Maringeologiska undersökningar av erosionsrännor i Kalmarsund

Transkript

1 Maringeologiska undersökningar av erosionsrännor i Kalmarsund Fredrik Klingberg & Olof Larsson SGU-rapport 2017:13 november, 2017

2 Omslagsbild: Perspektivbild från västra delen av området. Närmare land där det blir grundare försvinner formationerna, istället blir bottenytan relativt jämn. Sveriges geologiska undersökning Box 670, Uppsala tel: fax: e-post: Granskad av: Johan Nyberg Ansvarig enhetschef: Lovisa Zillén Snowball Projektnamn: Kalmarsund, ksd10

3 INNEHÅLL Inledning... 4 Geologisk utveckling... 4 Provtagningar... 7 Erosionsrännor... 9 Slutsatser Referenser Bilaga 1. Provprotokoll Bilaga 2. Provprotokoll Bilaga 3. Provprotokoll (20)

4 INLEDNING Sveriges geologiska undersökning (SGU) bedriver maringeologisk kartläggning inom hela Sve riges havsområde. Under 2010 påträffades former, på havsbotten i Kalmarsund, som verkade be synnerliga. En preliminär tolkning visade att det var någon form av rännor som bildats genom erosion av strömmande vatten. Dessa former fanns på fler ställen i Kalmarsund men var mest framträdande i områdena söder och öster om halvön Skäggenäs (fig. 1). En noggrannare under sökning utfördes därför i området söder om Skäggenäs under 2011 och Vid dessa tillfällen undersöktes botten med ett flerstråleekolod. Kompletterande undersökningar har även utförts med sedimentekolod och med provtagning. En kort rapport om erosions rännorna finns redo visat i tidskriften Geologiskt Forum (Klingberg & Larsson 2013). GEOLOGISK UTVECKLING Isavsmältningen av Kalmarsund skedde för drygt år sedan. Då rådde en sydostlig isrörelse riktning i området. Under inlandsisens avsmältning avsattes morän, som är vanligt _0047! Skäggenäs A 13_ !. B ± 11_0059!. ksd10_ km Figur 1. Intressanta områden med erosionsrännor. Det södra området ligger söder om halvön Skäggenäs (A) och det norra området ligger öster om halvön Skäggenäs (B). Platserna för de tre redovisade borrningarna är markerade med röda punkter. Prov 13_0001 ligger i område A, prov 11_0047 i område B medan prov 11_0059 ligger 18 km söder om Kalmar (se bilaga 1, 2 och 3). 4 (20)

5 förekommande i östra Småland, Kalmarsund och på Öland. I samband med isavsmältningen bildades även rullstensåsar. Rullstensåsarnas riktning avspeglar i stort isrörelseriktningen, så i Småland ligger åsarna huvudsakligen i nordvästlig sydostlig utsträckning. Utanför iskanten låg Baltiska issjön och i den avsattes glacial varvig lera. Varvigheten berodde på närheten till den smältande och retirerande inlandsisen. Årstidsväxlingar hos avsmältningshastigheten ledde till att sedimenten uppvisar en cyklisk upprepning av tjocka ljusa sommarlager och tunnare mörka vinterlager. I Kalmarsund, på Öland och på fastlandet avsattes den glaciala varviga leran nästan ända upp till högsta kustlinjen (HK) som låg ca 80 m ö.h. i Kalmartrakten (fig. 2 och 3). De olika högsta kustlinjenivåerna i landet är inte synkrona, d.v.s. de avsattes inte vid samma tidpunkt utan de nåddes i regel direkt efter inlandsisens tillbakadragande från ett område. Som framgår av figur 4 inföll den högsta kustlinjen i Kalmarsund för drygt år sedan. Vid tidpunkten för isavsmältningen låg Öland helt under vatten men bara några hundra år därefter började Öland resa sig ur havet. Den varviga glaciala leran avsattes ända fram till det att iskanten nådde Billingens nordspets där tappningen av Baltiska issjön skedde för ca år sedan (fig. 2 och 3) Nybro Kalmar Öland Borgholm ± 0 14 km Figur 2. Kalmarsund för ca år sedan, ca år efter isavsmältningen. Stora delar av Öland har kommit upp ur havet. Den nuvarande kustlinjen är markerad med en tunn streckad blå linje. Den tunna röda linjen markerar högsta kustlinjen i Kalmarsundsområdet. De båda områdena med erosionsrännor markeras med en streckad röd linje. I Baltiska issjön avsätts vid denna tid glacial varvig lera. 5 (20)

