Grafik
Grafik
IGN*Geologisk Museum*Institut for Geoscience*GEUS
Om centret
Publikationer og geofakta
Kurser3
Projekter
 Til forsiden > Publikationer og geofakta > Geoviden > Geoviden 2005, nr. 4
Sitemap

Geoviden 2005, nr. 4

background image
Jordens indre
· Dybe processer i jordens indre
· Jordens øvre kappe
· Carlsbergforkastningen
· Jordskælv som måleredskab
· Jordskælv ved Qeqertarsuaq
i Vestgrønland
· En tsunami i Danmark?
background image
J
orden er dynamisk og udvikler sig konstant
­ men på helt andre tidsskalaer end vi er
vant til at forholde os til. Der er faktisk
tale om store hastigheder når Nordameri-
ka og Europa driver væk fra hinanden med en
hastighed på ca. 4 cm per år. Jordens overflade
kan opdeles i en række tektoniske plader, som
bevæger sig i forhold til hinanden. Eksempler
på kontinentale plader er Afrika, Nordamerika
og Europa-Asien. Eksempler på oceaniske pla-
der er de vestlige og østlige Stillehavsplader.
Nogle steder sprækker pladerne, det sker fx i
dag i den Østafrikanske Riftzone. Andre steder
kolliderer pladerne, og fx skyldes Himalaya
bjergkæden at Indien rammer ind i Asien.
I dag kan vi måle, hvor hurtigt pladerne flyt-
ter sig i forhold til hinanden, men der findes
stadig store problemer omkring årsagerne til
bevægelserne og ikke mindst omkring hvad
disse gigantiske tektoniske plader bevæger sig
på. Det er dog givet, at de bagvedliggende pro-
cesser foregår i jordens indre. Der er formentlig
tale om et komplekst samspil mellem fysiske og
kemiske processer i jordens indre.
KERNE-KAPPE GRÆNSEN
Den mest markante laggrænse i jordens indre er
overgangen mellem kappen og kernen, som fin-
des i en dybde af 2960 km. Jordens kerne be-
står primært af metallerne jern og nikkel, som
findes i smeltet form i den ydre kerne og i fast
form i den indre kerne. Overgangen mellem den
indre og ydre kerne kaldes også Lehmann Dis-
kontinuiteten, efter den danske seismolog Inge
Lehmann. Da kernen består af to tunge metaller
under stort tryk, er dens massefylde omkring
9,5­11 g/cm3, hvilket svarer til ca. 10 gange
vands massefylde. Kappen udgør ca. 80% af
jordens volumen, og dækker dybdeintervallet
fra 10­60 km og ned til kernen. Kappen består
af bjergarter, der indholder silicium samt mag-
nesium og jern.
Tryk og temperatur ændres kraftigt fra jor-
dens overflade til dybder af 2960 km. Disse æn-
dringer afspejles også i en enorm variation i
bjergarter. I kappens yderste del findes der re-
lativt lette bjergarter med massefylder på ca.
3,35 g/cm3, hvilket er ca. 30% højere end granit
ved jordens overflade. Bjergartstyperne ændres
ned gennem kappen. Der sker nogle markante
omdannelser i 410 km og 660 km dybde, og
gradvise ændringer til større dybde. Naturen af
de dybeste bjergartstyper kan vi kun vurdere ud
fra teoretiske beregninger og ved eksperimen-
ter i laboratorier, hvor man frembringer kunsti-
ge bjergarter under betingelser, der ligner be-
tingelserne dybt i jordens indre. Vi kan således
ikke vide, om bjergarterne faktisk ser ud, som de
stoffer man kan frembringe i laboratorier. Man
finder dog, at de syntetiske bjergarters masse-
fylde er ca. 6 g/cm3 (det dobbelte af granits
massefylde ved jordoverfladen), hvilket er i over-
ensstemmelse med den teoretiske massefylde.
Overgangen mellem kappe og kerne svarer
altså til de største ændringer i sammensætning
og massefylde, som man finder i jorden. Mas-
sefylden ændres fra 6 g/cm3 til 9,5 g/cm3, eller
fra `lette' bjergarter til tunge smeltede metaller.
Modsat gælder det, at den seismiske lydbølge-
hastighed har en negativ ændring fra ca. 14,5
km/s til kun 8,0 km/s, idet de seismiske P-bøl-
ger kun udbredes langsomt igennem smeltede
bjergarter. Grunden til at vi ved, at den ydre ker-
Dybe processer
i jordens indre
Hans Thybo
..
.............................................
Professor, Geologisk Institut
(thybo@geol.ku.dk)
Jordens overordnede lagdeling i indre og ydre kerne, kap-
pe og skorpe. Variation med dybden under jordoverfladen
af seismiske hastigheder Vp og Vs samt massefylde.
Kilde: J. Ritsema og H. J. van Heijst, 2000.
Skitse der viser, at litosfæren nedbøjes i underlaget ved
bjergkædefoldning, og at den derefter hæves langsomt
i takt med at toppen af bjergene borteroderes. Herved
aftager belastningen på underlaget og asthenosfære-
underlaget `flyder' tilbage i nedbøjningsfeltet og udfyl-
der det opståede restvolumen.
Illustration: Carsten E. Thuesen, GEUS.
..
............................
2
NR. 4 2005
background image
............................
..
NR. 4 2005
3
Jorden er opbygget af tre dele:
1)
Yderst findes jordskorpen, som vi lever på.
Herfra henter vi råstoffer såsom metaller, olie
og grus. Den yderste del af jorden er velkendt,
og vi kender de forskellige bjergarter. Jordens
skorpe er opbygget af bjergarter med et højt
indhold af silicium, hvilket gør den relativt let.
Jordskorpen når til 10­60 km dybde, og udgør
en forsvindende lille del af Jorden.
2)
Den underliggende kappe udgør 75­80% af
jordens volumen og masse. Den består af bjerg-
arter med mindre indhold af silicium og der
med højere massefylde end jordskorpen. Det er
processer i jordens kappe, som styrer de fleste
geologiske processer på stor skala, fx dannelse
af bjergkæder og oceaner og forekomster af vul-
kaner.
3)
Kernen består fortrinsvis af metallerne jern
og nikkel, i den ydre kerne på flydende form og
i den indre kerne på fast form.
Litosfæren er den yderste, mekanisk stabile del
af jorden, som består af en række tektoniske
plader, der forskydes i forhold til hinanden. Li-
tosfærepladerne består af jordskorpen og den
yderste del af kappen ned til dybder af ca. 100
km under oceanerne og 50­400 km under kon-
tinenterne. Den underliggende asthenosfære
deformeres plastisk over geologisk tid, selv om
materialet er ganske hårdt og stift. Over millio-
ner af år deformeres materialet som en stiv si-
rup. Det er processerne i denne del af jordens
indre, som menes at styre den geologiske ud-
vikling. Der forskes derfor intenst i sammen-
sætning, struktur og bevægelsesegenskaber
for denne del af jordens indre.
Udsnit af Jorden, der viser dens opbygning efter sammensætning og efter dens
dynamiske forhold. Venstre udsnit viser betegnelserne for de forskellige dele ef-
ter deres sammensætning, og højre udsnit viser opdelingen og betegnel-
serne efter de forskellige zoners deformationsegenskaber. Det
skal understreges, at de to inddelinger er baseret på
helt forskellige principper. Figuren illustrerer
hvorledes dele af den øvre kappe ­ trods
samme sammensætning ­ reagerer
helt forskelligt på deformationer,
afhængigt af hvilken tem-
peratur/tryk tilstand den
forekommer i.
Satellitfoto: NASA.
Illustration: Carsten E. Thuesen, GEUS.
Kerne, Kappe og Skorpe
background image
ne er smeltet, er at en anden type seismiske
bølger (transversal-bølger) slet ikke kan udbre-
des gennem smeltede metaller.
Varmetransport og variation i temperatur er
vigtige parametre for udviklingen af jorden, bå-
de i det lange perspektiv og på kort sigt. Der er
næppe tvivl om, at temperaturforskelle er den
egentlige årsag til bevægelsen af de tektoniske
plader ved jordens overflade. Der findes forskel-
lige opfattelser af, hvad der er den egentlige
drivkraft for pladetektonikken. En model antager,
at opstrømmende varme, bløde og smeltede
bjergarter i såkaldte `plumes' driver den tekto-
niske udvikling. Hvor de når de stive tektoniske
plader, vil de løfte overfladen og drive ud mod
siderne. Begge disse effekter vil påvirke plader-
ne med sideværts kræfter. Seismiske modeller,
der afspejler forskelle i temperatur og bjergarts-
sammensætning viser en del strukturer, der kan
tolkes som `plume' strukturer, hvor varme tilsy-
neladende stiger op fra jordens kerne, fx fra un-
der Sydafrika op til under Etiopien. Man har ar-
gumenteret for, at denne varmekoncentration
under det nordlige Østafrika forårsager, at
jordskorpen revner i de såkaldte riftdale. Seis-
mologer finder ofte, at der findes en anomal
overgang mellem kappe og kerne ved bunden af
sådanne `plumes'.
