Geofysikere løser gåde om bjergenes højde

Danske geofysikere fra Aarhus Universitet har gjort en sensationel opdagelse.

Ved hjælp af en geografisk analyse samt nye avancerede computersimuleringer er det lykkedes dem at finde en forklaring på, hvorfor klodens højeste bjergkæder findes tæt på Ækvator, mens bjergkæderne bliver lavere og lavere, efterhånden som man nærmer sig polerne.

De nye simuleringer viser, hvorfor verdens mægtigste bjergkæder som f.eks. Himalaya i Tibet og Andesbjergene i Sydamerika kun får lov til at rage en lille smule op over den såkaldte snegrænse, hvorover al nedbør falder som sne.

Over snegrænsen samler sneen sig i store gletsjere, der er yderst effektive til at slibe bjergtoppene ned. På den måde bestemmer snegrænsen bjergenes højde, viser de nye undersøgelser.

Opdagelsen offentliggøres i dag i det højprofilerede videnskabelige tidsskrift Nature. »Der er tale om et videnskabeligt gennembrud, for vi har fundet en grundlæggende ny forståelse af, hvorfor Jordens overflade ser ud som den gør og hvorfor bjergerne er så høje, som de er,« siger lektor David Lundbek Egholm, Geologisk Institut, Aarhus Universitet.

Han står bag de nye resultater sammen med kollegaen Søren Bom Nielsen og deres fælles ph.d.-studerende Vivi Kathrine Pedersen.

Snegrænsen er afgørende

Snegrænsen varierer med klimaet og ligger højt over jordoverfladen ved det varme Ækvator og lavt ved de kolde poler. Samtlige store bjergkæder følger dette mønster.

Himalayabjergene er altså meget høje, fordi de ligger tæt på Ækvator, hvor atmosfæren er varm. Her ligger snegrænsen næsten 6.000 meter oppe. Alperne er lavere, fordi snegrænsen her findes i ca. 3.500 meters højde.

I Norge ligger snegrænsen i 1.500 meters højde, hvilket giver gletsjerne stor magt – så stor, at de tilsyneladende kan nedbryde bjergene hurtigere, end de vokser. Konsekvensen er, at disse bjerge bliver flade på toppen i en højde svarende til snegrænsen.

Kontinenterne flyder rundt

Bjergkæderne opstår og vokser, fordi Jordens såkaldte kontinentalplader flyder rundt på Jordens kappe og med jævne mellemrum hamrer ind i hinanden. Sammenstødene er så voldsomme at kontinenternes kanter f.eks. krøller sammen og bøjer opad i en højderyg. Alternativt smyger den ene kontinentalplade sig ind under den anden, der på den måde presses op.

»Hidtil har man troet, at bjergkædernes højde udelukkende var bestemt af, hvor hårdt pladerne støder sammen, men vores computersimulering trækker tæppet væk under den forklaring. I stedet viser de, at bjergkæderne tæt ved Ækvator er højere, fordi snegrænsen her ligger et godt stykke længere oppe i atmosfæren,« fortæller David Lundbek Egholm.

Over snegrænsen opstår der nemlig små og store gletsjere, der glider ned ad bjergenes toppe, og høvler det øverste lag af den stenede overflade. Processen producerer store mængder aflejringer i form af sten og grus, som gletsjerne trækker med sig på deres rejse ned gennem landskabet.

Ved snegrænsen folder enorme gletsjertunger sig ud over bjergsiderne, hvor de afleverer deres grumsede ladning. Herefter sørger rislende smeltevandsfloder for at føre de store mængder aflejringer med sig ned i dalen.

Gigantisk høvl på spil

Det har længe været kendt, at gletsjere på den måde kan sætte deres fingeraftryk på bjergenes landskaber ved at grave dybe og brede dale mellem bjergtinderne, højtliggende ‘amfiteatre’ samt hængende ‘skåle’ med gigantiske vandfald.

Men det kommer som en stor overraskelse, at de selvsamme processer også styrer bjergenes højde. Får gletsjerne frit spil igennem nogle millioner år, vil de ifølge computersimuleringerne skabe flade, knivskarpe landskaber i højder, der falder sammen med snegrænsen – som om en gigantisk høvl har været på spil.

Det kommer bag på forskerne, hvor effektive gletsjerne er til at slibe bjergtoppene ned. Således er der mange bjergkæder, som stadig vokser nedefra, fordi pladetektonikken den dag i dag er aktiv. Alligevel er det kun de færreste bjergkæder, der reelt vokser i højden, fordi gletsjerne er gode til at holde dem nede.

