Landformer og geomorfologiske prosesser

Interaktive modeller, quizer og 3D-diagrammer ligger i kapittelet /geofag-1/landformer. Her kan du redigere hele fagteksten.

Hva former jordoverflaten? Indre og ytre krefter

Geomorfologi er læren om landformenes opprinnelse, utvikling og de prosessene som skaper dem. Jordas overflate formes av to motstridende krefter:

Endogene krefter

Indre oppbyggende krefter

Drives av varmeutvikling og radioaktivt henfall i jordas kappe og kjerne. Platetektonikk, fjellkjedefolding (orogenese), magmatiske vulkanutbrudd og forkastningsbevegelser løfter bergmasser opp mot tyngdekraften og skaper topografiske høydeforskjeller.

Eksogene krefter

Ytre nedbrytende krefter

Drives av solenergi og tyngdekraft gjennom atmosfæren og hydrosfæren. Forvitring bryter fjellet ned på stedet, mens rennende vann, isbreer, bølger og vind eroderer, transporterer og avsetter løsmasser for å jevne ut landskapet mot havnivå (erosjonsbasis).

Forvitring — fjellets nedbrytning på stedet

Det er et avgjørende faglig skille mellom forvitring og erosjon: Forvitring bryter ned fast fjell der det ligger (in situ) uten at partiklene transporteres vekk. Så snart materialet settes i bevegelse og fraktes bort av vann, is, vind eller tyngdekraft, kalles prosessen erosjon.

Forvitring: Oppsmuldring og kjemisk omdanning av fast fjell på jordoverflaten under påvirkning av temperatur, vann, gasser og organismer, uten forutgående transport.

Mekanisk forvitring (fysisk oppsprekking)

Mekanisk forvitring sprenger fjellet fysisk i mindre stykker. Kjemien og mineralgitteret forblir uendret, men den totale overflaten øker eksponentielt. Dette gjør at kjemisk forvitring kan angripe mye mer effektivt i etterkant:

• Frostsprengning (Frost wedging): Vann trenger inn i mikroskopiske sprekker og svakhetssoner i fjellet. Når vann fryser til is ved 0 °C, utvider det seg med omtrent 9 prosent. I lukkede sprekker utvikles det et sprengtrykk på over 200 MPa (mer enn 2000 atmosfærer!), som langt overskrider bergartens strekkfasthet. Dette er den dominerende forvitringsformen i Norges høyfjell og skaper enorme urer, rasmarker og blokkmark.

• Trykkavlastning og eksfoliering (Sheet jointing): Plutoniske dypbergarter (som granitt) krystalliserte under kilometerdyp med et voldsomt overliggende litostatisk trykk. Når millioner av år med erosjon fjerner de overliggende berglagene, utvider granitten seg elastisk mot den frie overflaten. Fjellet sprekker opp i parallelle bueformede flak («løkskalling»). Karakteristiske eksempler i Norge er de hvelvede granittkuplene på Helgeland (Torghatten) og i Iddefjorden.

• Rotsvingning (Biologisk forvitring): Planterøtter og lav kiler seg inn i mikroskopiske sprekker. Når trærne vokser, utøver rotdiameteren et mekanisk sidetrykk (turgortrykk) som tvinger sprekkene fra hverandre.

Mekanisk forvitring og oppsprekking ved blotning — En typisk norsk fjellblotning utsatt for frostforvitring langs svakhetssoner og lagdelingsflater. Vann siver inn om høsten og fryser om vinteren, noe som sprenger fjellet i kantete blokker som etter hvert raser ned og danner grovkornede urer (talus) ved skråningsfoten.