Der findes dog også andre opfattelser af
drivkræfterne bag pladetektonikken. I dag ved
man fx, at mineralfaseomdannelser i subduk-
tionszoner gør bjergarterne tungere, således at
de trækker pladerne nedad, hvilket har afgøren-
de betydning for spændinger i litosfæreplader-
ne. Subduktionszoner er de områder, hvor
oceanbundsplader dykker ind under kontinen-
terne, fx ved randen af Stillehavet. Det er i
sådanne zoner, at man finder nogle af de kraf-
tigste jordskælv, som opstår ved at der opsam-
les spændinger mellem kontinent og oceans-
bundsplade. Jordskælvene sker, når disse
spændinger udløses i gigantiske udladninger af
energi.
Den eneste mulighed vi har for at studere
kerne-kappe grænsen, er brug af seismiske bøl-
ger til at bestemme fordelingen af bjergarter.
Traditionel seismologi baseret på jordskælvs-
kilder har været i stand til at påvise en yderst
kompleks struktur omkring denne vigtige lag-
grænse. Man finder, at der sker væsentlige om-
dannelser af bjergarterne fra ca. 300 km (kaldet
D'') over den egentlige laggrænse. Der hersker
en del uklarhed omkring årsagerne til eksisten-
sen af denne 300 km tykke zone, som i øvrigt
har en ujævn overflade. Det har været foreslået,
at zonen er en slags `kirkegård' for litosfærepla-
der, som har rejst hele vejen gennem kappen.
De må i så fald undervejs have undergået en
række omdannelser for fortsat at kunne være
tungere end de omgivende bjergarter. I modsat
fald ville deres bevægelse nedad jo være stand-
set undervejs i kappen. Variationen i seismisk
hastighed i kappen tyder på, at pladerne kan
trænge hele vejen fra overfladen ned til kernen.
Det er sandsynligt, at sådanne bjergarter vil
smelte under de tryk og temperaturforhold, som
findes så dybt i jorden. Det er også muligt, at zo-
nen repræsenterer ukendte typer af bjergarter.
Den egentlige overgang til den smeltede
Inge Lehmann var den første leder af dansk
seismologisk registrering og hun var en flittig
forsker, som gennem en livslang karriere blev
verdenskendt for to opdagelser:
1)
Opdagelsen af jordens indre kerne i 1936.
Tidligere mente man, at jordens kerne var fly-
dende. Man byggede denne antagelse på, at
der findes en skyggezone for registrering af
jordskælv, groft sagt på den modsatte side af
jorden i forhold til skælvet. Skyggezonen kan
forklares ved, at der kun kan udbredes seismi-
ske P-bølger, men ikke S-bølger i den flydende
kerne. Ved detaljerede studier af seismogram-
mer optaget i bl.a. Danmark for jordskælv i New
Zealand, påviste Inge Lehmann tilstedeværel-
sen af seismiske bølger i skyggezonen. Hun for-
klarede dette med, at S-bølger kan udbredes i
den inderste del af kernen, som altså må være
på fast form. Efterfølgende studier har til fulde
bekræftet Inge Lehmanns opdagelse. Lag-
grænsen ind til jordens indre kerne kaldes også
Lehmann Diskontinuiteten.
2)
Studier af jordens øvre kappe. Fra 1950 til
60'erne samlede den seismologiske interesse
sig om jordens kappe. Man fandt bl.a., at der
overalt på jorden findes laggrænser i ca. 410 km
og 660 km dybde, som begge reflekterer
seismiske bølger. Påvisningen af sådanne lag-
grænser er væsentlige for at forstå jordens sam-
mensætning. Ansporet af disse opdagelser sat-
te seismologerne store kræfter ind på at
udforske den utilgængelige øvre kappe mellem
ca. 50 og 400 km dybde. Det lykkedes for Inge
Lehmann at påvise tilstedeværelsen af en lag-
grænse i 220 km dyb-
de i både Nordameri-
ka og Europa. Hun po-
stulerede, at der sand-
synligvis var tale om
endnu en global lag-
grænse, hvilket dog
siden er blevet mod-
bevist. Også denne laggrænse kaldes for Leh-
mann Diskontinuiteten med tilføjelsen "i den
øvre kappe" for at skelne den fra kerne lag-
grænsen af samme navn. Inge Lehmann er så-
ledes en af de få forskere, der har fået hele to
fundamentale fænomener opkaldt efter sig. Der
foregår stadig intens forskning med henblik på
at forstå denne laggrænse, bl.a. ved Geocenter
København.
Inge Lehmann
Afvigelser i seismisk hastighed fra normale hastigheder langs et profil gennem Afrika og Atlanterhavet. Røde farver viser
lave hastigheder og blå farver viser høje hastigheder, svarende til høje hhv. lave temperaturer. Bemærk båndet med små
hastigheder fra kernen under Sydafrika til Nordøstafrika nær overfladen. Dette kan svare til høje temperaturer under den
østafrikanske riftzone, som måske kan være forårsaget af processer i jordens dybe indre.
..
............................
4
NR. 4 2005
Kilde: J. Ritsema, and H. J. van Heijst,
Seismic imaging of structural heterogen-
eity in Earth's mantle: Evidence for large-
scale mantle flow. Science Progress,
bind 83, side 243-259, 2000.
background image
kerne rummer også overraskelser. Man har med
jordskælvsseismologi fundet, at ca. 12% af ker-
nens overflade er dækket af et tyndt lag på
10­40 km tykkelse. Seismiske bølger udbredes
langsomt gennem dette lag, hvilket gør det
sandsynligt, at laget repræsenterer delvist smel-
tede kappebjergarter i direkte kontakt med de
smeltede metaller i kernen. Dette lavhastighed-
slag er tykkest under det centrale Stillehav og
andre steder, hvor man mener at have påvist
opadstigende `plumes'. Det er således muligt,
at instabilitet i dette lag kan forårsage dannelse
af plumes. Seismologer har hidtil kunnet afsøge
ca. halvdelen af kernens overflade med jord-
skælvsbølger, hvorved man kan identificere la-
get, hvis det er mindst 10 km tykt.
Forskere fra Geocenter København har an-
vendt seismiske optagelser af kernevåbens-
prængninger fra den kolde krig til at opnå end-
nu højere opløsningsevne. Formålet med pro-
jektet var at studere den øvre kappe i stor de-
talje, men vi fandt, at de russiske forskere hav-
de været forudseende nok til at optage de
seismiske signaler længe nok til, at man teore-
tisk set ville være i stand til at modtage reflek-
sioner fra jordens centrale del. Vi testede og
fandt klare signaler fra kernens overflade i op-
tagelserne fra tre ud af de ca. 20 kernevåben-
sprængninger, som vi havde adgang til. De-
sværre har vi ikke været i stand til at finde
tilsvarende signaler fra Lehmann Diskontinuite-
ten.
Udfra tolkning af de seismiske data, kunne
vi opstille en model for den seismiske struktur
omkring kappe-kerne grænsen med en op-
løsning, der er bedre en 1­2 km. Dette skyldes,
at vi kender signalerne fra sprængningerne med
stor nøjagtighed, samt at de nyttige frekvenser i
de seismiske bølger er væsentligt højere end
for jordskælv. Vi kunne således påvise, at der
findes en lavhastighedszone under Sibirien i et
område, hvor de hidtidige tolkninger, baseret
på jordskælvsdata, viser, at der ikke skulle ek-
sistere en sådan zone. Faktisk viste det sig, at vi
med forbedrede metoder var i stand til at opnå
en endnu højere opløselighed. De reflekterede
signaler viser, at toppen af lavhastighedszonen
må bestå af mere end en laggrænse.
Påvisningen af eksistensen af en lavhastig-
hedszone på toppen af kernen under Sibirien,
hvor en sådan zone ikke skulle findes, har na-
turligvis rejst spørgsmålet, om zonen findes
overalt på jorden. Vi ved det ikke, men gruppen
har fortsat tolkningerne ved at undersøge opta-
gelser af prøvevåbensprængninger på det glo-
bale seismologiske netværk. Vi finder herved,
at tykkelsen af zonen er meget variabel, at den
ændres markant over korte afstande, og at der
findes områder, hvor zonen må være tyndere
end ca. 1 km.
Fundet af zonen, og påvisningen af dens
kraftige variation i tykkelse rejser naturligt
spørgsmålet, om `plumes' opstår på steder,
hvor der findes instabilitet i varmestrømmen fra
jordens kerne. Alt tyder på, at zonen eksisterer
overalt, og at plumes kun opstår hvor zonen har
stor tykkelse. Løsningen på dette problem
kræver integration af flere metoder, herunder
undersøgelser af hvorledes jordens magnetfelt
dannes og hvorfor det varierer med tiden. Man
kan forestille sig, at væske-strømninger i den
flydende kerne påvirker de elektriske strømme,
og at deres gensidige påvirkning kan koncen-
trere strømningen til bestemte steder ved dens
overflade. Dette er en mulighed for at forklare
den fortykkede zone under Stillehavet, og der-
med også for at forklare de mystiske `plumes'.
Et seismogram, som er en optagelse af jordoverfla-
dens svingninger pga. seismiske bølger i en afstand
af ca. 11.000 km fra et jordskælv i Indonesien. P vi-
ser den første (P, primær) ankomst, S de senere (se-
kundære, shear) bølger, og O markerer de meget
kraftige overfladebølger.
Pladetektonisk principskitse. I spredningszonen nydannes oceanbund over en opadgående konvektionsstrøm fra jordens kappe. Litosfærepladen med oceanbunden synker
ned i jordens kappe ved subduktion under kontinentet til venstre. Herved sker der en delvis opsmeltning af den nedsynkende litosfære, som fører til dannelse af vulkanisme
på overfladen og af granitintrusioner i dybet. Kontinentet i midten af skitsen er en del af den litosfæreplade, der forskydes langsomt mod venstre. Til sidst kolliderer de to kon-
tinenter, hvorved der opfoldes en bjergkæde i kollisionszonen.