6 Nybro Kalmar Öland Borgholm ± 0 14 km Figur 3. För ca år sedan har Kalmarsund fått i det närmaste sitt nuvarande utseende. Den nuvarande kustlinjen är markerad med en tunn streckad blå linje. Den tunna röda linjen markerar högsta kustlinjen i Kalmarsundsområdet. De båda områdena med erosionsrännor markeras med en streckad röd linje. Efter att tappningen vid Billingen skedde för ca år sedan inträdde en ny fas i Östersjöns historia (fig. 4). Under en period av ca 800 år fanns kontakt mellan Östersjön och Västerhavet via sunden i Närke. Denna fas kallas Yoldiahavet men saltvatten förekom på östra sidan av Närkesunden endast under ca 200 år av denna period. Yoldiahavet inleddes med tappningen vid Billingen och Östersjöns vattenyta sjönk med ca 25 m vilket gjorde att vattenytan även sjönk i Kalmarsund. Söder om Kalmar låg sjöytan t.o.m. några meter under dagens havsyta. Tappningen vid Billingen samt den pågående landhöjningen ledde till att Kalmarsund grundades upp så att bottenströmmar kunde börja erodera tidigare avsatta sediment. I Kalmarsund avspeglas detta genom att ett lager av silt har avsatts ovanpå den glaciala varviga leran. Detta siltlager har en stor utbredning och finns för övrigt även i Blekinges skärgård. Under Yoldiahavet stängdes så småningom sunden i Mellansverige och en sötvattenssjö bildades i Östersjön, den s.k. Ancylussjön. Ancylussjöns avsättningar är mellan och år gamla. Vattenytan steg under denna period vilket gjorde det möjligt för partiklar i vatten massan att sedimentera i lugnare områden. Dessa sediment från Ancylussjön har stor utbredning i 6 (20)

7 60 Meter över nutida hav År före nu (calbp) Figur 4. Strandlinjeförskjutningskurva från Skäggenäs. Färgraden visar de olika skedena i Östersjöns utveckling, jämför teckenförklaringen i tabell 1. Kalmarsund, men finns framförallt i något djupare liggande områden. I mätlinje ksd10_0016 som ligger på 6 7 m djup är mäktigheten av Ancylussjöns sediment ca 3 4 m (fig. 5 och 6). Ancylussjöns sediment karakteriseras av högt innehåll av järnmonosulfid, som svartfärgar leran, ofta i skikt eller band. Den svarta färgen indikerar att syrefria förhållanden rådde när sedimenten avsattes. Så småningom avslutades Ancylusstadiet när havsytan steg och saltvatten på nytt kunde tränga in i Östersjön (fig. 4). Den efterföljande perioden kallas Litorina och karakteriseras av det sediment som kallas Litorinalera (fig. 5, 6 och tabell 1). När dessa sediment avsattes hade den biologiska produktionen kommit igång på land och i havet och därför har dessa sediment vanligen ett högre organiskt innehåll än tidigare avsatta sediment och de är normalt laminerade i tunna skikt. Nutida lersedimentation förekommer i djupa skyddade bassänger och i, för vågor och strömmar, skyddade delar av Kalmarsunds skärgård. Havsyteförändringarna genom olika perioder har betydelse för om erosions- eller ackumulationsförhållanden har rått. När strandlinjen nådde lägre nivåer ökade också strömmarnas styrka och hastighet. Det fick till följd att erosionen på botten av Kalmarsund ökade. I områden utsatta för dessa strömmar och där sand förekommer i sedimenten började sanden att transporteras utefter botten medan det i skyddade områden avlagrades mer finkorniga sediment. I den ost västliga sedimentekolodsprofilen benämnd ksd10_0016 som ligger längre söderut i Kalmar sund, syns morän, glacial lera, postglacial silt från Yoldiastadiet, lera avsatt i Ancylussjön, Litorina lera och överst recent lera (fig. 1, 5, 6 och tabell 1). PROVTAGNINGAR Tre kolvlodsprovtagningar är utförda för att studera lerstratigrafin i Kalmarsund och i områdena med erosionsrännor. Proven 13_0001 och 11_0047 är tagna i områdena med erosionsrännor, det förstnämnda söder om Skäggenäs och det andra öster om Skäggenäs (proverna A och B i fig. 1 och bilaga 1 och 2). Prov 11_0059 är taget 18 km söder om Kalmar för att verifiera lerstratigrafin i linje ksd10_0016 (fig. 1, 5, 6, tabell 1 och bilaga 3). De olika lertyperna är verifierade med provtagningar. Proven visar att erosionsrännorna är bildade i postglacial lera, avsatt under de senaste åren. Prov 13_0001 är tagen på ryggen mellan två rännor (bilaga 1). Erosionsrännorna på den aktuella platsen är ca 2 3 m djupa. Prov 7 (20)

