Løser gåte om fjellenes høyde

Nye forskningsresultater viser at fjellene på kloden maksimalt er 1500 meter høyere enn snøgrensen. Det forklarer hvorfor fjell ved ekvator er høyere enn ved polene.

Publisert
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

Problemer med vulkaner

Mens isbreene ikke har problemer med å bryte ned fjellene i samme tempo som de vokser, så får de problemer når det gjelder aktive vulkaner.

En vulkan vokser typisk fram i løpet av noen få tusen år, og da kan ikke isbreenes henge med. Først i det øyeblikket vulkaner slutter å være aktive, får isbreene herredømmet over dem.

 

Store fjellkjeder og platene deres

Himalayafjellene er oppstått ved kollisjon mellom den Indo-australske platen og Eurasia-platen. Andesfjellene er dannet fordi Stillehavsplaten skyves inn under Sør-Amerika. Og Alpene er oppstått ved at Afrika og Europa støtter sammen.

 

Klima påvirker fjellhøyden

Klimaendringer påvirker hvor høye fjellene blir. I krittiden var det for eksempel varmere overalt på kloden, så derfor var snøgrensen generelt også høyere. Forskerne antar derfor at datidens fjell var betydelig høyere enn de er i dag.

På grunn av den globale oppvarmingen vil snøgrensen generelt rykke høyere opp i fjellene, og derfor vil isbreene på lang sikt kunne få mindre makt over fjellene.

Tørt ved ekvator

I et belte like nord og sør for ekvator er det så tørt at det ikke er nok nedbør til å skape isbreer over snøgrensen. I dette beltet slipes fjelltoppene heller ikke ned.

 

Isbreer kan både krype og gå

I den nye datamodellen har forskerne tatt høyde for at isbreer kan bevege seg på to måter. Isen oppfører seg til dels som en tyktflytende væske som kan strekke seg ut og trekke seg sammen lokalt. Men ser man på isbreen utenfra, så kan man betrakte den som en gigantisk stein, et såkalt stivt legeme, som skurrer nedover fjellsiden. Modellen tar høyde for begge deler.

 

Danske geofysikere fra Aarhus universitet har gjort en sensasjonell oppdagelse.

Ved hjelp av en geografisk analyse, samt nye avanserte datasimuleringer, har de klart å finne en forklaring på hvorfor klodens høyeste fjellkjeder finnes ved ekvator, mens fjellkjedene blir lavere og lavere ettersom man nærmer seg polene.

De nye simuleringene viser hvorfor verdens mektigste fjellkjeder, som for eksempel Himalaya i Tibet og Andesfjellene i Sør-Amerika, bare rager litt opp over snøgrensen, der all nedbør faller som snø.

Over snøgrensen samler snøen seg i store isbreer, som sliper ned fjelltoppene svært effektivt. Dermed bestemmer snøgrensen høyden på fjellene, ifølge de nye undersøkelsene.

Oppdagelsen er publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature.

– Dette er snakk om et vitenskapelig gjennombrudd, for vi har funnet en grunnleggende ny forståelse av hvorfor jordens overflate ser ut som den gjør og hvorfor fjellene er så høye som de er, sier førsteamanuensis David Lundbek Egholm, Geologisk Institut, Aarhus universitet.

Han står bak de nye resultatene sammen med kollegaen Søren Bom Nielsen og deres felles doktorgradsstudent Vivi Kathrine Pedersen.

Snøgrensen er avgjørende

Snøgrensen varierer med klimaet og ligger høyt over jordoverflaten ved ekvator og lavt ved de kalde polene. Samtlige store fjellkjeder følger dette mønsteret.

Himalayafjellene er altså svært høye fordi de ligger tett på ekvator, hvor atmosfæren er varm. Her ligger snøgrensen nesten 6000 meter oppe. Alpene er lavere fordi snøgrensen her er ved cirka 3500 meter.

(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

I Norge ligger snøgrensen på 1500 meters høyde, noe som gir isbreene stor makt – så stor at de kan bryte ned fjellene raskere enn de vokser. Konsekvensen er at disse fjellene blir flate på toppen i en høyde som svarer til snøgrensen.

Kontinentene flyter rundt

Fjellkjedene oppstår og vokser fordi jorden såkalte kontinentalplater flyter rundt på jordens mantel og med jevne mellomrom støter inn i hverandre.

Sammenstøtene er så voldsomme at kantene på kontinentene krøller seg sammen og bøyes oppover i en høyderygg. Eller så smyger den ene kontinentalplaten seg inn under den andre, som dermed presses opp.

– Hittil har man trodd at høyden til fjellkjedene utelukkende var bestemt av hvor hardt platene støter sammen, men datasimuleringene våre undergraver den forklaringen. I stedet viser de at fjellkjedene ved ekvator er høyere fordi snøgrensen her ligger et godt stykke høyere i atmosfæren, forteller Egholm.

Over snøgrensen oppstår det nemlig små og store isbreer som glir nedover fjellene og høvler det øverste laget av den steinete overflaten.

Prosessen produserer store mengder avleiringer i form av stein og grus, som isbreene trekker med seg på reisen ned gjennom landskapet.

Ved snøgrensen brer enorme isbretunger seg utover fjellsidene, hvor de avleverer den grumsete ladningen. Deretter sørger rislende smeltevannselver for å føre avleiringer med seg ned i dalen.

