Else Kolstrup

Pals, pingo och polygon - former i den frusna jordens miljö

Av vårt jordklots landareal är omkring en fjärdedel frusen året runt. Det råder permafrost. Men i de översta jordlagren verkar processer som skapar mycket speciella landformationer. Även när marken tinat efterlämnar dessa formationer typiska spår, som gör det möjligt att studera istidernas utbredning i tid och rum som en följd av växlingar i klimat- och miljöförhållanden. Genom att koppla ihop nutid med istid kan vi möta framtida klimatförändringar med realistiska åtgärder.

Naturgeografi är läran om människans fysiska miljö och omfattar kunskaper om jord, hav, luft och liv och kombinationer dem emellan. För att ge en översikt av ett så stort ämnesområde är det nödvändigt att dela upp naturgeografi i olika delämnen, exempelvis klimatologi, oceanografi och geomorfologi.

Geomorfologi är läran om olika landformer, deras utseende och historia, och om de processer, som bildar och bryter ned landskapet. Också här handlar det om ett ganska stort ämnesområde, som måste delas upp för att bli överskådligt. Ibland påverkar klimatfaktorer landskapet så starkt att uppdelningen görs efter klimatzoner. Man talar exempelvis om ökengeomorfologi, där torkan dominerar, eller periglacial geomorfologi, där kölden härskar. I andra sammanhang baseras uppdelningen på den verksamma kraften, till exempel vatten eller is, exempelvis kustgeomorfologi eller glacial geomorfologi.

Periglacial geomorfologi

Periglacial geomorfologi sysselsätter sig med landskapsformerna och processer i jordens kalla, icke nedisade områden. Ordet periglacial betyder egentligen "omkring isen" och syftar på de zoner, som finns - och fanns - omkring områden med inlandsis, men i praktiken används nu ordet allmänt för områden där kalla klimatförhållanden dominerar landformernas utveckling.

Även inom den periglaciala geomorfologin kan man göra ytterligare uppdelningar, men då blir ämnesområdena relativt små och specialiserade och kan avse särskilda landformer - till exempel palser, pingos eller polygonmark - eller specifika, förhärskande processer.

Växlingar mellan vatten och is

Landformer och processer i periglaciala områden är betingade och präglade av fryspunktspassager - växlingar mellan vatten och is - och dessutom av snabba och kraftiga förändringar inom det negativa temperaturområdet. I de stora områden på jorden, där marken är frusen året om, råder permafrost. Permafrosten når i många områden flera hundra meters djup; i ett enstaka fall från Sibirien har man angivit 1,5 kilometer.

Allmänt kan man säga att ju lägre årsmedeltemperatur, desto mer utbredd är permafrosten och ju djupare når den. I de kallaste områdena finns permafrost överallt - kontinuerlig permafrost - medan man i de varmaste områdena endast finner permafrost i särskilt utsatta områden, till exempel nordsluttningar eller där det finns något isolerande ytskikt. Vid vinterkyla är marken frusen från ytan och nedåt, men under sommaren tinar det översta skiktet av permafrosten; ju kallare sommar, desto tunnare är det tinade ytskiktet. Detta ytskikt kallas aktivskiktet, därför att det utsätts för relativt många fryspunktspassager och därmed sammanhängande processer.

Många problem i områden med permafrost blir särskilt tydliga i samband med byggnadsprojekt som vägar och flygplatser. Människans påverkan kan ha stor betydelse då förändringar av vegetationen eller snötäckets tjocklek inte bara påverkar det översta skiktet - som normalt utsätts för årliga temperaturväxlingar - utan också själva permafrosten. Där denna innehåller mycket is, kan upptiningen medföra att byggnadsverk sjunker, när den annars fasta byggnadsgrunden omvandlas till gungfly eller vatten.

En mångfald ytformer

Det finns mångahanda ytformer i periglaciala områden. Några av de mest iögonfallande är frostbulor - så kallade pingos och palser - och strukturmark. Pingos har en kärna av is, som med tiden växer i tjocklek och kan bilda en höjd i landskapet. Höjden kan nå upp till 50 meter och liknar på avstånd en jättestor mullvadshög.

Strukturmark bildas genom att den frusna marken spricker vid plötsliga och kraftiga temperaturfall från till exempel - 5 till - 25°C. Det beror på att isens volym minskar vid temperaturfallet. På slät mark uppträder ofta ett mönster av månghörningar - polygoner - medan sluttande terräng ger mer långsträckta mönster i lutningens riktning. De största polygonerna kan vara upp till 50-60 meter i diameter, de minsta blott några decimeter.

