Kronikk: Havnivå og endring

Havnivået er ingen konstant størrelse. Som alt annet i naturen endrer det seg kontinuerlig som et resultat av geologiske prosesser. Havnivået vil derfor fortsatt variere, med eller uten menneskelig påvirkning, skriver professor Willy Fjeldskaar i denne kronikken.

Publisert

I Nord-Europa har havnivåendringene gjennom historisk tid vært så store at virkningene har vært merkbare i løpet av bare én generasjon, og fra 1700-tallet ble observasjonene gjenstand for intense faglige diskusjoner.

De første tolkningene av havnivåendringene som ble gjort på 1800-tallet dannet to skoler. Den ene skolen hevdet at havnivået hadde vært konstant gjennom millioner av år, og at landområdene beveget seg opp og ned.

Enkelte hevdet endog at hele kontinenter kunne bevege seg i vertikal retning. Den andre skolen hevdet derimot at endringene skyldtes globale havnivåendringer.

Den sveitsiske geologen Eduard Suess har fått æren for dette postulatet gjennom en publikasjon som ble utgitt i 1889. 

Suess mente at erosjon fra kontinentene og sedimentasjon i havene var den viktigste enkeltårsaken til havnivåstigning, selv om han også pekte på klimatiske forandringer, tektoniske bevegelser og vann fra vulkanutbrudd.

Globale, samtidige og uniforme endringer

Suess kalte disse bevegelsene i havnivået for eustatiske (gresk; ev = god, stasis = stilling), og han antok at de var oscillerende og globale. Eustasi har siden den gang blitt definert som globale, samtidige og uniforme havnivåendringer.

Men, som vi nå skal se nedenfor, eustatiske endringer er aldri globalt uniforme; de observeres ulikt avhengig av geografisk ståsted.

Tektono-eustasi omfatter endringer som skyldes endringer i volumet av havbassengene, enten årsaken er tektoniske bevegelser som følge av at platene beveger seg i forhold til hverandre, eller at de har sammenheng med innfylling av sedimentasjonsbassenger slik Suess foreslo.

Glasial-eustasi som skyldes endringer i havvannets volum på grunn av at isbreer dannes eller smelter. Isbreene ved siste istids maksimum tilsvarte ca. 130 m global havnivåstigning.

Disse to formene for eustasi gir tilnærmet uniformt globale havnivåendringer, og de svarer til den klassiske definisjonen av eustasi.

Vi har imidlertid en tredje eustatisk faktor, geoide-eustasi, som skyldes endring i gravitasjon. Denne gir en omfordeling av vannmassene og fører til at eustatiske endringer ikke kan være like over hele kloden.

Alle prosesser som forårsaker eustatiske endringer, vil føre til større eller mindre endring av geoiden.

Jordas respons

På denne bakgrunn, må vi innse at havnivåendring er en ganske komplisert prosess. Det er også en annen faktor som gjør at havnivåendringer vil observeres ulikt over kloden.

Det er knyttet til bevegelse av landjorda. Den viktigste faktor kalles isostasi (gresk; isos = lik, stasis = stilling), og har å gjøre med jordas respons på belastning og avlastning. Isostasi er egentlig Arkimedes’ prinsipp anvendt på jordas øvre lag.

Jordskorpen flyter nemlig på mantelen under omtrent som isfjell flyter på vann. Fridtjof Nansen introduserte i 1921 en modell av glasial-isostatisk heving og havbunnens respons på eustatiske endringer, og han har fått æren av å være opphavsmann til begrepet hydro-isostasi, som er jordskorpens respons på endring i havnivå.

Når havbunnen får tilførsel av vann fra smeltende isbreer, vil den trykkes ned for at det skal opprettes isostatisk likevekt.

På grunn av tetthetsforskjell mellom havvannet og mantelen, blir nedpressingen av havbunnen ca. 1/3 av havnivåendringen (mantelen har tetthet ca. 3 g/cm3).

