Geologisk utvikling på Svalbard

Samtidig er fjellet for det meste nakent, uten jordsmonn og vegetasjon. Berggrunnen kan derfor studeres sammenhengende over store arealer. Selv om mesteparten av landområdene er dekket av isbreer, er Svalbard et av de få stedene i verden hvor man enkelt har innsyn i de fleste avsnitt av jordens utviklingshistorie. Alt dette gjør at Svalbard er et unikt sted for å studere geologi, et naturlig geologisk arkiv og et laboratorium hvor fortidens og nåtidens geologiske prosesser blir særlig tydelig demonstrert.

Utvikling gjennom tidsaldrene

Mange har merket seg påstanden om at Svalbard en gang har ligget ved ekvator. Dette er bare betinget riktig. På Svalbard, som også i Norge og resten av verden, finnes det bergarter som ble dannet i andre klimasoner, bl.a. i tropene i devontiden. Det er mange faktorer som spiller inn når man skal forklare hvordan disse har kommet til Arktis. Kontinentalforskyvingen (drevet av varmestrømninger i den dypere jordmantelen) og forskyvninger av jordoverflaten i forhold til jordas rotasjonsakse (og dermed nord- og sydpolen) er hovedmomentene.

Men Svalbard var ikke Svalbard den gang. Da Svalbards bergarter fra devontiden ble avsatt, for ca. 410-360 millioner år siden, var mye av Svalbards berggrunn ennå ikke blitt til. Resten av det som kan sees på Svalbard i dag lå dypt inne i jordskorpen. Vi kan derfor ikke snakke om at Svalbard har vandret gjennom klimasonene – dette gir uriktige assosiasjoner. Selv om den dype sokkelen til Svalbard har vært den samme helt siden devontiden, så har tektoniske prosesser som innsynking og heving, avsetning og erosjon etter hvert grunnleggende endret de geografiske forholdene. (Dette gjelder for eksempel fordelingen av land og hav, topografi og relieff). Noen ganger var Svalbard del av en enorm landmasse, noen ganger lå det på bunnen av havet.

Historien før devontiden er enda mer komplisert, fordi grunnfjellet består av flere jordskorpedeler som har sin opprinnelse tusener av kilometer fra hverandre. Disse ble skjøvet sammen under mangfoldige fjellkjededannelser gjennom urtiden og den tidlige oldtiden. Svalbards geologiske lagrekke kan deles inn i tre hovedenheter: det gamle grunnfjellet (urtiden og tidlig oldtid), ikke omdannete avsetningsbergarter (sen oldtid fram til tertiær), og unge, løse avsetninger (kvartær).

Foldete, granittiske gneiser og amfibolitter av paleoproterozoisk alder i grunnfjellet i Ny-Friesland. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Grunnfjell (urtiden og fram til silur)

Grunnfjellet utgjør det eldste fjellet. Ordet brukes forskjellig i ulike land. På Svalbard betegner vi grunnfjell som bergarter som ble dannet fram til silurtiden som sluttet for ca. 410 millioner år siden. Den siste gjennomgripende fjellkjededannelsen fant sted i silur. Den skapte den Kaledonske fjellkjede som strekker seg fra Svalbard gjennom Skandinavia til Skotland og videre gjennom Appalachene i Amerika. Motparten ligger langs Grønlands østkyst som den gang hang sammen med Nord-Europa.

Disse grunnfjellsbergartene har altså for det meste gjennomgått sterke bevegelser og forandringer. De ble foldet, forskjøvet, og tildels kjemisk omvandlet under høyt trykk og høy temperatur i dypet. Det som ligger i overflaten i dag lå opp til 20 km nede i jordskorpa den gang. I silur- og devontiden, da den Kaledonske fjellkjeden ble hevet, kom mye av dette grunnfjellet opp til overflaten, mens de overliggende bergartene ble erodert bort.

Grunnfjellet består for det meste av omdannete bergarter som gneis, metamorf skifer, kvartsitt og marmor. Men det består også av noen størkningsbergarter, f.eks. granitt, som trengte inn i jordskorpen under hevingen av fjellkjeden. Det høyeste fjellet på Svalbard, Newtontoppen, består av denne motstandsdyktige granitten. Noen av de yngre grunnfjellsbergartene lå ikke så dypt at de ble omdannet og de har bevart sine opprinnelige former som avsetningsbergarter og vulkanske bergarter. De sterkest omdannete bergartene finnes på Nordvest-Spitsbergen og på nordsiden av Nordaustlandet. De eldre delene av grunnfjellet har gjennomgått flere tidligere perioder med foldning og omdanning, og sporene etter de eldste hendelsene er nesten utvisket.