Kjemisk forvitring (mineralforvandling)

Kjemisk forvitring oppstår når atmosfærisk vann, karbondioksid og oksygen reagerer med mineralene og omdanner dem til nye kjemiske forbindelser:

• Karstoppløsning av kalkstein: Regnvann absorberer CO₂ fra atmosfæren og jordsmonnet og danner en svak karbonsyre (H₂CO₃). Når dette sure vannet treffer kalkstein eller marmor (CaCO₃), løses kalsiumkarbonatet opp som kalsium- og hydrogenkarbonationer: CaCO₃ (s) + H₂O (l) + CO₂ (g) ⇌ Ca²⁺ (aq) + 2 HCO₃⁻ (aq) Vannet huler ut fjellet og skaper karstlandskap med synkehull (doliner), underjordiske elveløp og dryppsteinshuler med stalaktitter (i taket) og stalagmitter (på gulvet). I Norge finner vi spektakulære kalksteinsgrotter i Nordland, særlig Grønligrotta og Setergrotta i Rana (Gjessing, 1978).

• Hydrolyse (Feltspat → Leirmineraler): Kalifeltspat i granitt reagerer med hydrogenioner i vannet og brytes ned til leirmineralet kaolinitt, mens kalium og kiselsyre vaskes ut i oppløsning. Fjellet mister sin indre kohesjon og forvandles til en smuldrende grusmasse (saprolitt), mens kvartskornene forblir intakte og blir til sand på strender!

Kornfordeling og Hjulstrøms diagram — vannets transportevne

Når forvitring har løsnet partikler, overtar transportmediene: rennende vann, vind eller isbreer. Kornstørrelsen på et sediment avslører hvor mye energi transportmediet hadde da partiklene ble avsatt (Wentworth-skalaen):

Hjulstrøms diagram og «leirparadokset»

I 1935 publiserte den svenske geografen Filip Hjulström et berømt diagram som kvantifiserer sammenhengen mellom vannets strømhastighet og dets evne til å erodere, transportere eller avsette sedimentpartikler (Hjulström, 1935):

Leirparadokset (Kohesjonseffekten)

Man skulle intuitivt tro at de minste partiklene (leire <0,002 mm) ville la seg erodere lettest. Men Hjulstrøms diagram viser det stikk motsatte: Det krever en strømhastighet på over 100 cm/s for å rive løs avsatt leire fra en elvebunn — mer enn det som skal til for å rive løs grov grus!

Årsaken er elektrostatisk kohesjon: Leirmineraler er mikroskopiske, flate sjiktsilikater med negative ladninger på overflaten. Sammenpresset leire danner en ekstremt tett, kohesiv masse der vanndraget ikke får tak i enkeltpartikler. Sandkorn (0,2–0,5 mm) mangler derimot kohesjon og eroderes derfor aller lettest, ved bare ca. 20 cm/s!

Fluviale landformer — elvens arbeid fra kilde til munning

Rennende vann er den viktigste overflateformeren på jordkloden over geologisk tid. Elvas formende kraft endrer seg dramatisk fra fjellet til havet:

V-dal, canyon og jettegryter

• V-dal: I øvre elveløp med bratt terreng og stort fall eroderer elva rett nedover (bunn-erosjon). Samtidig fører forvitring, regnskyll og tyngdekraft til at løsmasser raser ned fra dalsidene og havner i elva. Dette gir det karakteristiske spisse V-tverrsnittet.

• Canyon / Gjel: Dersom elva skjærer seg ned i ekstremt fast og motstandsdyktig berggrunn (som hard gneis eller basalt), holder dalsidene seg loddrette uten å rase sammen. Eksempler er Jutulhogget i Østerdalen og Grand Canyon i USA.

• Jettegryter (evorsjon): Runde, dype sylindre boret ned i fjellet av rennende elver eller glasialt smeltevann. En stein (løper) fanges i en virvel og roterer i tusenvis av år som et naturlig bor mot berggrunnen.

Meandere, elvesletter og kroksjøer

Når elva når et flatere landskap nær havnivå, avtar fallet. Elva slutter å grave vertikalt og begynner å erodere sideveis:

• Yttersving (Cut bank): Sentrifugalkraft og helikoidal strøm gjør at vannet strømmer raskest mot ytterkanten av svingen. Her foregår det kraftig erosjon som undergraver elveskrenten.

