av lange rolige perioder med erosjon. Den gir mange gode eksempler på sammenhenger mellom fjell og daler, høyder og bassenger som har utviklet seg gjennom geologisk tid. Fjellformasjonene våre er dannet ved erosjon inn i gamle vidstrakte geologiske flater som til sammen danner Norges tak (se mysteriet om fjellplantene). Den mest iøynefallende av disse flatene er toppen av det prekambriske grunnfjellet – det subkambriske peneplanet.  I store deler av Skandinavia øst for de sentrale Kaledonidene kan vi bruke dette som et referansenivå som har ligget tilnærmet flatt før den kaledonske fjellkjededannelsen.

 

Venstre: Riftlandskap i vestlige USA med Death Valley og Panamint Range.  Høyre: Den blå linja viser hvor skyvedekkene i den kaledonske fjellkjeden slutter. Den røde linja avgrenser den sentrale delen av fjellkjeden, der grunnfjellet er kraftig mobilisert og det kommer inn bergarter fra oseanisk skorpe og den amerikanske kontinentalplata. Den hvite streken viser omrisset av høyder der det var lite sedimentasjon i trias og undre jura som følge av seinere riftprosesser. Målestokken på bildene er den samme.

Venstre: Riftlandskap i vestlige USA med Death Valley og Panamint Range.

Høyre: Den blå linja viser hvor skyvedekkene i den kaledonske fjellkjeden slutter. Den røde linja avgrenser den sentrale delen av fjellkjeden, der grunnfjellet er kraftig mobilisert og det kommer inn bergarter fra oseanisk skorpe og den amerikanske kontinentalplata. Den hvite streken viser omrisset av høyder der det var lite sedimentasjon i trias og undre jura som følge av seinere riftprosesser. Målestokken på bildene er den samme.

 

For 550 millioner år siden lå peneplanet nær havnivå og dekket enorme områder på det baltiske skjoldet og i Nord-Amerika. Men den blå linja på figuren viser at det i dag er store høydeforskjeller på dette peneplanet i Skandinavia.

I Estland er peneplanet omtrent på havnivå i dag. Derfra synker det noen hundre meter i Bottenvika for deretter å stige til rundt 500 meter inn mot den skandinaviske fjellkjeden. Det kommer noe høyere i den nordlige kulminasjonen av fjellkjeden i nordlige Nordland og opp til 1000 - 1500 meter på Hardangervidda i den sørlige kulminasjonen.

Inn mot den sentrale delen av den kaledonske fjellkjeden er skifrene over peneplanet lavmetamorfe, og i de baltiske statene ligger de i oljevinduet. Forlandsbassenget må altså ha vært dypt begravd under skyvedekker og sedimenter i fjellkjeden. Figuren over viser analogien med Himalaya. Høyden og forløpet av peneplanet i dag skyldes seinere bevegelser i jordskorpa. Overført til Himalaya vil den blå linja ligge inne i foten av fjellkjeden, mens den røde ligger i området med de høyeste snødekte toppene.

 

Den andre fjellkjeden

Fra San Francisco var det i 1978 én dagsreise til Basin and Range, et rift-område med fjellrygger og bassenger som strekker seg over flere delstater. For Charles Hunt som begynte sitt arbeid på 1930-tallet var det et livsverk å kartlegge der. I dag kan man reise dit med Google Earth og fort overbevise seg om at de høyeste riftskuldrene ligger ved siden av de dypeste bassengene.

De som tolker seismikk i riftbassengene i Nordsjøen eller ser på topografien på midthavsryggene vil kjenne igjen geometrien. Ikke så underlig: Kreftene som virker under et jordskjelv fører til at liggblokka går opp og hengblokka ned relativt til de stabile omgivelsene. Her er det en fysisk sammenheng: Jo mer liggblokka stiger, jo mer synker hengblokka. I et jordskjelv er bevegelsen på noen meter, mens de store forkastningene vi observerer er en sum av resultatene av utallige jordskjelv.

Beltet som hørte til den sentrale delen av Kaledonidene vest for den røde linja på figuren fortsetter ut på norsk sokkel og danner grunnfjellet der. Rift-tektonikk i perm og trias dannet dype sedimentbassenger på norsk sokkel der fjellkjeden tidligere hadde ligget.