Røde devonske sandsteiner ved Woodfjorden. Dette er den Kaledonske fjellkjedens molassesedimenter. Miocene (sentertiære) basaltstrømmer ligger på fjelltoppene. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Flatliggende kontinentalsokkelavsetninger fra karbon og perm ved Billefjorden. Gips og anhydritt synes i den midtre delen av fjellsiden som grålige, horisontale bånd. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Hyrnefjellantiklinalen i Hornsund, med avsetningsbergarter fra perioden mellom karbon og trias, foldet under den tidligtertiære tektoniske fasen. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

De nederste tertiære lagene ved Longyearbyen, med inngangen til en nedlagt kullgruve. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Et forsteinet blad av et gingkotre fra tertiære sandsteinslag på det sentrale Spitsbergen. Bladet viser at det sannsynligvis hersket et moderat varmt klima på den breddegraden hvor Svalbard befant seg for ca. 40 millioner år siden. Gingko forekommer i dag i Japan og Kina. (Bilde: Winfrid Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Avsetningsbergarter fra devon og fram til tertiær

Det nedslitte fjellet endte opp som store mengder sand, grus og slam. Dette ble i devontiden, for ca. 410-360 millioner år siden, avsatt på elvesletter og i havet. De røde og grøngrå sandsteinsmassene i Andrée Land på nordre Spitsbergen stammer derfra.

Senere fulgte nye perioder hvor havet dekte landet. Marine avsetningsbergarter ble dannet. Perioden ble avbrutt av kortere intervaller hvor landet ble midlertidig hevet opp fra havet. Slike avsetningssykluser gir et tydelig utslag i de bevarte bergartslagene. Disse lagene kan være svært forskjellige fra gang til gang, fordi omstendigheter som klima, geografi, relieff o.s.v. endres med tiden.

De tydelig lagdelte, fossilrike kalk- og dolomittsteinene med mellomlag av gips og anhydritt fra karbon- og permtiden (360-245 millioner år siden) i nordlige og østlige deler av Isfjorden oppleves som spesielt naturskjønne. Disse lagene ble avsatt på en kontinentalsokkel som etter hvert ble dannet på store deler av Svalbard etter at den Kaledonske fjellkjeden var erodert (slitt) ned. De ulike bergartene gjenspeiler de forskjellige landskapselementene og hvordan de endret seg i tid og rom. De hvite gips- og anhydrittlagene, for eksempel, stammer fra kortvarige saltvannslaguner som etter hvert tørket inn i det fortsatt varme og tørre klimaet slik at sulfatsaltene ble felt ut av havvannet. I slutten av oldtiden foregikk det globale tektoniske omveltninger og Svalbard og Barentshavet ble fastland i noen millioner år. De var fortsatt en del av det sammenhengende kontinentet som Nord-Europa, Grønland og Nord-Amerika var deler av.

Avsetninger fra jordas middeltid (251-65 millioner år siden) gir uttrykk for et mer moderat klima. Klimaforholdene og vegetasjonen var først som ved Middelhavet i dag og ble etter hvert boreale (nordlige). Fortsatt var det meste av Svalbard dekket av hav, men med flere kortere opphold. Det kom imidlertid aldri til noen ny fjelldannelse. Svalbardområdet var ofte et grunt hav. Havets nærmeste kyst lå i vest hvor det ennå var rester av den Kaledonske fjellkjede. Bak fjellene lå det gamle grønlandske urkontinentet. Elver på dette kontinentet fraktet med seg mye erosjonsmateriale som ble avsatt i store elvedeltaer på havbunnen, oppå det som senere ble Svalbard. Sand, grus og slam ble liggende på havbunnen og ga opphav til sandsteiner og leirskifer. Disse ligger nå oppe i dagen i store deler av det sentrale og østlige Svalbard. I perioder dukket det øyer opp av dette havet, hvor det levde bl.a. svaneøgler og iguanodoner. I havet levde det fiskeøgler.

I krittiden sprakk jordskorpen opp. Et riftsystem var i ferd med å dannes helt fra den sørlige til den nordlige halvkulen. Dette skulle senere bli Atlanterhavet. Magma trengte inn i de åpne sprekkesystemene. Magmaen ligger i form av den harde størkningsbergarten doleritt mange steder på Svalbard, mest i lagparallele ganger hvor den gjerne danner fjellplatåer, rygger, øyer o.l. På Kong Karls Land var det vulkanutbrudd noe som basaltlava fra denne tiden viser. Slike begynnende riftsystemer står gjerne i sammenheng med heving av jordskorpen, og i sen kritt ble hele Svalbard fastland. I tidlig tertiær tid (for 60-40 millioner år siden) begynte havbunnsspredningen for fullt. Det nordvestlige hjørnet av det europeiske kontinentet, med Barentsshelfen og Svalbard, ble sakte skåret av fra nordøstre Grønland langs en enorm transform forkastning. Under denne prosessen ble den vestlige delen av Spitsbergen foldet opp til en ny fjellkjede. Denne var mye mindre enn den gamle kaledonske og uten kjemisk omdanning av bergarter, men med folding og skyving av store bergartsflak (såkalte skyvedekker). Slike skyvedekker kan sees i mange fjellsider i Wedel Jarlsberg Land og Oscar II Land, f.eks. Mediumfjellet i Isfjorden, Berzeliustinden i Bellsund og Scheteligfjellet ved Ny-Ålesund.