• Innersving (Point bar): På innsiden av svingen avtar strømhastigheten kraftig. Her avsettes sand og grus som lagdelte sandører.

• Kroksjø (Oxbow lake): Svingene blir stadig mer buktende. Under en storflom kan elva ta den korteste veien og bryte tvers gjennom den smale meanderhalsen. Den avsnørte elvesvingen blir liggende igjen som en hesteskoformet innsjø (kroksjø).

Fluvial ravinedannelse i marine leiravsetninger — En ravine er en bratt V-formet kløft gravd ut av rennende overflatevann i leire eller silt. Etter istiden hevet store leirflater seg over havnivå på Østlandet og i Trøndelag, og bekker har skåret ut et karakteristisk, forgreinet ravinelandskap (f.eks. Romerike).

Gilbert-type elvedelta

Når elva munner ut i en innsjø, fjord eller et hav, stanser strømmen brått opp, og all transportevne forsvinner. Sedimentene avsettes i tre distinkte lag i et klassisk Gilbert-delta:

1. Topplag (Topset beds): Horisontale lag av grov sand og grus avsatt i elveleiene på selve deltaflaten over vannspeilet.

2. Forlag (Foreset beds): Skråstilte sandlag som raser ned deltafronten og bygger deltaet trinnvis utover i vannbassenget.

3. Bunnlag (Bottomset beds): Horisontale lag av finkornet silt og leire som svever lengst ut i bassenget før de legger seg til ro på dypet.

Glasiale landformer — isbreenes mektige arkitektur

Isbreer er historiens mest formidable skulptører av det norske landskapet (Benn & Evans, 2010; Nesje & Dahl, 1993). En isbre beveger seg under sin egen vekt gjennom indre plastisk deformasjon og basal glidning på en tynn smeltevannsfilm:

Erosjonsformer: Skuring og plukking

• U-daler: I motsetning til elva som bare graver i bunnen, fyller en bre hele dalen fra side til side. Isen eroderer med lik kraft langs både bunn og dalsider, noe som skaper en flat bunn med stupbratte vegger (U-tverrsnitt).

• Fjorder: En fjord er simpelthen en U-dal som er gravd ut så dypt at bunnen ligger langt under dagens havnivå (overfordypning). Sognefjorden er hele 1308 meter dyp på sitt dypeste! Ved munningen mistet breen mottrykk og erosjonsevne, slik at det ble stående igjen en grunn fjordterskel (ofte bare 100–200 meter dyp).

• Hengedaler: Dannes der en mindre sidebre munnet ut i en mye større hovedbre. Hovedbreen gravde dalbunnen langt dypere ned. Da isen forsvant, ble sidedalen hengende høyt oppe i fjellsiden, og sideelva må kaste seg ut i fossestryk (f.eks. Vøringsfossen og De syv søstre).

• Botner, tinder og egger: En botnbre graver en skålformet nisje inn i fjellsiden (botn/cirque), ofte med et botntjern. Når to botnbreer spiser seg inn fra hver sin side av fjellet, dannes en knivskarp fjellrygg (egg / arête, f.eks. Besseggen). Når tre eller flere botner møtes, står en sylspiss pyramidetind igjen (horn / tind, f.eks. Stetind og Matterhorn).

Glasiale avsetningsformer: Morener og eskere

Alt materiale en isbre river løs, fraktes usortert med isen og avsettes som morenemateriale (till):

• Bunnmorene: Løsmasser presset ut under breens såle over hele landet. Kaotisk blanding av leire, sand og kjempeblokker.

• Endemorene og Raet: Når brefronten ble liggende i ro over lengre tid (fordi snøtilvekst og smelting balanserte hverandre), fungerte breen som en gigantisk bulldoser som skjøv opp en mektig voll av stein og grus. Det mest berømte eksempelet er Raet, en enorm endemorenerygg dannet under kuldeperioden Yngre Dryas for ca. 12 800–11 700 år siden, som kan følges fra Østfold og Vestfold rundt hele kysten til Trøndelag og Nord-Norge (NGU, u.å.).