När marken spricker bildas öppna revor. Dessa kan fyllas med snö eller vatten som fryser till is, eller vinden fyller dem med sand. I ett vertikalt snitt kan de ha formen av en kil. Om sprickor uppstår på samma ställe år efter år, växer kilarna med tiden och man kan ibland också urskilja pålagringen från åtskilliga år. När kilarna växer på bredden, sätts de omgivande jordlagren under press och sedimentskikten böjs upp mot kilarna. Längs kuster med erosionsbranter eller i områden där floder skär genom landskapet, kan man beskåda hur iskilarna och polygonerna ser ut i ett vertikalt snitt.

Allmänt gäller för de olika periglaciala landskapsformerna, att varje typ har karakteristiska morfologiska och strukturella kännetecken som hänger samman med deras bildningsområde.

Växlande istider

Under de senaste 2,7 årmiljonerna har klimatet på jorden växlat mellan istider och mellanistider. Under istiderna har Skandinavien varit täckt av is och under särskilt kalla perioder nådde inlandsisen ned över norra Tyskland, Holland och Polen. Medan istäcket således dominerade Nordeuropa, rådde periglaciala förhållanden söder om isen. Utbredningen och sydgränsen för dessa periglaciala områden har växlat genom tiderna alltefter förhärskande temperaturförhållanden och andra miljöparametrar. Det förefaller till exempel ha rått periglaciala förhållanden i Sydfrankrike under i vart fall en av köldperioderna. Under mellanistiderna har förhållandena i stort sett varit som i våra dagar - många anser att vi lever i en mellanistid - då periglaciala förhållanden inom Skandinavien är begränsade till de nordligaste delarna och fjälltrakterna.

Spåren består

Om det i ett område med permafrost blir en tillräckligt stor temperaturhöjning, kommer marken att tina och områdets speciella landskapsformer, som beror av kölden, att försvinna.

Några av dessa former kommer att lämna spår i sedimenten, dels beroende på att marken i och runtomkring utsatts för tryck då landskapsformen bildades, dels beroende på den tryckavlastning - med efterföljande insjunkning eller kollaps - som sker när marken tinar upp. De ovan nämnda iskilarna utgör ett läroboksexempel på detta förlopp. I iskilarna smälter isen, och då den öppna spricka, som uppstår, inte är stabil i lösa jordlager, sjunker dessa in mot de delar i kilen där isen försvunnit.

Utifrån sådana och andra bevarade spår i områden, där det nu råder tempererade förhållanden, kan man sluta sig till historien om forna tiders köldperioder. Om de fossila formerna kan dateras, kan man ordna dem kronologiskt och klarlägga variationerna i värme och köld genom tiderna. Därigenom kan man skapa sig en uppfattning om hur stora klimatförändringarna varit och med vilken hastighet de inträffat och hur de påverkat landskapet.

Med andra ord: Om man känner till de klimat- och miljöparametrar som ligger bakom hur olika nutida periglaciala former bildas och försvinner, kan man använda dem för att ange hur förhållandena var under existensen av motsvarande former under en istid. För att kunna göra sådana rekonstruktioner, krävs givetvis en detaljerad kunskap om hur nutidens aktiva periglaciala former uppstår och förgår och hur detta kan relateras till temperatur- och vattenförhållanden, snötäcke, vegetation, jordartstyp, kemi och andra parametrar - om dessa förhållanden vet man inte tillräckligt mycket i dag.

Vad betyder en klimatändring?

Det finns beräkningar som visar att en temperaturökning med 1°C kommer att medföra att tjälen tinar i upp till 7 % av jordens permafrostområden.Det är således mycket stora arealer som påverkas om den beräknade uppvärmningen (växthuseffekten) på några få grader celsius under de kommande decennierna kommer att bli verklighet. Dessutom anses det allmänt att just mot polerna kommer temperaturökningen att bli större än i andra områden.

På grund av fasövergången mellan is och vatten är periglaciala områden särskilt känsliga för temperaturförändringar såväl i miljömässigt (landskapsutveckling, växter och djurliv) som i geotekniskt hänseende. Men det är naivt att tro, att en upptining av utbredda permafrostområden endast kommer att få lokal betydelse. Sannolikt kommer också den miljömässiga och industriella utvecklingen i samhället att påverkas generellt.

Om man genom periglacial forskning kan koppla ihop istid och nutid, kan man utveckla och förbättra modeller för klimatutveckling (temperatur, nederbörd, vind, etc.) och relaterade miljöförändringar genom tiderna, och därigenom ökar kunskapen om hur klimatförändringar påverkar kalla områden. I kombination med kunskap om processer och deras dynamik, kan sådana modeller vara till hjälp i planeringen av åtgärder för en framtida utveckling - om klimatet förändras.