............................
..
NR. 4 2005
5
Illustration: Carsten E. Thuesen, GEUS.
Kilde: J. Ritsema, and H. J. van Heijst, Seismic imaging of structural heterogeneity in Earth's
mantle: Evidence for large-scale mantle flow. Science Progress, bind 83, side 243-259, 2000.
background image
I
de senere år er der frembragt detaljerede
modeller for kappens opbygning. Model-
lerne rejser bl.a. spørgsmålet om, hvorvidt
litosfæren er sammenhængende over lange
tidsrum, fx om bunden af litosfæren vil `følge
med' den øverste del, når pladerne bevæger sig
i det tektoniske spændingsfelt. Dette spænden-
de forskningsområde ved Geologisk Institut
rejser nye spørgsmål om årsagerne til de pla-
detektoniske bevægelser.
Detaljerede geofysiske undersøgelser har hidtil
kun kunnet gennemføres af strukturer i jordens
skorpe. Under brug af mobile seismografer og
kraftige sprængninger er det nu lykkedes at tol-
ke små-skala strukturer i jordens øvre kappe i
en skala på ned til 500 m. Forskere fra Geocen-
ter København har været ledende i udviklingen
af seismiske metoder.
Seismiske data viser oftest en kvalitativ æn-
dring ved overgangen mellem jordens skorpe
og kappe. Den nederste del af skorpen reflekte-
rer de seismiske signaler ganske kraftigt, hvor-
imod kappen virker næsten transparent. Dette
har ledt til modeller, hvor kappen fremtræder
med næsten homogene områder. Data fra sov-
jetrussiske kernevåbensprængninger viser dog
et noget andet billede.
Tolkninger af sådanne data har vist, at der
findes en såkaldt lavhastighedszone under 100
km dybde under alle kontinenter. Selv om
påvisningen af en sådan zone kræver meget de-
taljerede data, har forskerne fra Geologisk Insti-
tut kunnet påvise zonens eksistens på mere
end 20 lokaliteter på jordkloden, især indenfor
de store kontinenter, idet der findes flest data
fra sådanne områder. Tegnene på zonens eksi-
stens viser sig altid i næsten samme afstand
(850 km) fra de seismiske kilder, hvilket viser,
at dybden til zonen må være den samme overalt
på jorden. Overgangen til denne zone er derfor
blevet kaldt 8º diskontinuiteten, idet 850 km
groft set svarer til en afstand på 8 geografiske
grader ved jordoverfladen.
Selv om dybden til zonen er næsten kon-
stant, viser det sig dog, at dybden til dens bund
..
............................
6
NR. 4 2005
Jordens øvre kappe
Hans Thybo
...
............................................
Professor, Geologisk Institut
(thybo@geol.ku.dk)
Lars Nielsen
.....................................
Lektor, Geologisk Institut
(ln@geol.ku.dk)
Fredelige Kernesprængninger
Det er begrænset, hvor detaljerede informationer man kan opnå om jordens indre ved brug af
seismiske data fra jordskælv. Seismologer forsøger derfor ofte at anvende eksplosioner, hvor
man jo både kan kontrollere tidspunkt, energiudladning og dybde. For at kigge dybt må man an-
vende store ladninger. De kraftigste eksplosioner kommer fra kernevåbensprængninger, som gi-
ver anledning til seismiske bølger med samme styrke som små jordskælv.
Seismologer har altid været interesserede i at kunne måle seismiske bølger fra sådanne eks-
plosioner. Inge Lehmann forsøgte som en af de første vestlige seismologer, at anvende optagel-
ser på seismografer af seismiske bølger fra prøvesprængninger af atombomber. Hendes arbejde
førte til opdagelsen af Lehmann Diskontinuiteten i den øvre kappe. Det var et vanskeligt arbejde,
for tidspunkt og placering af sprængningerne var hemmeligholdt. Det lykkedes dog efterhånden
for de amerikanske seismologer at opsnuse, når der var noget i gære, hvorefter de satte alle de-
res seismografer ud.
I Sovjetunionen lykkedes det for seismologer, at få stillet ca. 120 kernevåbensprængninger til
rådighed for forsøg. Denne mulighed opstod, da geofysikeren Fedynsky blev minister. Han indså
mulighederne i at benytte disse kraftige sprængninger til fredelige formål. Fedynsky sørgede for,
at optagelserne varede i mindst 40 minutter efter hver sprængning, således at man kunne regi-
strere reflekterede signaler fra jordens centrum. Med helikopter fløj man borerigge ud til spræng-
ningspunkterne, hvor man borede huller til 500­1000 m dybde til ladningerne. Man opstillede
mobile seismografer langs 3000­4000 km lange profiler hen over Sibirien. Resultatet er blevet et
uvurderligt datamateriale. Efter murens fald igangsatte europæiske og amerikanske seismologer
en redningsaktion for materialet, som i dag findes på digital form. Forskere ved Geocenter Køben-
havn har fået adgang til at anvende dele af materialet til samarbejdsprojekter med russiske for-
skere. Arbejdet har ført til nye opdagelser omkring den øvre kappe samt de fundamentale lag-
grænser i 410 km dybde og kerne-kappe grænsen i 2960 km dybde.
Atomprøvesprængning i atmosfæren.
Kilde: POLFOTO (Mururoa, Frankrig 1971).
background image
varierer. Zonen er således kun omkring 40 km
tyk i de ældste, tektonisk rolige områder, mens
den er meget tykkere i de yngste, tektonisk ak-
tive områder på jorden. Forklaringen på dette
fænomen er sandsynligvis, at bjergarterne i det-
te dybdeinterval er nær ved smeltepunktet eller
måske indeholder små mængder smeltet mate-
riale. Dette kan forklare de lave seismiske hastig-
heder i intervallet. Det er endvidere velkendt, at
hvis bjergarterne i jordens kappe indeholder blot
ganske små mængder væske, vil deres smelte-
punkt formindskes væsentligt i et dybdeinterval
under 80 til 100 km. Temperaturen i kappen er
relativ lav i det indre af de gamle kontinenter,
hvilket gør, at temperaturkurven kun nærmer
sig eller krydser smeltepunktet i et kort dybde-
interval, hvorimod temperaturen ligger over smel-
tekurven i et langt interval i de aktive områder.
Et væsentligt argument for denne tolkning
er, at data også viser, at det relevante dybdein-
terval reflekterer seismiske bølger kraftig og
tilfældigt. Dette kan bedst forklares ved, at dyb-
deintervallet indeholder en række inhomogeni-
teter. Sådanne inhomogeniteter kan sprede de
seismiske bølger både sideværts og tilbage.
Med moderne supercomputere er det muligt at
beregne, hvorledes bølgerne udbredes i hypo-
tetiske modeller.
Vi har vurderet effekterne af forskellige ka-
rakteristiske skalalængder af legemerne i lav-
hastighedszonen ved at beregne udbredelsen
af det seismiske bølgefelt i todimensionale mo-
deller. Vi antager en statistisk fordeling af seis-
miske hastigheder i intervallet fra 100 til 185 km.
De betragtede modeller har en størrelse svarende
til 2000 km gange 300 km. Beregninger i så
store modeller er særdeles regnekrævende, og
kræver adgang til supercomputere. En enkelt
beregning tog i begyndelsen af projektet op
imod to uger, men med moderne computere kan
det gøres på to til tre dage.
Det seismiske respons af en lang række for-
skellige modeller er beregnet på computeran-
læg stillet til rådighed af Danish Center for Scien-
tific Computing. Ved at sammenligne de be-
regnede seismiske sektioner med de observe-
rede data kan vi konkludere, at inhomogenite-
terne i 100­185 km dybde bedst beskrives ved
hastighedsfluktuationer med en horisontal ska-
la på 5­10 km, en vertikal skala på mindre end
5 km og hastighedsvariationer på omkring 2%
af den gennemsnitlige baggrundshastighed.
Modellen med en heterogen lavhastigheds-
zone i 100 km dybde har kunnet anvendes til at
forklare 5­10% af de jordskælv i Nordamerika,
som sker i det indre af kontinentet. Disse
jordskælv har hidtidigt ikke kunnet forklares
med kendte spændinger. Det viser sig dog, at
de fleste af sådanne jordskælv sker i et ca. 400
km bredt bælte omkring overgangen mellem
det tektonisk aktive og passive Nordamerika.
Tolkninger af detaljerede data viser endvidere,
at denne overgang i kappen sker over et mindre
end 200 km bredt bælte. Beregninger af for-
skerne ved Geocenter København viser, at for-
skellene i massefylde mellem de to sider vil le-
de til så store spændinger, at de overstiger den
formodede styrke af litosfæren i dybder omkring
120­150 km. Forskerne har foreslået, at det er
disse spændinger, der leder til udløsningen af
de gådefulde nordamerikanske jordskælv.
............................
..
NR. 4 2005
7
TOFundamentalt forskellige modeller for skorpe-kappe-
systemet og seismiske data beregnet for disse modeller.