8 kärnan är 600 cm lång och de översta 475 cm utgörs av postglacial lera. Vid 475 cm påträffades ett 3 cm mäktigt sandskikt och därunder grå glacial lera. I prov 11_0047 påträffades 600 cm med postglacial lera (bilaga 2). En sedimentekolodsprofil visar också att erosionen bara är bildad i postglacial lera (fig. 9). Lagerföljden i prov 11_0059 har använts för att tolka profilen ksd10_0016 (fig. 5, 6 och bilaga 3). Figur 5. Sedimentekolodsprofil från mätlinje ksd10_0016. Profilen är ca m lång och ligger 18 km söder om Kalmar. Tolkning redovisas i figur 6. Figur 6. Tolkad sedimentekolodsprofil. Mätlinje ksd10_0016 ligger söder om Kalmar och visar stratigrafin i Kalmarsund. Profilen är ca m lång. Tecken förklaring till tolkningen visas i tabell 1. Tabell 1. De olika lagrens sedimenttyp, tolkad avsättningstid och skede. Jämför figur 4, 5 och 6. Sedimenttyp Tidpunkt år sedan Skede Teckenförklaring Recent sediment Nutid Lera, laminerad Litorinahavet Lera, sulfidpåverkad Ancylussjön Silt Yoldiahavet Varvig lera Baltiska issjön Morän > Inlandsis Sedimentär berggrund 8 (20)

9 EROSIONSRÄNNOR Erosionsrännorna i Kalmarsund är mycket tydligt utvecklade. Liknande former har inte gått att finna i litteraturen. Därför redovisas i denna rapport ett stort antal figurer för att åskådliggöra utseendet på formerna. Bilderna i figurerna 7 8 och är mätta med ett flerstråleekolod av typ Kongsberg MBES 2040 Dual Head från SGUs undersökningsfartyg Ocean Surveyor. Bilderna visar djupet och ju ± 0 1 km Figur 7. På bilden visas utbredningen av erosionsrännorna i området söder om Skäggenäs. Den röda linjen i mitten av figuren visar positionen av tvärprofilen som visas i figur 8. 9 (20)

10 Relativt vattendjup (m) 1,0 0,5 0,0 0,5 1, Figur 8. En 370 m lång profil tvärs erosionsrännorna. Profilens position visas i figur 7. Öster ligger till höger i bilden. Här syns att erosionsrännornas ytterkanter mot väster (till vänster i bilden) är brantare än mot öster. 11_0047 Figur 9. En ca 2 km lång sedimentekolodprofil i område B, öster om Skäggenäs, på linje ksd10_0044. Profilen ligger inte helt tvärs erosionsrännorna vilket gör att avståndet mellan erosionsrännorna blir skenbart för långa. Två borrningar är markerade med röda streck, där prov 11_0047, som redovisas i bilaga 2, är den vänstra av de två. rödare färg desto grundare och ju blåare desto djupare. På dessa bilder är vattendjupet varierande beroende på utsnittet, men spannet är ungefär mellan 5 och 15 m vattendjup. Erosionsrännorna är i stort sett utsträckta parallellt med Kalmarsunds riktning, men små avvikelser kan förekomma. Där sundet är bredare, söder om Skäggenäs (område A i fig. 1), har erosionsrännorna en mer nordostlig sydvästlig riktning (fig. 7). Dessutom har de i detta område en något svängd form. Normalt ligger rännor bredvid varandra med 20 till 30 m mellanrum men lite olika avstånd kan förekomma. Erosionsrännorna är endast några meter djupa, som mest ca 4 m. Där erosionsrännorna har en mer svängd form kan man se att dess ytterkanter har en brantare form än de inre kanterna. Man kan ana hur vatten strömmat i erosionsrännorna och hur det tvingats ut mot ytterkanten där erosion skett. I området öster om Skäggenäs (område B i fig. 1) är erosionsrännorna utbredda i en mer nord sydlig riktning, där är erosionsrännorna också mer symmetriska eftersom de är relativt raka. Formen på erosionsrännorna visar också att de utformats under flera generationer eftersom korsande mönster kan ses (fig. 11). Detta kan vara en indikation på att erosionsrännorna bildas vid enstaka tillfällen när extra kraftiga strömmar råder. 10 (20)