Gigantisk høvel

Det har lenge vært kjent at isbreer på den måten kan sette fingeravtrykkene sine på fjellene ved å grave dype og brede daler mellom fjelltindene, høytliggende «amfiteatre» samt hengende «skåler» med gigantiske fosser.

Men det kommer som en stor overraskelse at de samme prosessene også styrer høyden til fjellene, mener forskerne.

(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)
(Illustrasjonsfoto: www.colourbox.no)

Får isbreene operere fritt gjennom noen millioner år, vil de ifølge datasimuleringene skape flate landskap i høyder som sammenfaller med snøgrensen – som om en gigantisk høvel har vært i bruk.

Det overrasker forskerne hvor effektive isbreene er til å slipe ned fjelltoppene. Det er mange fjellkjeder som fremdeles vokser nedenfra fordi platetektonikken også i dag er aktiv.

Likevel er det bare de færreste fjellkjedene som faktisk vokser i høyden, fordi isbreene holder dem nede.

– Mens smeltevannselvene bruker millioner av år på å slite ned fjell ved lave høyder, så vil isbreene allerede ha en dramatisk innvirkning på fjellene etter noen få tusen år. Isbreenes nedbrytningsprosess foregår på svært korte tidsperioder, geologisk sett, sier Vivi Kathrine Pedersen.

Romferge kartla landskapet på jorden

Teamet fra Århus kom på sporet av sammenhengen ved å analysere høydemålinger av jordens overflate som den amerikanske romfartsorganisasjonen NASA for noen år siden laget med radaren om bord på romfergen Endeavour.

I dag er kartlegningen fritt tilgjengelig og kan uten videre lastes fra ned fra NASAs nettsted, og det var nettopp det Egholm og hans kolleger gjorde. Deretter analyserte de dataene ved hjelp av sin nye datamodell av oppførselen til isbreene.

Datamodellen er det første av sitt slag, og den kan svært nøyaktig simulere hvordan isbreene beveger seg gjennom ulike landskap og former dem.

Den er utstyrt med algoritmer som kan beregne hvordan isen dannes, hvordan isbreene flyter nedover fjellsidene, hvordan smeltevannet mellom isbreen og fjellsiden renner og hvordan bergartene brytes ned.

Ny beskrivelse av isbrebevegelse

For å få en realistisk datamodell var forskerteamet nødt til å starte helt fra bunnen. Hittil har man primært regnet på is ved å se på isbrebevegelser på Grønland og i Antarktis, hvor isen typisk brer seg ut som iskapper i flate landskap.

"Isfjell på Svalbard."
"Isfjell på Svalbard."

Det gjør at man kan forenkle bevegelsesligningene drastisk og likevel klare å simulere isbreenes bevegelse.

Men en så forenklet isbremodell kan man ikke bruke på jordens mektigste fjellkjeder, hvor fjellsidene typisk er svært bratte, og hvor bevegelse til isbreene først og fremst styres av tyngdekraften, som trekker dem nedover mot havoverflaten.

Samtidig har man ikke én kjempestor iskappe, men mange små isbreer som flyter nedover fjellsidene som en seig væske.

– Vi delte landskapet i små celler, deretter regnet vi på hvilke celler det faller snø og dannes is på. Store ismasser på en bratt overflate oppfører seg som honning, som langsomt flyter avsted og klistrer til underlaget. Alt dette har vi lagt vekt på at modellen skal kunne simulere til punkt og prikke, sier Egholm.

Forskerne sikret seg at modellen var naturtro ved å fôre den med historiske opplysninger. Deretter lot de datamodellen regne på hvordan isbreene formet fjellandskapet gjennom tidene.

Sammenfallet mellom de simulerte landskapene og den virkelige verden viste seg å være slående, og det dokumenterte at forskerne sto med en realistisk modell.

Globale resultatet

Deretter kunne forskerteamet la modellen regne på hvilke «biprodukter» isbreene skaper.

De ble overrasket da datamodellen pekte på en sterk sammenheng mellom snøgrensen og høyden til fjellene, og sammenhengen ble bekreftet av NASAs observasjoner.

– Denne geografiske analysen er global. Vi har avslørt en hittil ukjent mekanisme som er i stand til å forklare jordens topografi på en helt ny måte. Og det er stort, sier Nielsen.

Han påpeker likevel at det finnes noen områder hvor datamaterialet er litt tynt.

Romferjen Endeavour har kartlagt jordens topografi fra breddegrader fra 60 nord til 60 sør, noe som stort sett tilsvarer hele jordkloden.

Den mest optimale situasjonen hadde vært hvis forskerne hadde hatt like mange høydemålinger av fjellkjeder fra hele jordkloden, men det har ikke vært tilgjengelig. Og det gir en kraftig vridning av måledataene.

På den sørlige halvkulen, og omkring ekvator, er det for eksempel ikke særlig mange fjell som var høye nok, det vil si at de rakk opp over snøgrensen. I det hele tatt finnes det ikke så mange landområder i den delen av verden. Derfor var ikke målingene så ensartede som forskerne kunne ha ønsket seg.

– Det er altså noen hvite flekker på kartet, hvor datamaterialet er litt tynt, men de dataene vi har er av samme høy kvalitet uansett hvor på jorden vi ser, sier Egholm.

Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Lenker

Kontaktopplysninger for David Lundbek Egholm og hans kolleger

Forskernes simulering av isbreenes nedbrytningsprosess

Forskernes animasjon av nedbrytningsprosessen

Om snøgrensen (Den Store Danske Encyklopædi)