De beregnede seismiske data er vist som spor af bølger
ved forskellig afstand fra et tænkt skudpunkt. Den vertika-
le akse viser bølgens løbetid gennem jorden fra den blev
udsendt fra skudpunktet. Løbetiden er reduceret for at
den vertikale akse ikke skal blive ekstremt lang (reduceret
løbetid = sand løbetid minus afstand fra skud delt med
8,7 km/s). Modellen, som inkluderer et heterogent inter-
val i skorpen fra 20 til 30 km dybde (øverst) resulterer i et
seismogram, hvor forskellige bølgetyper kan skelnes.
Med betegnelser fra faglitteraturen benævnes bølgerne:
Pg: Første bølge fra skorpen; P: Første bølge fra kappen;
PmP: Reflekteret bølge fra skorpe-kappe-grænsen; PLn:
Bølge fra under Lehmann Diskontinuiteten; WG: Bølge
som udbreder sig langs undersiden af skorpe-kappe-
grænsen. Når man sammenligner de beregnede data
med optagede PNE data fra Rusland, viser det sig, at kun
modellen med heterogenitet i intervallet fra ~100 km dyb-
de til Lehmann Diskontinuiteten (nederst) giver ophav til
de rette bølgemønstre i afstanden 800­1400 km fra
skuddet.
Illustration: Hans Thybo og Lars Nielsen, Geologisk Institut.
Model for skorpen (0­30 km dybde) og kappen (under 30
km dybde). Fra ca. 100 km dybde (8º Diskontinuiteten) til
Lehmann Diskontinuiteten (L) er jordlagene stærkt varie-
rende (heterogene). Den stiplede kurve (1) viser det for-
ventede temperaturprofil under kontinenter. Den fuldt op-
trukne kurve (2) er en såkaldt "solidus-kurve". Ved tem-
peraturer højere en solidus-temperaturen begynder
bjergarterne at smelte. Mellem ca. 100 km dybde og Le-
hmann Diskontinuiteten ligger kurve 1 til højre for kurve 2,
og det er derfor muligt, at det heterogene interval repræs-
enterer delvist smeltede bjergarter.
Illustration: Hans Thybo og Lars Nielsen, Geologisk Institut.
background image
N
ye jordskælv minder os jævnligt om, at
vores jord er dynamisk. Jordskælvene
opstår som følge af bevægelser i jor-
dens yderste, stive skal, der udgøres af en mo-
saik af litosfæreplader. Jordskælvene sker især
langs de midtoceaniske rygge, hvor der dannes
ny litosfære af smeltet materiale fra den under-
liggende kappe, og i områder, hvor litosfære-
plader kolliderer. Danmark ligger i dag langt fra
sådanne litosfærepladegrænser. Alligevel fore-
kommer der små jordskælv i det danske områ-
de i dag. Tidligere i jordens historie, for millio-
ner af år siden, har det område, som nu er Dan-
mark, været udsat for kraftig pladetektonisk ak-
tivitet og måske oplevet endog store jordskælv.
I undergrunden finder vi spor af tidligere tiders
og nutidig aktivitet. Mange steder er jordlagene
blevet brudt af jordskælv langs forkastninger.
En af disse forkastninger hedder Carlsbergfor-
kastningen. Den er en flere kilometer lang brud-
zone, og nye geofysiske målinger viser, hvor-
dan den krydser tværs gennem København.
Baggrund
Carlsbergforkastningen, som er en 400 til 700
m bred brudzone, løber midt gennem Køben-
havn. Forkastningen ses ikke på jordoverfla-
den, men geofysiske målinger og boringer af-
slører, at den findes i de forskellige typer af
kalkaflejringer, som ligger 5 til 20 m under ter-
ræn i det københavnske område. Carlsbergfor-
kastningen har en nord-nordvestlig til syd-syd-
østlig orientering og strækker sig muligvis hele
vejen fra det sydligste Kattegat til et sted ud i
Øresund syd for Amager. De forskydninger af
jordlagene, der kan observeres langs med Car-
lsbergforkastningen, blev måske sat i gang for
rundt regnet 60­100 millioner år siden pga. kol-
lisionen mellem den afrikanske plade og Euro-
pa. Denne kollision førte senere til dannelsen af
Alperne, som vi kender dem i dag. Det er dog
muligt, at Carlsbergforkastningen er endnu æl-
dre, og at dens tidligste dannelse derfor relate-
rer til helt andre pladetektoniske kræfter. Kolli-
sion mellem Afrika og Europa er stadig i gang.
Kræfterne herfra er muligvis delvist ansvarlige
..
............................
8
NR. 4 2005
Carlsbergforkastningen
Lars Nielsen
..
.........................................
Lektor, Geologisk Institut
(ln@geol.ku.dk)
Alexander Lassen
.....................................
Ph.d. stipendiat, Geologisk Institut
(al@geol.ku.dk)
Hans Thybo
.....................................
Professor, Geologisk Institut
(thybo@geol.ku.dk)
background image
.............................
NR. 4 2005
9
Stevns Klint med skrivekridt (nederst) og bryozokalk (øverst).
Lagene er 60-70 millioner år gamle. Dele af kalkbjergarterne
under København består af lignende kalkaflejringer.
Foto: Lars Nielsen, Geologisk Institut.
Carlsbergforkastningszonens udbredelse gennem København er
vist med rød skravering. Den sorte linje på tværs af forkastningen
viser placeringen af Fallesens seismiske profil. De orange, buede
linjestykker viser, hvor der blev registreret seismiske bølger fra tre
eksplosioner (gule cirkler).
Kilde: AIS og Geologisk Institut, KU.
background image
for nogle af de små jordskælv, som vi af og til
observerer i Danmark. Der er dog ikke observe-
ret jordskælv ved selve Carlsbergforkastningen
i Københavnsområdet i den tid, man har over-
våget området med seismografer. Derimod er
der observeret en række jordskælv i det sydlig-
ste Kattegat, lige nord for Sjælland, og den 24.
februar 2004 registreredes et jordskælv, som
målte omkring 3 på Richterskalaen, i nærheden
af Stevns. Dette jordskælv fandt med stor sand-
synlighed sted på en forkastning, som ligger
vest for, men nogenlunde parallelt med Carls-
bergforkastningen.
Carlsbergforkastningen har fået sit navn ef-
ter Carlsbergbryggeriet. I jagten på vand til bryg-
ning af øl borede man ned i kalken på Carls-
bergs grund og fandt på et tidspunkt salt
grundvand. Dette var tegn på, at man havde
ramt forkastningen, hvor salt grundvand træn-
ger op i det normale ferske grundvands niveau.
I I.C. Jacobsens samtid var man dog ikke klar
over, at man havde med en forkastningszone at
gøre. Det var først op igennem 1900-tallet, at
man sammenstykkede stadig større mængder
af forskellige geologiske data fra bl.a. boringer i
Københavnsområdet og opdagede, at der løber
en forkastningszone tværs gennem hovedsta-
den. Forkastningen blev senere opkaldt efter
Carlsbergbryggeriet.
Hvordan ser forkastningen ud?
I løbet af de sidste 100 år er antallet af boringer
i København vokset støt. Eksempelvis har man
lavet boringer til undersøgelse af grundvand og
til forundersøgelser i forbindelse med anlægs-
arbejder. Disse boringer har vist, at kalkbjergar-
terne i forkastningszonen er sprækkede og me-
get vandfyldte. Det er derfor vigtigt at kende
forkastningens præcise placering, når man kort-
lægger grundvand og skal foretage anlægsar-
bejder. Desuden er det af videnskabelig betyd-
ning at kende forkastningszonens nøjagtige
placering og geometri, når man skal forstå for-
kastningens dannelse og udvikling. Boringerne
alene giver kun en grov fornemmelse af, hvor
forkastningszonen befinder sig, da der ofte er
flere hundrede meter mellem boringerne.
Jesper Fallesen foretog i 1995 en reflek-
sionsseismisk undersøgelse af Carlsbergfor-
kastningen som en del af sit specialeprojekt.
Han udførte en serie små sprængninger og regi-
strerede reflekterede bølger fra undergrunden
langs en ca. 1,1 km lang linje. Fallesens målin-
ger viste, at de geologiske lag i forkastningszo-
nen var opbrudte. Nogle steder fandt han tegn
på vertikale bevægelser på mere end 50 m. Der
er tale om gradvise bevægelser, hvor lagene er
blevet forskudt i mindre ryk eller måske gliden-
de, over millioner af år. Med lidt god vilje kan
man sammenligne Fallesens optegning af for-
kastningszonen med formen på en buket blom-
ster. Langs sådanne `blomsterbuketlignende'
forkastninger kan man ofte også se tegn på ho-
risontale bevægelser. Der skal dog indsamles
yderligere seismiske data, før man kan afgøre,
om der er sket horisontale bevægelser langs
med Carlsbergforkastningen.
Hvordan kortlægger man en
forkastning, man ikke kan se?
De refleksionsseismiske data viser kun forkast-
ningszonen i et enkelt profilsnit. Man kunne
derfor ønske sig at sprænge serier af dynamit-
ladninger og måle jordrystelser langs et større
antal linjer i den centrale del af København. Det-
te kan dog ikke gennemføres, fordi sprængnin-
gerne kan forvolde skade på bygninger og veje.