Volumene av sedimenter i disse bassengene og størrelsen på forkastningene vitner om at sokkelens bassenger hørte sammen med riftskuldre som lå på det som i dag er norsk fastland. Vi fikk en ny fjellkjede i Skandinavia og nye bassenger i Nordsjøen og Norskehavet dannet ved rifting av det delvis nedslitte kaledonske området.

Den hvite linja på figuren viser områder som har stått høyt og fått lite sedimenter i trias og fram til mellom-jura. Det er god korrelasjon mellom utbredelsen av disse høydene og utbredelsen av dagens skandinaviske fjellkjede, men topografien i denne andre fjellkjeden ble stort sett nedslitt i mesozoisk tid.

 

 

Øverst: Satellittbildet av riftlandskap i vestlige USA med Death Valley og Panamint Range. Nederst: Kart over Nordkappbassenget i Barentshavet som viser saltstrukturer og tilhørende innsynkning på jura-nivå. Illustrasjon: Fridtjof Riis

Øverst: Satellittbildet av riftlandskap i vestlige USA med Death Valley og Panamint Range.
Nederst: Kart over Nordkappbassenget i Barentshavet som viser saltstrukturer og tilhørende innsynkning på jura-nivå.
Illustrasjon: Fridtjof Riis

 

Massebalansen

Rifting hører sammen med vulkanisme. Flytende magma nede i jordskorpa kan finne en vei opp og danne vulkanske fjell. Liknende strukturer kan dannes når saltet i store saltbassenger blir mobilisert og stiger opp gjennom sedimentlagene over.  Prinsippet om det høyeste fjellet og den dypeste dalen gjelder også for slike intrusjoner. Massen av salt som ligger i en saltstokk kom opprinnelig fra området rundt stokken. Dette området vil synke inn når saltet trekkes vekk. Jo større og høyere saltstokk eller vulkan som bygges opp, jo større og dypere blir randsynklinalen eller kalderaen rundt den.

Volumet og alderen på innsynkningsbassenget på juranivå rundt saltstrukturene i Nordkappbassenget kan brukes til å beregne hvor mye salt som har intrudert seinere enn jura tid.

Vulkankjeglene i Oslofeltet er for lengst erodert bort. Oslofeltet er en graben, et innsunket geologisk område, 45–75 km bredt, fra Langesund i sør til Brumunddal i nord. Men kalderaene i Oslofeltet er bevart og ligger klare til å bli modellert for den som er nysgjerrig på hvor store vulkanene var.

 

Fjellet, dalen og erosjonen

I Sør-Norge er landskapet preget av dype dalfører som eroderer ned i harde metamorfe bergarter. Langvarig erosjon fører til at dalførene blir bredere og dypere. Dalsidene blir erodert, mens fjellplatåene mellom dalene blir bevart. Isostasi (den geologiske likevektstilstanden mellom litosfæren og astenosfæren) sørger for at fjellene blir høyere etter hvert som dalene graves ut.

Hans Reusch, en geolog av samme kaliber som Charles Hunt, definerte den paleiske flaten med utgangspunkt i fjellplatåene mellom de glasiale dalene. Han antok at denne flaten var en rest av et preglasialt landskap.

Med dagens kunnskap kan man si at den paleiske flaten er sammensatt av mange ulike elementer. Men dersom man skal se etter preglasiale former, bør man lete på fjellplatåene mellom de eldste dalene.

Ideen om at erosjonsmekanismer bidrar til å plassere det høyeste fjellet ved siden av den dypeste dalen gjelder både glasial erosjon og elve-erosjon, men den glasiale erosjonen skaper i tillegg nye dalfører og overfordypninger som er størst der fjellene er høyest. Dette skyldes særlig transportevnen til vann under trykk under dalbreene, som gjør at materiale kan transporteres ut av de overfordypete bassengene.

Oljedirektoratet har samarbeidet med De nationale geologiske undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS) for å sammenstille Tor Eidvins biostratigrafi i oligocen og miocen med regional kartlegging. Sandavsetninger fra oligocen og miocen i Danmark og på sokkelen passer godt sammen med de eldste dalførene i Sør-Norge og på Vestlandet. Da er vi 20-30 millioner år tilbake i tid. De eldste norske dalsystemene slik som Sognefjorden kan ha en enda eldre historie:

Reservoaret i Trollfeltet hører til Sognefjord-deltaet, som har sandstein i flere nivåer fra Johansenformasjonen (tidlig jura) til Sognefjordformasjonen (sein jura). Sanda som bygger opp disse formasjonene kommer fra Vestlandet. Stordbassenget har uborete jura-avsetninger som også kommer fra Vestlandet. Vestlandsfjordene ble hovedsakelig dannet i kvartær tid, men det er sannsynlig at erosjonen i dette landskapet var delvis styrt av de gamle juraiske elvesystemene.