Øst for den nye fjellkjeden, fra Isfjordområdet og sørover, sank landet inn for å danne en stor nord-sørgående havarm. Den tok opp mye forvitringsmateriale som nå er sandstein og leirskifer. Men det var til tider også gode forhold for dannelsen av kull, hvor tektoniske bevegelser sørget for en periodisk oversvømmelse og tilbaketrekking av havet. Denne innsynkningen er i dag det Tertiære sentralbassenget, en trauformet struktur med de yngste, tertiære lagene i midten, og de eldre lagene i utkanten.

I midtre tertiær var det en ny vulkansk aktiv fase i hele Nord-Atlanteren. Denne påvirket også Svalbard. Lavastrømmer ligger bevart i Andrée Land, hvor den harde basaltlavaen i dag danner fjelltopper og fjellplatåer. Den gang rant imidlertid lavastrømmene langs daler og fylte opp lavlandsområder. Men den senere erosjonen har pga. hardhetsforskjeller i bergartene sørget for at det opprinnelige landskapsrelieffet ble snudd på hodet.

Halvdanpiggen ved Woodfjorden, ruinen av et kvartært vulkanrør i devonske røde sandsteiner. (Bilde: Winfried Dallmann / Norsk Polarinstitutt)

Løse avsetninger (kvartær)

Yngst er avsetningene fra kvartærtiden, som strekker seg helt til vår tid (2 millioner år og yngre). Dette er mest løse avsetninger dannet under og etter siste istid: morener, elveavsetninger, strandavsetninger, urer, ras- og blokkmark. Under hele kvartærtiden har Svalbard ligget i polarområdet og har flere ganger vært utsatt for nedising. Kvartær er første tidsalder siden perm (over 245 millioner år siden), hvor det har vært virkelige istider, dvs. at det ble dannet iskapper på store deler av nord- og sørkontinentene. I alt seks istider som varte mellom 30 000 og 300 000 år hver har berørt Arktis samt alpine fjellområder i Europa. Under mellomistidene som varte omtrent like lenge, var Svalbard delvis isfritt og betydelig varmere enn i dag. Men også under istidene var det isfrie fjelltopper og stedvis isfrie kystområder. Mye tyder på at vi nå befinner oss i en mellomistid. Dvs. at den naturlige trenden i løpet av noen titusener år vil føre jorda inn i en ny istid, mens den globale oppvarmingen som vi idag opplever er et midlertidig og delvis menneskeskapt fenomen.

Tunge ismasser på land fører til at jordskorpen presses ned isostatisk og havnivået stiger. Etter at isen smelter stiger landet igjen opp av havet. På Svalbard ligger kystlinjen nå 40 til 80 meter lavere enn ved slutten av siste istid. Tilbaketrekningen av kysten skjedde i etapper, og mange steder er det bevart gamle strandlinjer og strandterrasser med fossiler og annet avsatt materiale som gir oss opplysninger om klimautviklingen siden istiden.

Vi vet bl.a. at isavsmeltingen for ca. 10 000 år siden gikk forholdsvis fort for seg, og allerede 2000-3000 år senere hadde Svalbard et mye varmere klima enn i dag (3-4°C høyere temperatur i årsgjennomsnitt). Vegetasjon og fauna lignet den vi nå finner i Nord-Norge. Etterpå ble det gradvis kaldere igjen, og det toppet seg i den såkalte Lille istid for bare 450-250 år siden. Den påfølgende oppvarmingen var en naturlig klimaendring, mens menneskelig påvirkning neppe kan regnes med før slutten av 1800-tallet.

Nåværende geologiske prosesser på Svalbard er sterkt preget av permafrost og tilstedeværelsen av isbreer. Mye av sedimentasjonen som skjer i dag er knyttet til transport av erodert materiale i breelver, og den bærer preg av varierende isavsmeltning gjennom året.

Videre forårsaker permafrosten at det finnes typiske arktiske landformer:

• Steinbreer er masser av stein, grus og sand som stammer fra forvitringen av fjellsider. De er fylt med vann som er frosset hele året. Disse breene siger sakte nedover skrentene i mange av Svalbards daler og kystområder og kan kjennes igjen ved sine typiske bøyde landformer.
• Polygonmark finnes ofte på flatmark i form av sekskantede steinringer eller jordsprekker. De oppstår ved at det øvre jordlaget vekselvis fryser og tiner.
• Pingoer er issvuller som oppstår i permafrosten i mange dalfører i tilknytning til vannkilder. De ser ut som grushauger, noen ganger med en tjønn på toppen eller med en periodisk aktiv vannkilde. De er innvendig fulle av frosset vann.
• Termokarst er systemer av kanaler i permafrosten, hvor vannet kan sirkulere. Der vaskes det gjerne bort løsmasse, slik at det oppstår hulrom og søkk på overflaten som det danner seg tjønner i. Dette sees best på Vardeborgsletta ved Isfjorden.

Men det har i en periode i kvartær også vært aktiv vulkanisme på Nordvest-Spitsbergen. Den best bevarte vulkanen, Sverrefjellet, er et sted mellom 100 000 og 250 000 år gammel. Dagens varme kilder ved Bockfjorden tyder på at jordvarmen i området fortsatt er høy.