Der er derfor udviklet en anden strategi til at
indsamle seismiske data, hvor man kun benyt-
ter få sprængladninger på udvalgte steder. Me-
toden går ud på, at man detonerer sprænglad-
ninger inden for og uden for forkastningszonen
og registrerer de seismiske rystelser langs bue-
de linjestykker, som er placeret således, at de
krydser den formodede placering af forkast-
ningszonen. I de opbrudte og vandfyldte kal-
klag udbreder seismiske bølger sig langsomme-
re end i de omkringliggende, uforstyrrede og
mere faste kalklag. Der vil altså være en kon-
trast i bølgehastighed mellem forkastningszo-
nen og det omkringliggende materiale. Derfor
vil de seismiske bølger reflekteres og afbøjes
ved kanterne af forkastningszonen ligesom ly-
set brydes mellem medier med forskellig lysha-
stighed. For skud detoneret inden for forkast-
ningszonen betyder dette, at en del af energien
bliver `fanget' og bliver ved med at reflekteres
frem og tilbage inden i forkastningszonen over
store afstande, hvilket resulterer i observation
..
............................
10
NR. 4 2005
Kort over dybden til det krystalline grundfjeld. Kystlinjer for Sjælland, de omkringliggende øer, den østligste del af Djur-
sland og det sydvestlige Sverige er vist med hvide streger. Dybden til grundfjeldet varierer fra 0 km i det sydvestlige Sve-
rige til omkring 8­9 km i Kattegat. Forkastninger, hvor der er store forsætninger i grundfjeldet, er vist med gråt. Carls-
bergforkastningen (CF) løber fra det nordligste Sjælland, under Amager og videre ud i Øresund. Forkastningen har mu-
ligvis kontakt med store forkastninger i det sydlige Kattegat.
Illustration: Lars Nielsen og Alexander Lassen, Geologisk Institut.
background image
af kraftige, forsinkede seismiske ankomster.
Bølgemønstret bliver helt anderledes for skud
affyret uden for forkastningszonen. Her afbøjes,
forsinkes og dæmpes de bølger, som krydser
forkastningszonen i forhold til de bølger, som
alene udbreder sig uden for forkastningszonen.
Ved at måle den seismiske energi på tre geofon-
udlæg har det derfor været muligt at kortlægge
forkastningszonens udbredelse. Forkastnings-
zonen er kortlagt til at være mellem ca. 400 m og
680 m bred.
I de overfladenære seismiske data, som er
indsamlet i Københavnsområdet, er forkast-
ningszonen målt til dybder af ca. 400 til 500 m.
Andre typer seismiske data, hvor der benyttes
kraftigere kilder, har været benyttet til at kort-
lægge strukturer ned til grundfjeldet i flere kilo-
meters dybde. Ud fra sådanne data tolkes Carls-
bergforkastningen til at nå dybder på omkring 2
km i det nordsjællandske område og i Øresund.
Fremtidig forskning
Den seismiske kortlægning af Carlsbergforkast-
ningen fortsætter med det formål at lokalisere
forkastningen med stor nøjagtighed nord og syd
for København. Specielt bliver det spændende
at undersøge, om forkastningen løber ind i det ­
set med danske øjne ­ aktive område i det syd-
lige Kattegat, hvor der af og til forekommer små
jordskælv. Desuden foregår der undersøgelser
af de ler- og sandrige lag, som blev afsat ovenpå
den opbrudte kalk efter sidste istid, for at se om
de også viser tegn på brud som følge af forkast-
ningsaktivitet. Det er vigtige parametre at un-
dersøge, hvis man vil afgøre, om forkastningen
har været aktiv siden sidste istid.
Man har som nævnt ikke registreret jordskælv
på Carlsbergforkastningen igennem København,
og der registreres kun små jordskælv nord og
syd for byen, som ikke er til fare for mennesker.
Men det er under alle omstændigheder særde-
les nyttigt at kende til forkastningszonens pla-
cering. Dens opbrudte kalklag gør den svagere
og mere vandfyldt end de omkringliggende kal-
klag, hvilket har stor betydning fx for planlæg-
ning og gennemførelse af anlægsarbejder i Øre-
staden på Amager. Desuden er den af stor be-
tydning for kortlægning og udnyttelse af grund-
vandsressourcer.
Geologiske lag under København, som Fallesen tolkede dem ud fra sit refleksionsseismiske profil i 1995. De forskellige geologiske lag (markeret med forskellig farve) under Køben-
havn ligger nogenlunde horisontalt. I forkastningszonen er lagene forstyrrede og viser vertikale forsætninger på op til ca. 50 m. De enkelte forkastninger er markeret med sorte streger.
Datasættet rummer ikke sikker information om de øverste 10 til 20 m, hvor de yngste sand- og lerrige aflejringer fra istiden og til i dag ligger. Disse data kan derfor ikke benyttes til at
undersøge, om de yngste sedimenter også er påvirket af forkastningszonen.
Tænkte modeller for Carlsbergforkastningen set fra oven. Det orange område viser forkastningszonen med lave seismi-
ske hastigheder, mens den blå farve markerer den uforstyrrede bjergart uden om. Små, hvide cirkler markerer skud affy-
ret inden i (a) og uden for (b) forkastningszonen. De seismiske bølger udbreder sig langs forskellige strålebaner (mar-
keret med pile) fra skuddene til geofonerne placeret langs de stiplede cirkelbuer. Udbredelsen af de seismiske bølger er
markant forskellig alt efter om skuddet affyres inden for eller uden for forkastningszonen.
...........................
..
NR. 4 2005
11
Illustration: Lars Nielsen og Alexander Lassen, Geologisk Institut.
Illustration: Lars Nielsen og Alexander Lassen, Geologisk Institut.
background image
O
veralt på jorden ­ meget ulige fordelt
­ sker der jordskælv. Pludselig ryster
jorden, måske med katastrofale føl-
ger for befolkningen i området. Der er derfor en
meget stor interesse for at forstå, hvorfor
jordskælv opstår, og hvor og hvornår det sker.
Men selve jordskælvet kan også bruges til helt
andre ting, nemlig som kilde til geovidenskabe-
lige undersøgelser helt andre steder end hvor
jordskælvet skete. Når vi arbejder med skorpe
og kappe under Grønland, studerer vi derfor ry-
stelser fra jordskælv der sker overalt på kloden
­ på stationer opsat i Grønland.
Hvordan måler vi rystelser
fra jordskælv
Moderne mobile instrumenter der kan måle ry-
stelser i et meget stort frekvensområde har
været tilgængelige nu i ca. 15 år. Det har gjort
det muligt at opsætte midlertidige stationer
mange steder, og i de senere år har vi og kolle-
gaer opsat mange stationer i Grønland for kor-
tere og længere perioder. De fleste af stationer-
ne står ved kysten, hvor der bor mennesker. Der
er strøm, og der kan vi finde en person som kan
holde øje med instrumenterne og sende data
hjem til os. Vi har også stationer ved kysten
hvor der ikke bor nogen mennesker ­ i Øst- og
Nordgrønland. Her bruger vi solpaneler og vind-
møller til at lave strøm. 80% af Grønland er
dækket af indlandsisen, og hvis vi gerne vil bru-
ge jordskælv til at lære mere om Grønlands dy-
be strukturer må vi selvfølgelig også sætte sta-
tioner op inde på isen. Det er straks sværere,
idet der ikke er ret mange steder hvor der `er no-
get' ­ en lejr for eksempel. Der er heller ikke fast
klippe at sætte instrumentet på, så de må stå i
sneen. Det har heldigvis vist sig, at vi får meget
fine målinger fra stationerne inde på indlands-
isen. Sneen er god og fast pakket et par meter
under overfladen, der er ingen træer der rusker
i jorden når det blæser og ingen menneske-
skabte forstyrrelser.
To måder at isolere lokal
information fra målingen
af et jordskælv
Et jordskælv giver ophav til flere forskellige
slags rystelser, der udbreder sig i jorden med
forskellige hastigheder. Den første registrering
af et jordskælv langt fra epicenteret er P-bølgen,
de andre typer bølger udbreder sig langsomme-
re og kommer senere. Men på vej op mod stati-
onen møde P-bølgen grænseflader. Jordens
skorpe ligger ovenpå kappen, og grænsen mel-
lem dem kaldes Moho. Når P-bølgen passerer
Moho, dannes der sekundære bølger, som når
kølvandet fra en båd rammer en mole ved en
havn. Det vi måler på jordskælvsstationen er en
blanding af P-bølgen dannet af jordskælvet og
...
...........................
12
NR. 4 2005
Rystelserne fra jordskælv forplanter sig
gennem jorden, og registreres på seis-
mologiske målestationer overalt på jor-
den. På deres vej gennem jorden påvir-
kes de af lokale forhold.
Illustration: Annabeth Andersen, GEUS.
Der er tre komponenter i en måling for at beskrive rystelserne i tre dimensioner: op-ned; øst-vest og nord-syd. Først an-
kommer P­ bølgen, derefter S ­ bølgen, der udbreder sig lidt langsommere end P bølgen. Til sidst kommer overflade-
bølgerne, der udbreder sig nogenlunde lige så hurtigt som S ­ bølgerne, men idet de udbreder sig langs jordens over-
flade har de længere vej end S ­ bølgen, der `skyder genvej' igennem jorden. Seismogrammerne viser rystelserne efter
et jordskælv i El Salvador den 13. januar 2001, målt i sydøstgrønland (ANG). Skælvet målte 7,6 på Richterskalaen.
Illustration: Grafisk, GEUS.
Jordskælv
Trine Dahl-Jensen
...
.......................................
Seniorforsker, GEUS
(tdj@geus.dk)
Tine B. Larsen
.....................................