• Esker: En slangeformet, langstrakt grusrygg avsatt av en smeltevannselv som rant i en lukket tunnel under innlandsisen mot slutten av istiden.

Norges landskapshistorie — gamle vidder og unge fjorder

Norges storslåtte natur skyldes et fascinerende samspill mellom to vidt forskjellige generasjoner av landformer (Gjessing, 1978; Holtedahl, 1960):

1. Gamle landformer

Den paleiske overflaten (Mesozoikum / Paleogen)

De store, rolige viddene (Hardangervidda, Finnmarksvidda), avrundede heiene og de vide dalene i innlandet er over 50–100 millioner år gamle. De ble formet gjennom et uhyre langt tidsrom med subtropisk klima og dyp kjemisk forvitring, som høvlet ned den gamle kaledonske fjellkjeden til et nesten flatt slettelandskap (et peneplan).

1. Tertiær landheving

Skråstillingen av Skandinavia (Paleogen / Neogen)

For ca. 55 millioner år siden åpnet Norskehavet seg ved havbunnsspredning. I tertiærtiden ble den skandinaviske landblokken hevet skjevt opp — opptil 1500–2000 meter i vest, mens østsiden forble lav og skrånet slakt ned mot Østersjøen. Dette ga elvene voldsom fart mot vest og utløste kraftig tilbakeskridende elveerosjon inn i det gamle viddeplatået.

1. Unge landformer

Kvartære breer og strandflaten (<2,6 mill. år)

I løpet av kvartærtidens mange istider ble de tertiære elvedalene invadert av mektige breer. Breene skar seg dypt ned og skapte Vestlandsfjordene, U-dalene og alpine tinder. Samtidig ble strandflaten erodert ut langs kysten: en lav, flat brem av tusenvis av øyer, holmer og skjær (0–50 moh) skapt av et unikt samspill mellom frostforvitring, brenninger og kystbreer (spesielt på Helgelandskysten).

Geomorfologisk kontrast: Fra fjordbunn til alpine tinder — Et klassisk vestnorsk landskap der unge, dramatiske glasiale landformer (den overfordypede fjorden og de steile fjellsidene) skjærer seg dypt ned i den opprinnelige hevede landblokken. Langs slike bratte fjellsider er fjellet kontinuerlig utsatt for frostforvitring og storskala fjellskred.

Kompetansemål (LK20 Geofag 1)

Viktige begreper

Forvitring: Mekanisk oppsmuldring eller kjemisk omdanning av fast fjell på stedet uten transport.

Erosjon: Løsrivelse og transport av forvitret bergartsmateriale med vann, is, vind eller tyngdekraft.

Frostsprengning: Mekanisk forvitring der vann i sprekker utvider seg med 9 % ved frysing og sprenger fjellet.

Hjulstrøms diagram: Graf som viser sammenhengen mellom vannets strømhastighet og erosjon, transport og avsetning.

Kohesjonseffekt: Elektrostatisk binding mellom leirmineraler som gjør at avsatt leire krever høy strømhastighet for å eroderes.

Meander: Buktende elvesving på slake sletter; eroderer i yttersvingen og avsetter sand i innersvingen.

U-dal: Dal med flat bunn og bratte sider, utgravd av en isbre som fyller hele tverrsnittet.

Fjord: En dyp, overfordypet U-dal som er gravd under havnivå og har en grunn terskel ved munningen.

Endemorene: Rygg av usortert morenemateriale skjøvet opp foran brefronten under et langvarig stillstand.

Raet: Norges største endemorene, dannet under kuldeperioden Yngre Dryas for ca. 12 000 år siden.

Den paleiske overflaten: Eldgamle, bølgende vidder (Hardangervidda) formet under varmt mesozoisk klima før tertiærhevingen.

Strandflaten: Lav, flat brem av øyer og skjær langs kysten (0–50 moh) formet av frost, bølger og is.