En økning av havnivået på 130 m fører altså til ca 40 m isostatisk nedpressing av havbunnen.

 I og med at jordas volum ikke endres, må en nedpressing av havbunnen medføre at kontinentene hever seg.

Siden det er dobbelt så store havområder som kontinent på jorda, blir vertikalbevegelsen av kontinentene i gjennomsnitt det dobbelte av havområdenes nedpressing.

Jorda oppfører seg som en elastisk plate, og ved 40 m nedpressing av havbunnen, vil landområdene stige i gjennomsnitt 80 m (se Figur 1).

Figur 1. Beregnet total hydro-isostatisk innsynkning etter siste istids maksimum pga 130 m økning i havnivået.
Figur 1. Beregnet total hydro-isostatisk innsynkning etter siste istids maksimum pga 130 m økning i havnivået.


 Store forskjeller i kurvene

Det vil altså være store forskjeller på havnivåkurver fra kystnære områder og øyer langt til havs, øyer som følger med havbunnens isostatiske justeringer.

Kystnære områder kan bli liggende i hengsleområder mellom kontinent som hever seg og havområder som synker.

La oss se hvordan dette påvirker havnivået i Nord-Europa nå. Fra modellering av landhevningen, mener vi å ha et godt bilde av jordas respons på belastning og avlastning.

Tidsresponsen på de isostatiske bevegelsene styres av mantelens viskositet. Denne er for Skandinavia estimert til 1021 Pa s, med en 100 km tykk asthenosfære øverst med noe lavere viskositet (1019 Pa s).

Fra 18 000 til i dag steg havnivået med 130 m, det meste fra 12 000 til 5 000. Hvis vi bruker viskositeten ovenfor, får vi resultatene for hydro-isostasi som vist i Figur 2.  Som vi ser, vil havbunnen nå synke inn med 1.0-1.5 mm/år. I løpet av de neste 100 år, vil havbunnen altså synke inn 10-15 cm.

Figur 2. Beregnet hydro-isostasi forårsaket av 130 m havnivåstigning de siste 18 000 år. Mørk blå farge indikerer innsynkning på 1.5 mm/år, lyse blått 1.0 mm/år.
Figur 2. Beregnet hydro-isostasi forårsaket av 130 m havnivåstigning de siste 18 000 år. Mørk blå farge indikerer innsynkning på 1.5 mm/år, lyse blått 1.0 mm/år.

 

I tillegg til hydro-isostasi, er det en annen viktig komponent i landområdenes bevegelser i våre områder – nemlig glasial-isostasi.

Glasial-isostasi er jordas respons på at isbreer dannes eller smelter. Isen under siste istid var antakelig over 2 km tykk over Bottenviken, og totalt er glasial-isostasien derfor på mange hundre meter i området.

Beregnet glasial-isostatisk respons er i dag på ca 7 mm/år i Bottenviken. Men som vi ser, av Figur 3, er det ifølge beregningene store områder i periferien hvor det er isostatisk innsynkning, på opptil 3 mm/år.

Figur 3. Beregnet glasial-isostasi forårsaket av avsmelting av isen i Nord-Europa etter siste istid. Den glasial-isostatiske kompenent av landhevningen er ca. 7 mm/år, mens det i periferien er innsynkning av havbunnen på inntil 3 mm/år.
Figur 3. Beregnet glasial-isostasi forårsaket av avsmelting av isen i Nord-Europa etter siste istid. Den glasial-isostatiske kompenent av landhevningen er ca. 7 mm/år, mens det i periferien er innsynkning av havbunnen på inntil 3 mm/år.


 

Begge disse prosessene gir økt havbassengvolum. Dette er prosesser som er viktige å ta i betraktning for å forstå havnivåendringene som foregår i våre nærområder i dag.

Det er også prosesser som en må ta hensyn til hvis en skal forsøke å gi prognoser for framtidige havnivåendringer.