Seniorforsker, GEUS
(tbl@geus.dk)
background image
de sekundære bølger dannet lokalt ved statio-
nen. Vi kan skille disse typer af bølger fra hin-
anden og bagefter fjerne signalformen for netop
den specielle P- bølge som jordskælvet har ge-
nereret. Det vi har tilbage er information der
stammer fra området under den station vi måler
på. Da vi har fjernet signalet fra jordskælvet kan
vi bruge denne type `rensede' data fra mange
forskellige jordskælv målt på stationen. Den lo-
kale information i de rensede data er blevet iso-
leret, og vi kan måle for eksempel dybden til
Moho ­ eller med andre ord tykkelsen af jor-
dens skorpe. Tykkelsen af jordens skorpe er en
vigtig brik i puslespillet om hvordan Grønland er
dannet gennem geologisk tid da områder med
forskellig geologisk historie ofte vil have for-
skellig skorpetykkelse.
Vi kan bruge overfladebøgerne til at kigge
lidt dybere end til Moho. Overfladebølgerne
løber langs overfladen af jorden, og påvirkes af
variationer i strukturer langs hele den lange vej
frem til målestationen. Men ved at lede efter
jordskælv og målestationer der ligger på stor-
cirkelbuer (på `linje' på en kugle) som jord-
skælv i Mellemamerika målt i Thule i Nordvest-
grønland og ca. 1 min senere ved Station Nord
på den anden side af Grønland, kan man se på
forskelle mellem de to sæt målinger. Forskellen
skyldes så undergrunden mellem de to stationer.
Vi kan også finde ud af hvordan udbredelses-
hastigheden varier med dybden. Hvis man ser
nøje på overfladebølgen (fx på den vertikale
komponent) kan man se at overfladebølgen be-
står af rystelser af flere forskellige frekvenser ­
og at de første rystelser der kommer har en la-
vere frekvens (dvs. længere bølgeperiode) end
de sidste. Dette fænomen kaldes dispersion, og
skyldes at lange bølger udbreder sig hurtigere
end de lidt kortere. Nu dannes overfladebølger-
ne med alle de forskellige frekvenser samtidig
når jordskælvet sker, men overfladebølger med
lavest frekvens (længst periode) når længere
ned i jorden end dem med højere frekvens (kor-
tere periode). Idet hastigheden stiger med dyb-
den når de langperiodiske frem først. Så ved at
bruge forskellige perioder kan vi sammen sætte
et billede af hastighedsvariation både på tværs
af Grønland, men også i dybden. Den seismiske
hastighed er interessant fordi den fortæller os
noget om temperatur og den kemiske sam-
mensætning af bjergarterne i en dybde vi slet
ikke kan tage prøver fra ­ op til 250 km dybde.
...........................
..
NR. 4 2005
13
Her ser vi et nord-syd tværsnit i det sydøstlige Grønland. Grænsen mel-
lem grønt og gult markerer bunden af litosfæren, der er den stive skal af
jorden. Den består af skorpen same den øverste, stive del af kappen. Un-
der litosfæren er kappen varmere, næsten flydende i geologiske forstand
­ hvilket vil sige den flyder meget langsomt med nogle ganske få cm om
året. Længst mod syd er litosfæren tyndest (ca. 80 km), hvilket stemmer
fint med at den sydlige del af tværsnittet er tæt på Atlanterhavet, og oce-
aner typisk har meget tyndere litosfære end kontinenterne.
Illustration: Trine Dahl-Jensen og Tine B. Larsen, GEUS.
som måleredskab
I Grønland findes der fire permanente
jordskælvsseismiske stationer, som i de sid-
ste år er suppleret med midlertidige statio-
ner, der står rundt omkring i Grønland i peri-
oder fra nogle få måneder til flere år. Tallene
angiver dybden til Moho.
Illustration: Trine Dahl-Jensen og Tine B. Larsen, GEUS.
background image
D
en 30. marts 2005 klokken 13:43 lokal
tid rystede husene i Qeqertarsuaq på
Disko øen i Vestgrønland pludselig.
Nogle folk stoppede op midt i arbejdet og un-
drede sig. Nogle kikkede ud af vinduerne efter
en forklaring, men der var intet at se. Qeqer-
tarsuaq var blevet ramt af et lille jordskælv.
Jordskælvet, som ikke forårsagede nogen ska-
der, blev udløst på en lille brudlinje i under-
grunden (en forkastning) i Disko Bugt. Faktisk
var der to jordskælv samme sted med knap fire
minutters mellemrum, men det første af
jordskælvene var så svagt, at kun måleinstru-
menter, seismografer, kunne opfange det. Efter-
følgeren, som målte 4,4 på Richterskalaen, kun-
ne derimod tydeligt mærkes i Qeqertarsuaq. En
enkelt person beskrev rystelsen, som når en
fodbold sparkes hårdt mod huset. Det hele var
overstået på nogle få sekunder. Opfattelsen
hos flere var, at `sparket' kom fra øst.
Rystelserne fra begge jordskælv blev regi-
streret på seismografer i Grønland og Canada.
GEUS driver et permanent netværk på fire seis-
mografer i Grønland, som døgnet rundt året
rundt overvåger jordskælv, både i Grønland og i
resten af verden. Ud over de permanente seis-
mografer er der 12 midlertidige seismografer i
Grønland. I Canada er der ligeledes et stort net-
værk af seismografer, og de to små grønlandske
jordskælv gav udslag ikke blot på mange af de
grønlandske seismografer, men også på mange
seismografer i Canada.
Når et jordskælvs epicenter skal lokaliseres,
bliver resultatet mest nøjagtigt, hvis epicenteret
er omringet af seismografer, der registrerer ry-
stelserne. Det kan sjældent lade sig gøre inden
Jordskælv
Tine B. Larsen
..
.....................................
Seniorforsker, GEUS
(tbl@geus.dk)
Lotte Melchior Larsen
...................................
Seniorforsker, GEUS
(lml@geus.dk)
Peter Voss
...................................
Forsker, GEUS
(pv@geus.dk)
James A. Chalmers
...................................
Seniorforsker, GEUS
(jac@geus.dk)
..
............................
14
NR. 4 2005
Lyngmarksfjeldet over Qeqertarsuaq, på sydkysten af
Disko. Fjeldet er opbygget af en serie tykke brune la-
vastrømme. Under lavaerne ligger grundfjeldet i Disko
grundfjeldsryggen. I forgrunden Arktisk Station. Det lille
grønne skur til venstre i billedets midte står over en varm
kilde, der leverer vand til både byen og Arktisk Station.
Bemærk kildeisen der dannes om vinteren, hvor kilden
løber ud i søen.
Seismiske Bølgetyper
Seismologer udnytter, at mange forskellige ty-
per af seismiske bølger kan udbredes gennem
jorden.
P-bølger er de hurtigste og ankommer derfor
altid først; deraf navnet Primær-bølger.
P-bølger udbredes i jordens indre på samme
måde som lydbølger udbredes ved trykændrin-
ger i luft.
P-bølger fra jordskælv er normalt ganske svage.
S-bølger udbredes ved at `vride' materialet, de-
res navn kommer af, at de er `sekundære'.
S-bølger kan kun udbredes i faste stoffer.
Overfladebølger udbredes langs jordens over-
flade, selv om deres effekter når ganske dybt.
Overfladebølgerne er de kraftigste bølger, når
man er langt fra jordskælvene og de forårsager
sammen med S-bølgerne de største ødelæg-
gelser.
Egensvingninger af jorden kan sammenlignes
med den ringning, der opstår i en klokke efter
et slag. Kraftige jordskælv kan give ophav til
svingninger af hele jorden, som kan måles flere
uger eller måneder efter et skælv.
Foto: Lotte Melchior Larsen, GEUS.
background image
for egne landegrænser, men seismologi har en
lang tradition for internationalt samarbejde, så
i praksis er det ikke noget problem. Til lokalise-
ringen af de to jordskælv i Disko Bugt har vi bå-
de brugt GEUS' egne data fra permanente og
midlertidige seismografer, canadiske data,
samt data fra et tysk forskningsprojekt i Grøn-
land. Beregningerne har for hvert af de to
jordskælv resulteret i et epicenter, som er
nøjagtigt inden for ca. 10 km, og som ligger midt
ude i Disko Bugt, ca. 30 km sydøst for Qeqer-
tarsuaq. At `sparket', dvs. den seismiske bølge
fra jordskælvet, kom østfra var altså rigtigt op-
fattet.
Disko ligger i den sydlige udkant af Nuussu-
aq-bassinet. Dette bassin er en stor, nord-syd
gående indsynkning, som blev udfyldt med
sandsten og skifre i Kridt og Palæogen tiderne
startende for ca. 120 millioner år siden, og der-
efter dækket af vulkanske bjergarter i tidsrum-
met fra ca. 60 til 55 millioner år siden. Indsynk-
ningen af bassinet er sket langs en række for-
kastninger, hvoraf flere har været aktive i meget
lang tid. Qeqertarsuaq by ligger på en grund-
fjeldsryg afgrænset af forkastninger, som fra
syd skyder sig nordpå ud i Nuussuaq-bassinet.