11 ± m Figur 10. I vissa områden ligger erosionsrännorna mer symmetriskt än i andra områden. En figur över Ocean Surveyor (38 12 m) illustrerar också storleken på erosionsrännorna. 11 (20)

12 Figur 11. En perspektivbild från den västra delen av område A, riktad mot nordost. Olika generationer av erosionsrännor förekommer i den västra delen, de har lite olika riktning så att erosionsrännorna korsar varandra. Bredden i framkant av bilden är ca 200 m. Figur 12. Perspektivbild från det nordöstra hörnet av område A, riktad mot sydväst. Erosionsrännorna finns normalt på 4 12 m vattendjup. Bredden i framkant av bilden är ca 250 m. 12 (20)

13 Figur 13. Perspektivbild från grundområden centralt i område A, riktad mot nordost. De uppstickande moränområden har stått emot strömmarna och är inte påverkade, möjligen renspolade från lera. Mönstren avslöjar att strömmen inte har gått runt de uppstickande moränerna utan snarare gått rakt över. Erosionsmönstren går rakt in mot och rakt ut från grundområdena. Bredden i framkant av bilden är ca 450 m. 13 (20)

14 ± m Figur 14. Ocean Surveyor (38 12 m) som avbildas schematiskt i figuren för att illustrera storleken på erosionsrännorna ligger över en av de djupare erosionsrännorna. Här är nivåskillnaden 2 m mellan rännans botten och ryggen norr om rännan. 14 (20)

15 Figur 15. Mönstret och erosionsrännorna från sidan, riktning mot nordväst. Bredden i framkant av bilden är ca m. Figur 16. Perspektivbild som visar olika generationer av rännor som korsar varandra. En generation av rännor genomkorsas av en yngre, som kommer mer från vänster i bilden. De svaga svarta linjerna är artefakter uppkomna vid mätningen. Bredden i framkant av bilden är ca 200 m. 15 (20)

16 SLUTSATSER Prov 13_0001 visar att den totala mäktigheten av de postglaciala gyttjelerorna är 475 cm (bilaga 1), vilket är djupare än vad de flesta erosionsrännorna är. Den stora mäktigheten av dessa leror antyder att erosionsrännorna är bildade först under sen Holocen tid. Provtagningarna har visat att erosionsrännorna nästan uteslutande är nederoderade i de postglaciala gyttjelerorna. Överst ligger okonsoliderade recenta sediment som utgörs av postglaciala gyttjeleror och som draperar de mer konsoliderade postglaciala gyttjelerorna. Det innebär att både nere i erosionsrännorna och ryggarna däremellan består de översta cm av en mer okonsoliderad recent postglacial gyttjelera. Konsolidering är den process som innebär att porvatten pressas ur och lerans volym minskar. Att okonsoliderad lera täcker bildningen tyder på att det gått en tid efter att erosiva förhållanden senast rådde i området. Hur lång tid är svårt att avgöra eftersom ingen datering av sedimenten eller bestämning av sedimentationshastigheten har gjorts. Vi har alltså i dessa två områden (fig. 1) en bildning som är skapad av två processer med helt olika bildningsförutsättningar. Dels har vi en huvudform som utgörs av erosionsrännorna som är bildade vid så höga strömhastigheter att erosion har kunnat ske. Och dels har vi de okonsoliderade postglaciala gyttjelerorna som draperar hela bildningen, dessa leror är avsatta under lugna förhållanden. Det innebär att det skett en växling mellan dessa två processer och att det vid undersökningstillfället, och en tid dessförinnan, har rått tillräckligt lugna förhållanden för att den okonsoliderade draperade postglaciala gyttjeleran skulle ha kunnat avsättas. Ett korsande mönster kan ses på många ställen. Det kan tyda på att erosionsrännorna är bildade vid ett fåtal tillfällen med särskilt starka strömmar men med något olika riktning. Mönstret med korsande rännor avspeglar alltså olika generationer av erosion. Starka strömmar förekommer regelbundet vid sunden i Östersjön såsom Norra kvarken, Ålands hav och Kalmarsund. Dessa strömmar kan förstärkas ytterligare beroende på tillrinningen till Östersjön, vindriktning och vindstyrka. På andra ställen i Kalmarsund än de två (område A och B, fig. 1) som här studerats har erosionen påverkat sedimenten mer. Där har erosionen nått ända ner till moränytan, som är relativt ren från yngre finkornigt sediment. Figur 17. Perspektivbild från norr mot söder som visar grundområdet som ligger centralt i område A. Man ser morän som sticker upp ur den postglaciala Litorinaleran. Man ser att erosionsmönstren går rakt in mot och rakt ut från grundområdena, fast mer distinkt vid den norra sidan av moränkullen än vid den södra. Bredden i framkant av bilden är ca 200 m. 16 (20)

