5.1 Fysisk forvitring

Når fjellet smuldrer

Gå en tur i norske fjell, og du vil se det overalt: steinblokker som har løsnet, sprukket berg, og hauger av løse steiner ved foten av bratte sider. Fjellet smuldrer -- sakte, men ubønnhørlig. Dette er fysisk forvitring, også kalt mekanisk forvitring: nedbrytning av bergarter uten at den kjemiske sammensetningen endres. Bergarten brytes opp i mindre biter, men mineralene forblir nøyaktig de samme.

Hvorfor er dette viktig? Fordi når en bergart brytes opp, øker overflatearealet kraftig. Og større overflate betyr at kjemisk forvitring kan virke mye mer effektivt etterpå. Fysisk og kjemisk forvitring jobber derfor ofte hånd i hånd -- den ene baner vei for den andre.

For at fysisk forvitring skal skje, trengs gjerne sprekker i bergarten der vann kan trenge inn, temperaturvariasjoner som skaper spenninger, eller krystallvekst av is eller salt i porer og sprekker. La oss møte de viktigste prosessene.

Frosten som sprenger berg

Den aller viktigste forvitringstypen i Norge er frostsprengning -- og det er ikke tilfeldig, gitt klimaet vårt med utallige fryse-tine-sykluser. Prosessen utnytter en spesiell egenskap ved vann: når det fryser til is, utvider det seg med rundt 9 %.

Slik foregår det: vann trenger inn i sprekker i bergarten. Når det fryser, utvider det seg og skaper et enormt trykk -- opptil 200 MPa -- som sprenger bergarten fra innsiden. Sprekkene utvides, mer vann kommer inn, og prosessen gjentas og forsterker seg selv. De optimale forholdene er temperaturer rundt frysepunktet (mange fryse-tine-sykluser), porøse bergarter med mange sprekker, god tilgang på vann, og bergarter med eksisterende svakhetssoner.

Resultatene ser du i terrenget: urer -- steinblokker -- ved foten av bratte fjellsider, steinsprang i fjellet, blokkmark i høyfjellet, og avrunding av skarpe kanter over tid. La oss bruke dette på et kjent fenomen. Hvorfor er det så mye ur ved foten av bratte norske fjellsider? Norge har mange fryse-tine-sykluser, spesielt vår og høst. De bratte fjellsidene gir eksponert berg med mange sprekker. Vann trenger inn, fryser om natten, tiner om dagen, og gjentatte sykluser sprenger løs blokker som faller ned og danner ur. Kombinasjonen av mange fryse-tine-sykluser og bratt terreng gjør frostsprengning til den dominerende forvitringstypen i norske fjell.

Varme, avlastning og salt

Frost er ikke den eneste mekaniske kraften. Temperaturforvitring oppstår når bergarter varmes opp og kjøles ned gjentatte ganger. Den virker på to måter. Ved differensiell utvidelse utvider ulike mineraler seg ulikt ved oppvarming, noe som skaper spenninger mellom kornene til de løsner fra hverandre. Ved skallforvitring (eksfoliasjon) varmes overflaten mer enn de dypere lagene, så det ytre laget utvider seg mer og tynne skall flasser av -- vanlig på granitt og andre massive bergarter. Temperaturforvitring er viktigst i ørkener med store daglige temperatursvingninger, i høyfjell med sterk solinnstråling, og der bergartene er mørke og absorberer mye varme.

En helt annen mekanisme er trykkavlastning, som rammer dypbergarter. Granitt og andre dypbergarter dannes under enormt trykk. Når erosjon over millioner av år fjerner de overliggende lagene, reduseres trykket, og bergarten ekspanderer. Ekspansjonen skaper horisontale trykkavlastningssprekker parallelt med overflaten. Resultatet er kuppelfjell (eksfoliasjonskupler) som Half Dome i Yosemite og Sukkertoppen i Rio de Janeiro -- og mange avrundede norske fjelltopper.

Den siste typen er saltsprengning, viktig i tørre og kystnære områder. Saltvann trenger inn i bergartens porer, vannet fordamper, og saltmineraler krystalliserer. Krystallveksten presser mot bergarten, og gjentatte sykluser bryter den ned. Saltene kan være vanlig natriumklorid fra havet, gips fra grunnvann eller ulike sulfater. Saltsprengning forekommer i ørkener med høy fordamping, i kystområder med saltsprøyt, langs veier der man bruker veisalt -- og på bygninger og monumenter i byer.

Oppsummering

Fysisk forvitring bryter bergarter ned mekanisk uten å endre den kjemiske sammensetningen, og øker overflatearealet slik at kjemisk forvitring kan virke etterpå. Frostsprengning -- der vann fryser og utvider seg 9 % i sprekker -- er den viktigste typen i Norge og danner urer og steinsprang.

Temperaturforvitring (inkludert skallforvitring) løsner mineraler ved gjentatt varme og kulde. Trykkavlastning får dypbergarter til å ekspandere og sprekke når overliggende lag eroderes bort, og danner kuppelfjell. Saltsprengning bryter ned berg når saltkrystaller vokser i porene, viktig i tørre og kystnære strøk. Hvilken type som dominerer, avhenger av klima og bergart.