Med en så nøjagtig lokalisering af jord-
skælvene, som vi har opnået, er det muligt at af-
gøre langs hvilken forkastning, bevægelsen fo-
regik. Forventningen var, at epicentret lå på
vestsiden af Disko grundfjeldsryggen. Den vest-
lige afgrænsning af ryggen er nemlig en stor og
dyb forkastning, som er kendt for at producere
mærkbare jordskælv. Jordskælvene på denne
forkastning har også kunnet påvirke de varme
kilder, som Disko er kendt for. De varme kilder
opstår i områder, hvor sprækker i fjeldet når så
dybt ned, at det vand, der cirkulerer i sprækker-
ne, bliver opvarmet af jordens naturlige varme.
Selv små forskydninger i undergrunden fra et
jordskælv kan lukke vandfyldte sprækker eller
åbne nye sprækker til vandet. Det var fx tilfæl-
det i 1970'erne, hvor der blev observeret øget
aktivitet i de varme kilder og endda en ny kilde,
som begyndte at springe efter et jordskælv. Øst-
siden af Disko grundfjeldsryggen er i modsæt-
ning til vestsiden udformet som en hældende
blok, der kun er gennemsat af enkelte små for-
kastninger. Beregningerne af epicentret for det
nye jordskælv gav dog et overraskende resultat.
Det viste sig nemlig, at epicenteret lå på en af
de små forkastninger på østsiden af Disko
grundfjeldsryggen ude i Disko Bugt.
Hele Nuussuaq-bassinet er gennemskåret
af små og store forkastninger, og flere af dem er
stadig aktive. I gennemsnit er der jordskælv i
området af størrelsen over Richtertal 3 hvert an-
det år, men de kommer langt fra regelmæssigt,
og kun de færreste af jordskælvene bliver regi-
streret af mennesker. Den 22. januar 1980 var
der jordskælv næsten samme sted som den 30.
marts 2005, men rystelsen dengang målte kun
3,9 på Richterskalaen og blev ikke bemærket af
beboerne i Qeqertarsuaq.
ved Qeqertarsuaq
i Vestgrønland
...........................
..
NR. 4 2005
15
Geologisk kort over Disko Bugt regionen.
Illustration: Grafisk, GEUS.
Registrering af jordskælv i Disko Bugt den 30. marts 2005.
Illustration: Tine B. Larsen, GEUS.
background image
P
ladetektoniske bevægelser kan resul-
tere i undersøiske jordskælv. Hvis jord-
skælvet er kraftigt nok, kan det hæve
eller sænke havbunden. På den måde kan vand-
masserne over havbunden sættes i bevægelse,
hvorved der kan dannes tsunamibølger.
Jordskælvet som fandt sted i det Indiske Ocean
den 26. december 2004, er et af de kraftigste
jordskælv, der nogensinde er registreret. Det
målte ca. 9 på Richter-skalaen. Jordskælvet før-
te til forskydninger af havbunden langs en 1200
km lang brudlinje. Bevægelserne forplantede
sig til vandet over brudlinjen, og startede på
denne måde en tsunami. Langt fra kysterne,
hvor havdybden er stor, var bølgelængden langt
over 100 km, og bølgen bevægede sig med en
hastighed af 700 til 800 km/t. Til gengæld var
bølgens højde mindre end 1 m. Men da tsuna-
mien bevægede sig ind på lavt vand voksede
bølgehøjden til flere meter med omfattende
ødelæggelser til følge.
En tsunami i Nordsøen
I Danmark oplever vi af og til små jordskælv,
især i Skagerrak og Kattegat. De danske
jordskælv måler typisk under 3 på Richter-ska-
laen. Det er helt usandsynligt, at de jordskælv vi
oplever i Danmark, kan udløse tsunamier. Men
udfor Norge skete der noget, som måske kan
have ført til, at de danske kyster blev ramt af en
tsunami.
Under sidste istid blev der aflejret tykke
sand- og leraflejringer ud for Norges vestkyst.
Det førte til ustabile forhold, og der skete en
række undersøiske jordskred. Det største jord-
skred, Storegga skredet, fandt sted for ca. 8150
år siden, og det dækker et areal på 95.600 km2.
Skredet førte til dannelsen af en tsunami, som
forplantede sig over store dele af Nordatlanten
og Nordsøen. Det er derfor meget sandsynligt, at
en del af bølgen er nået de danske kyster, og har
været skyld i kraftig erosion og ødelæggelse.
..
............................
16
NR. 4 2005
En tsunami i Danmark?
Nanna Noe-Nygaard
..
..........................................
Docent, Geologisk Institut
(nannan@geol.ku.dk)
Tsunamier kan dannes ved undersøiske jordskælv (venstre). I normal tilstand (A) er der ingen forskydning langs for-
kastningen under havbunden. Havbunden til venstre for forkastningen sænkes og der udløses et jordskælv (B). Herved
suges vandet nedad, og tsunamien er sat i gang. Ved kysten trækker vandet sig tilbage. Bølgebevægelserne fortsætter
med skiftende bølgetoppe og -dale (C). Når bølgen når ind på lavt vand stiger bølgehøjden voldsomt (D).
Tsunamier kan også dannes ved undersøiske jordskred (højre): I normal tilstand (A) ligger en sedimentpakke roligt på
havbunden. Denne kan blive ustabil og skride ud (B). Sedimentpakken skubber en bølgetop frem foran sig og trækker
en bølgedal efter sig, hvorved tsunamien sættes i gang. Bølgetoppe og -dale kan fortsætte med at blive dannet flere
minutter efter jordskredet startede (C).
Illustration: Carsten E. Thuesen, GEUS.
Omtegnet efter Lars Nielsen, Geologisk Institut.
Lars Nielsen
...................................
Lektor, Geologisk Institut
(ln@geol.ku.dk)
Signe Ulfeldt Hede
...................................
Stipendiat, Geologisk Institut
(signeuh@geol.ku.dk)
background image
Blev Danmark ramt af tsunamien?
Hvis den tsunami, som Storegga skredet satte i
gang, skulle kunne spores i Danmark, vil det
være nærliggende at lede langs nordvest-vend-
te kyster, som fx ved Skagen og i Nordsjælland.
Det er meget svært at forudsige, hvilke kyst-
strækninger der vil være mest udsatte i tilfælde
af en tsunami, da bølgerne kan dreje om hjør-
ner. Der er fundet formodede tsunamiaflejringer
på land langs Norges vestkyst i 3­13 meters høj-
de, på Færøerne, i Skotland i 3­6 meters højde
og på Shetlandsøerne i op til 20 m.
Lad os først vende blikket mod Norge, hvor
der er registreret sikre tsunamiaflejringer i en
række kystnære søer. Her ses de som grovkor-
nede sandlag med bl.a. knuste skaller af mari-
ne muslinger. Lagene består af homogent sand
eller af serier af tynde lag, der hver for sig bliver
mere finkornede opefter. Under og over tsu-
namilaget findes der almindelige søsedimen-
ter. Tsunamilaget kan indeholde yderst velbeva-
rede planterester, som er skyllet ud i bassinet
fra landjorden. Planteresterne kan anvendes til
kulstof-14 dateringer, og man kan dermed få
klarlagt alderen på tsunamiaflejringen.
Søborg Sø
Et muligt sted at lede efter eventuelle aflejringer
fra Storegga skredet er søbassiner, der ligger
tæt ved kysten, men som har været afskåret fra
havet af en tærskel. Søborg Sø i Nordsjælland
opfylder disse krav. I Søborg Sø påviste pollen-
analytikeren Johs. Iversen i 1930'erne vekslen-
de lag fra perioder, hvor havet trængte ind over
tærsklen (transgressioner) afbrudt af perioder,
hvor havet trak sig tilbage (regressioner). Iver-
sen registrerede i alt fire perioder med højt hav-
spejl. Under et kaldes disse ændringer af kyst-
linjen for Littorina transgressioner. Iversen
påviste, at Littorina transgressionerne startede
for ca. 8000 år siden og fortsatte til 6000­4000
år før nu. I Søborg Sø ligger tærsklen, som ad-
skiller søen fra havet, omtrent 5 m over nu-
værende havniveau.
Et tsunamilag kan forventes at ses som en
kortvarig indtrængen af saltvand, erosion af
tærsklen og transport af groft materiale fra
strandsiden ind i søen. Indtrængende havvand
vil i søaflejringerne afspejles som en markant
kortvarig stigning af det totale svovlindhold
(TS), og en kortvarig stigning i sand-, silt- og ler-
indholdet. Stigninger i havniveauet ses deri-
mod normalt som en gradvis stigning af svov-
lindholdet efterfulgt af en gradvis aftagen under
den efterfølgende udbygning af kystlinjen.
Samtidig med at havniveauet i Danmark
steg, fordi store kontinentale isdækker smelte-
de, hævede landjorden sig, fordi isen ikke læn-
gere pressede jordskorpen ned. Fald i havni-
veauet skete under perioder, hvor landhæv-
ningen foregik hurtigere end havniveaustignin-
gen. I Søborg Sø markeres regressionerne af, at
tærsklen ind til bassinet blev hævet over havni-
veau og Søborg Sø blev isoleret som en sø. Un-
der transgressionerne var Søborg Sø derimod
en fjord med salt- og brakvandsaflejringer. Un-
der transgressionerne ses udover en gradvis
stigning i svovl også en stigning i den organiske
produktion i søen, som et resultat af tilførsel af
næringsstoffer. Dette registreres som en stig-
ning i den totale mængde organiske kulstof
(TOC) efterfulgt af et gradvist fald. Ved en kort-
varig enkelt begivenhed tilføres kun tilstrække-
ligt med næringsstoffer til en mindre, kortvarig
forøget organisk produktion. Dette afspejles af
en hurtig stigning af TOC efterfulgt af et brat
fald.