Øya Utsira er et annet eksempel på at vi hadde et mesozoisk landskap i Sør-Norge. Den består av harde granittiske bergarter som ikke ble fullstendig nedslitt før jura-sedimentene ble avsatt. Glasial erosjon har seinere fjernet de overliggende sedimentene slik at den gamle landskapsformen vises. Gaustatoppen består av beinhard kvartsitt, er omgitt av dalsystemer og rager 3-400 meter høyere enn de andre toppene i Telemark.  Rekonstruksjoner tyder på at den har vært et fjell i oligocen og miocen, kanskje også tilbake i mesozoisk tid.

Kyststrøkene i Nord-Norge og deler av Vestlandet har et landskap som jeg kommer tilbake til i neste mysterium. 

 

Gaustatoppen sett fra nord. Toppen ligger mellom den dype glasiale Vestfjorddalen i nord og Gausdalen i vest, og rager mer enn 600 m over platået nord for Vestfjorddalen. Fjellet og dalene er erodert fram i et tidsrom som sannsynligvis begynte lenge før istidene i kvartær. Datamodell fra www.norgeskart.no (Kartverket-Geodata AS)

Gaustatoppen sett fra nord. Toppen ligger mellom den dype glasiale Vestfjorddalen i nord og Gausdalen i vest, og rager mer enn 600 m over platået nord for Vestfjorddalen. Fjellet og dalene er erodert fram i et tidsrom som sannsynligvis begynte lenge før istidene i kvartær. Datamodell fra www.norgeskart.no (Kartverket-Geodata AS)


Det stig av hav - for tredje og fjerde gang

Den skandinaviske fjellkjeden bygde seg opp i paleocen og eocen. Utbyggingen av sand og silt fra fjellkjeden var størst fra hevingssentrene i Nord-Vestlandet og nordlige Nordland.

Samtidig skjedde en innsynking av sentrale deler av Nordsjøen som skapte større havdyp og mer rom for sedimentasjon. Den store utstrekningen av hevings- og innsynkningsområdene tyder på at dette er prosesser som omfattet hele jordskorpa i Skandinavia. Prinsippet om fjellet og dalen virker også i denne målestokken. Innsynkning og heving hører sammen.

En tektonisk fase med kompresjon tidlig i midtre miocen førte til ny heving av Sør-Norge og innsynkning av sentrale Nordsjøen. Samtidig kom Lofoten-Vesterålen segmentet opp mens Lofot-bassenget sank inn, og det skjedde en reaktivering og nydanning av antiklinaler og synklinaler i Norskehavet og sørlige Nordsjøen.

Under istidene har fjellkjeden og bassengene blitt kraftig påvirket av isostatiske krefter, ved avlasting og pålasting av isdekker, erosjon fra fjellområdene og rask pålasting av sedimenter i bassengene. Vi kan rekonstruere forløpet av istidene, istykkelser og massebalanse, men det er likevel frisk debatt om mekanismer.

Det ser ut til at både i Skandinavia, på Grønland og ellers har landskapene som har vært utsatt for gjentatte store nedisninger en mer dramatisk topografi enn en ville forvente ut fra bare erosjon og isostatiske krefter.

Finnes det en X-faktor som ikke er tatt med i modelleringen og som bidrar til at store gjentatte nedisinger forsterker en topografi med høye fjell rundt innlandsisen og dype sentrale depresjoner?

 

Fjellet, dalen og X-faktoren

Ta med deg det gamle spørsmålet fra Jon neste gang du går i fjellet eller sitter ved tolkningsstasjonen. Bruk det til å gjenkjenne geologiske prosesser som virker sammen og til å se former og strukturer i en større sammenheng.

Så må du bare regne med at det kan dukke opp X-faktorer som inspirerer oss til å gå videre inn i fjellheimen.


Tema: Geologi