»Mens smeltevandsfloderne bruger millioner af år på at nedslide bjerge ved lave højder, så vil gletsjerne allerede have en dramatisk indvirkning på bjerglandskaberne efter nogle få tusinde år. Gletsjernes nedbrydningsproces foregår på meget korte skalaer geologisk set,« siger ph.d-studerende Vivi Kathrine Pedersen.

Rumfærge kortlagde Jordens landskab

Det århusianske team kom på sporet af sammenhængen ved at analysere højdemålinger af Jordens overflade, som den amerikanske rumfartsorganisation NASA for nogle år siden lavede med radaren ombord på rumfærgen Endeavour. I dag er rumfærgens kortlægning frit tilgængelig og kan uden videre downloades fra NASAs server, og det var netop det, som David Lundbek Egholm og hans kolleger benyttede sig af. Herefter analyserede de dataene ved hjælp af en ny computermodel af gletsjernes opførsel, som de selv har skabt.

Computermodellen er den første af sin slags, der uhyre præcist kan simulere hvordan gletsjerne bevæger sig gennem landskaber og former dem.

Den er udstyret med algoritmer, der kan beregne, hvordan isen dannes, hvordan gletsjerne flyder ned ad bjergsiderne, hvordan smeltevandet mellem gletsjeren og bjergsiden strømmer og hvordan bjergarterne nedbrydes.

Ny beskrivelse af gletsjerbevægelse

For at få en realistisk computermodel, var forskerteamet nødt til at starte helt fra bunden. Hidtil har man primært regnet på is ved at kigge på gletsjerbevægelser i Grønland og Antarktis, hvor isen typisk folder sig ud som iskapper i flade landskaber.

Det gør det nemt at forenkle bevægelsesligningerne drastisk og alligevel slippe nogenlunde godt fra at simulere gletsjernes bevægelse.

Men så forsimplet en gletsjermodel kan man ikke trække ned om ørerne på Jordens mægtigste bjerglæder, hvor bjergsiderne typisk er meget stejle, og hvor gletsjernes bevægelse først og fremmest styres af tyngdekraften, der trækker dem nedad mod havoverfladen. Samtidigt har man ikke én kæmpestor iskappe, men mange små gletsjere, der flyder ned ad bjergsiderne som en sej væske.

»Vi opdelte landskabet i små celler, hvorefter vi regnede på i hvilke celler, der falder sne og dannes is. Store ismasser på en stejl overflade opfører sig som honning, der langsomt flyder afsted og klistrer til underlaget, og alt dette har vi lagt vægt på, at modellen kunne simulere til punkt og prikke,« siger David Lundbek Egholm.

Forskerne sikrede sig, at modellen var naturtro ved at fodre den med oplysninger om Jordens fortid. Herefter lod de computermodellen regne på, hvordan gletsjerne formede bjerglandskabet igennem tiderne.

Sammenfaldet mellem de simulerede landskaber og den virkelige verden viste sig at være slående, og det dokumenterede, at forskerne stod med en realistisk model.

Stolte over resultatet

Herefter kunne forskerholdet med sindsro lade modellen regne på, hvilke ‘biprodukter’ gletsjerne skaber. Stor var overraskelsen, da computermodellen pegede på en stærk sammenhæng mellem snegrænsen og bjergenes højde, og sammenhængen blev bekræftet af NASA’s observationer.

Forskerne selv glæder sig over resultatet og lægger ikke skjul på, at de er stolte over at få resultatet i Nature.

»Det, der gør, at den ryger i tidsskriftet er, at den geografiske analyse er global. Vi har afsløret en hidtil ukendt mekanisme, der er i stand til at forklare Jordens topografi på en helt ny måde. Og det er stort,« slutter Søren Bom Nielsen.

Rumfærgen Endeavour har kortlagt Jordens topografi fra breddegrader på 60 N til 60 S, hvilket stort set svarer til hele Jordkloden. Den mest optimale situation havde været, hvis forskerne havde haft lige mange højdemålinger af bjergkæder fra hele jordkloden, men de har måttet til takke med den måde, som Jorden nu engang ser ud på. Og det giver en kraftig skævvridning af måledata. På den sydlige halvkugle, og omkring Ækvator er der fx ikke ret mange bjerge, der var høje nok, dvs. at de ragede op over snegrænsen. I det hele taget findes der ikke så mange landområder i den del af verden. Derfor var målingerne ikke helt så ensartede, som forskerne kunne have ønsket sig. »Der er altså nogle grå pletter på landkortet hvor datamaterialet er lidt tyndt, men de data, vi har, er af samme høje kvalitet uanset hvor på Jorden vi kigger,« siger David Lundbek Egholm.