Iversen påviste netop en markant, men kort-
varig stigning i mængden af saltvandsalger fra
den første formodede Littorina transgression,
der fandt sted omtrent samtidig med Storegga
tsunamien.
I en boring fra Søborg Sø kan man se ek-
sempler på begge typer begivenheder. TS1 og
TS2 repræsenterer to almindelige transgressio-
ner, mens den markante, men kortvarige æn-
dring i søaflejringernes geokemi, der ses ved
den røde linie, er anderledes og synes at falde
på et tidspunkt mellem 8200 og 7600 år før nu
og dermed indenfor det tidsrum, hvor Storegga
tsunamien kunne have ramt Danmark. Den kort-
varige ændring i de geokemiske parametre ses
nær bredden og tærsklen, men ikke i de dybere
del af søbassinet. Dette er netop forventeligt,
hvis det kun var en enkelt begivenhed og ikke
en egentlig havniveaustigning. Således tyder
...........................
..
NR. 4 2005
17
Fire tidsbilleder af hvordan tsunamien formodes at have udbredt sig efter Storegga skredet. Fordelingen af bølgetoppe og -dale er bestemt af sedimentpakkens skredmønster. Efter
godt en time rammes Norges kyst af tsunamien. Læg mærke til, hvordan der efter selve bølgens front følger flere bølgetoppe og - dale. Bølgerne menes i nogle tilfælde at have været
mere end 13 m høje. Efter 3 timer og 10 minutter passerer tsunamibølgen forbi Norges sydkyst og efter 5 timer og 35 minutter rammes Storbritanniens og Danmarks kyster. Selvom
bølgen nu er en del svagere, er det ikke umuligt at danske kyststrækninger er blevet ramt af bølger af betydelig størrelse.
Kilde: Sitanggang og Lynett.
Illustration: Annabeth Andersen, GEUS.
Omtegnet efter Lars Nielsen, Geologisk Institut.
background image
både Iversens og vores data på, at det kortvari-
ge og markante udsving i algeflora og geokemi
kunne skyldes en enkelt begivenhed, og at den-
ne fandt sted på det tidspunkt, hvor man kunne
forvente, at tsunamien fra Storegga kunne have
ramt Sjællands nordkyst.
Skagen Odde
Det mest oplagte sted at lede efter tsunami af-
lejringer er i det nordligste Jylland, hvorfra Niel-
sen og Johannessen har beskrevet aflejringer,
der måske kan henføres til Storegga tsunamien.
De to geologer har undersøgt dannelsesfor-
løbet af Skagen Odde, hvor de har fundet et
markant stenlag, der kan være op til 50 cm tykt
mod sydvest, hvor det ligger 12 meter over nu-
værende havniveau, mens det falder til 2 m over
havniveau mod nordøst. Laget kan følges som
et sammenhængende lag over 1500 m. Stenene
er op til 7 cm i diameter mod sydvest men afta-
ger i størrelse mod nordøst. Stenene er væsent-
lig større end de sten, der ellers findes i områ-
dets strandaflejringer. Basis af stenlaget vidner
om kraftig erosion af det underliggende lag. Dy-
be, stenfyldte erosionshuller nedskåret i løst
sand vidner om, at erosion og opfyldning er fo-
..
............................
18
NR. 4 2005
Storegga skredet (vist med rød farve) har en enorm ud-
bredelse. De blå prikker angiver, hvor der er rapporteret
tsunamiaflejringer fra skredet. Tallene angiver mini-
mumshøjden af tsunamibølgen, som ramte kysten. Disse
tal er fundet ud fra, hvor højt oppe i terrænet, man har fun-
det tsunamiaflejringer. De to blå cirkler i Danmark marke-
rer Søborg Sø og Skagen Odde.
Kort over Søborg Sø-området. Ved nuværende
havniveau (øverst) og ved et havniveau, der er
4,5 m over det nuværende ­ svarende til den
højeste Littorina Transgression (nederst).
Kilde:
KMS G18­97, behandlet af Mikkel Ulfeldt Hede.
Kilde: Stein Bondevik m.fl. 2003 EOS, bind 84,side 289-291.
background image
regået meget hurtigt efter hinanden, sandsyn-
ligvis under den samme begivenhed. Sediment-
strukturene i stenlaget viser dog, at flere for-
skellige processer har været aktive under
aflejringen, formodentlig i form af en række på
hinanden følgende store bølger, dannet som en
følge af Storegga skredet og den efterfølgende
række af tsunamibølger. Dateringer af muslin-
geskaller, der ligger i og lige under stenlaget gi-
ver en alder på mellem 8600 og 8190 år, altså
lidt ældre og samtidig med de norske daterin-
ger. Andre tolkningsforslag for stenlaget frem-
sættes af forfatterne ­ fx kunne det være resul-
tatet af en havniveaustigning. Men hvis det var
aflejringer fra en transgression, er det ikke
sandsynligt, at erosionsstrukturene ville frems-
tå så klart. Havet ville have fjernet dem ved ero-
sion under transgressionen. Hvis det var resul-
tatet af en orkan, kunne man spørge sig selv,
om der virkelig kun har været en enkelt meget
kraftig orkan gennem 9000 år og hvis der har
været flere, hvorfor er det så kun den ene, der
har efterladt sig de specielle spor.
De omtalte lag i Søborg Sø og ved Skagen
Odde er indtil videre de eneste lokaliteter i Dan-
mark, hvor data viser stærke indikationer for, at
Storegga tsunamien overskyllede danske kyster
for ca. 8150 år siden.
Stenlag (markeret med pile) med erosiv undergrænse på
Skagen Odde. Laget er antageligt afsat af Storegga tsu-
namien.
Sedimentologi og geokemi i Søborg Sø.
Bemærk forskellen på en almindelig
transgression (blå linjer) og en enkelt
havstigningsbegivenhed, som efter en
formodet tsunami (rød linje).
Kilde: Signe Ulfeldt Hede, Geologisk Institut.
...........................
..
NR. 4 2005
19
Foto: Ole J. Bjerrum.
background image
Geocenter københavn
Er et formaliseret samarbejde mellem de fire selvstændige institutioner Danmarks og Grønlands Geolo-
giske Undersøgelse (GEUS) samt Geologisk Institut, Geografisk Institut og Geologisk Museum ­ alle tre
en del af Københavns Universitet. Geocenter København har til formål at skabe et center for geoviden-
skabelig forskning, undervisning og rådgivning på højt internationalt niveau.
udgiver
Geocenter København
Redaktion
Geoviden - Geologi og Geografi er redigeret af geolog
Ole Bennike (ansvarshavende) fra GEUS i samarbejde
med redaktionsgrupper på institutionerne.
Geoviden - Geologi og Geografi udkommer fire gange
om året og abonnement er gratis. Det kan bestilles ved
henvendelse til Finn Preben Johansen, tlf.: 38 14 29 31,
e-mail: fpj@geus.dkog på www.geocenter.dkhvor man også
kan læse den elektroniske udgave af bladet, eller hos
Geografforlaget, tlf.: 63 44 16 83, e-mail: go@geograf-
forlaget.dk
ISSN 1604-6935
(papir)
ISSN 1604-8172
(elektronisk)
Produktion: Annabeth Andersen, GEUS.
Tryk: Schultz Grafisk A/S.
Forsidebillede: Voldsomt jordskælv i Tyrkiet.
Foto: POLFOTO / Sabit Cekin, AFP.
Reprografisk arbejde: Benny Schark, GEUS.
Illustrationer: Forfattere og Grafisk, GEUS.
Eftertryk er tilladt med kildeangivelse.
Danmarks og Grønlands
Geologiske Undersøgelse
(GEUS)
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 38 14 20 00
E-mail: geus@geus.dk
Geologisk Institut
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 35 32 24 00
E-mail: info@geol.ku.dk
Geografisk Institut
Øster Voldgade 10
1350 København K
Tlf: 35 32 25 00
E-mail: info@geogr.ku.dk
Geologisk Museum
Øster Voldgade 5-7
1350 København K
Tlf: 35 32 23 45
E-mail: rcp@snm.ku.dk
her kan man læse videre
Andersen, O.B., Larsen, T.B., Voss, P. & Glendrup, M. uden årstal:
Den dynamiske Jord. Hefte udarbejdet af Danmarks Rumcenter, GEUS
og Kort- og Matrikelstyrelsen. Kan erhverves ved henvendelse til GEUS.
Frederiksen, J. o.a. 2003:
Ingeniørgeologiske forhold i København. Dansk Geoteknisk Forening bind 19.
Iversen, J. 1937:
Undersøgelser over Littorinatransgressioner i Danmark.
Meddelelser fra Dansk Geologisk Forening bind 9, side 223­232.
Nielsen, L.H. & Johannesen, P. 2004:
Skagen Odde, et fuldskala, naturligt laboratorium.
GEOLOGI ­ nyt fra GEUS nr. 1, september.
Stenestad, E. 1976:
Københavnsområdets geologi ­ især baseret på citybaneundersøgelserne,
Danmarks Geologiske Undersøgelse III. Række, bind 45.
Grafik
© Geocenter Danmark Øster Voldgade 10, 1350 København K Tlf.: 38 14 20 00 E-mail:
Sidst ændret : Tirsdag 20. Dec., 2005
* Valid HTML 4.01!Valid CSS!