17 Fler intressanta former i bottenytan indikerar att den eroderade strömmen har kommit från norr. Det finns flera moränkullar i området som sticker upp genom den postglaciala leran. På den norra sidan av dessa moränkullar går erosionsrännorna ända fram och slutar distinkt vid moränkullarna. På den södra sidan av moränkullarna är erosionsrännorna istället otydliga eller frånvarande upp till hundra meter söder om moränkullarna innan erosionsrännorna återigen börjar formera sig. Detta mönster tolkas som en indikation på att den eroderade strömmens huvudriktning är från norr. REFERENSER Klingberg, F. & Larsson, O. 2013: Erosionsformer i Kalmarsund. Geologiskt Forum nr 77. ± m Figur 18. I områdets västliga del finns det två korsande riktningar på rännorna. I bildens nederkant sticker moränkullar upp genom de postglaciala gyttjelerorna. 17 (20)

18 BILAGA 1. PROVPROTOKOLL PROVPROTOKOLL Projekt Ksd10 Provnr 13_0001 Sweref 99TM N E Vattendjup (m) Provtagare: Kolvlod Site nr: vgr12_0012 Datum: Djup i cm Lagerföljd Anmärkning Postglacial lergyttja Recent sedimentation Postglacial gyttjelera Bandad Lerlinser från underliggande lera Siltigt Postglacialt finsandskikt Representerar hiatus Glacial lera Grå Glacial grovsilt Glacial lera Grå Multibeambild med positionen för provtagningen inlagd med gult plustecken Borrkärnans sex delar med ytan längst upp till vänster och botten längst ned till höger 18 (20)

19 BILAGA 2. PROVPROTOKOLL PROVPROTOKOLL Projekt Ksd10 Provnr 11_0047 Sweref 99TM N E Vattendjup (m) Mätlinje nr: ksd10_0044 Site nr: ksd10_0008 Datum: Provtagare UV-kamera Stötlod St. grip L. grip Gemini Vibrolod Kolvlod Boxcorer X-Ray x x x Djup i cm Lagerföljd Anmärkning Postglacial lergyttja Hög organisk halt. Successiv övergång från flytande i ytan till överkonsoliderad i botten av kärnan. Kärnan sparad. Kärndelningsgränser 70, 170, 270, 370, 470, 570 Frågeställning: Slutsats/ Kommentar: Jordart i området (ovanför rännan)? Anledningen till att man inte ser ner i profilerna måste vara gas i pg.l. 19 (20)

20 BILAGA 3. PROVPROTOKOLL PROVPROTOKOLL Projekt Ksd10 Provnr 11_0059 Sweref 99TM N E Vattendjup (m) Mätlinje nr: ksd10_0016 Site nr: ksd10_0086 Datum: Provtagare UV-kamera Stötlod St. grip L. grip Gemini Vibrolod Kolvlod Boxcorer X-Ray x x x x Djup i cm Lagerföljd Anmärkning 0-2 Postglacial gyttjig finsand Vattnig Postglacial lergyttja Postglacial gyttjelera Svårbedömd ålder. Ev. övergångslera. Skarp färggräns uppåt. Tunna skikt med organiskt material. Successiv gräns nedåt Glaciallera AY-lera. Successiv övergång mot ovanliggande lera Glacial silt Glacial varvig lera Baltisk issjölera. Mäktiga varv. I borrspetsen en del grus och sten. Frågeställning: Slutsats/ Kommentar: pg.s/gl.l/mn? Stratigrafi. 20 (20)