Iltsvind er et naturligt fænomen

I dette gæsteindlæg af geolog Claus Beyer præsenteres to vigtige kendsgerninger:

1. Iltsvind er et naturligt fænomen, som har eksisteret i hundreder af millioner af år, længe inden der var noget der hed landbrug. (Men det forstærkes dog i nyere af menneskenes udledninger af næringsstoffer, red.)
2. Uden iltsvind og den medfølgende ophobning af organisk stof, ville vi ikke have haft adgang til kul, olie og gas i dag. Og dermed haft et meget ringe liv, som vores forfædre for 200 år siden

Ilt, et reaktivt grundstof

Ilt, O2, er et meget reaktivt grundstof, som nedbryder organisk materiale. Hvis der er tilstrækkeligt ilt i vandet til at nedbryde alt det døde organiske materiale, som synker ned igennem vandsøjlen, vil der ikke opstå mangel på ilt ved bunden. Hvis der derimod er mere organisk materiale, end den til rådighed værende iltmængde kan nedbryde, vil al ilt bruges, og forholdene ved bunden vil blive iltfrie. Så kan der ikke leve dyr på bunden, og sedimentet bliver derfor lamineret (Fig 1a og 1b).

Hvis der er ilt på bunden, vil sedimentet derimod være gennemrodet (bioturberet) af dyr (Fig 1c og Fig 1d).

Iltfrie bundforhold bevirker, at organisk materiale ikke nedbrydes og derfor kan det indgå i sedimenterne, som aflejres på bunden. Når disse organisk-holdige sedimenter udsættes for højere tryk og temperatur (>120 °C), vil de kunne danne olie og gas. Dette sker, når de i løbet af tusinder eller millioner af år begraves til dybder på typisk 2-3 km. De talrige olie- og gasfelter vidner om, at denne proces er sket utallige gange og utallige steder i jordens historie. Dannelsen af de iltfrie bundmiljøer forårsages af den lagdeling, som forekommer i vandsøjlen på grund af forskelle i vægtfylde. Det kan skyldes salinitets forskel, idet saltvand er tungere end ferskvand, eller det kan være bevirket af temperaturforskel, idet varmt vand er lettere end koldt vand. Hvis der ingen omrøring sker i vandmassen, vil der etableres en lidt tungere, permanent vandmasse nederst og et lettere vandlag øverst adskilt af et springlag. Når vandmasserne blandes, f.eks. ved kraftig storm, vil lagdelingen ødelægges, og der vil tilføres ilt til den dybere, iltfattige del af vandsøjlen.

Eksempler på miljøer, der danner iltfrie bundforhold er

1. Afsnørede bassiner/randhave (Sortehavet, Østersøen)
   1. Randhave kan have positiv eller negativ vandbalance. Ved positiv vandbalance som Sortehavet og Østersøen har (se Fig.3), vil ferskvandsmængden fra floder være større end vandmængden, som tabes ved fordampning.
      Typeeksemplet på et randhav, hvor bundforholdene er iltfrie, er Sortehavet, Bosporusstrædet er tærsklen til det salte Middelhav.
      Der sker periodevis indstrømning af saltvand, der strømmer ind i Sortehavet ved bunden, mens det ferske, lettere vand fra floderne Dnjepr m.fl. strømmer ud af Bosporus strædet over det tungere saltvand. Det organiske materiale, som tilføres med floder og via biologisk produktion f.eks. af plankton, bliver nedbrudt, mens det synker igennem vandkolonnen i den øverste iltholdige del af vandet. Ilten opbruges inden alt organisk materiale er nedbrudt, så der vil være iltfrit på bunden og det resterende organiske materiale kan aflejres her på stor dybde (Sortehavet er over 2 km dybt i den østlige del). Der vil aflejres sedimenter, hovedsageligt sort ler med et stort indhold af organisk materiale, dvs. en potentiel kildebjergart til fremtidige enorme oliefelter.
      Østersøen har tilsvarende forhold med positiv vandbalance, men er knapt så dybt et randhav, hvor tærskelen består af de danske bælter. På grund af mere lavvandede forhold sker der lettere omrøring og derved iltning under storm. Cirka 15% af Østersøen har et iltfrit bundmiljø, f.eks. de dybeste områder omkring Bornholm. De resterende 85% er iltrige.
      

I randbassiner med negativ balance, typisk i meget varme områder, vil fordampningen være stor, og indstrømmende vand vil skabe cirkulation og derfor iltede forhold i hele bassinet (se Fig.4).

Lavvandede kontinentalsokkelskråninger, der oversvømmes ved globale havstigninger

1. Iltfattige forhold kan også dannes på kontinentalsokkelen, på grund af iltminimumszonen i havet, hvor denne møder sokkelskråningen. Den forekommer i dybden 200-1000 m (se fig.5), hvor ilten er opbrugt ved nedbrydning af synkende organisk materiale i de øvre vandlag. Ved havniveaustigninger vil den falde sammen med den mere lavvandede kontinentalskråning, hvorved der kan dannes meget store områder med iltfattige forhold.

Havniveaustigninger er globale, og de organiskholdige sedimenter, som er dannet i disse iltfrie bundmiljøer, kan derfor have meget stor udbredelse og kaldes på engelsk ”ocean anoxic events” (OAE).Eksempler i jordens historie er de to vist i Fig.7, OAE-1 med alderen 120 millioner år og OAE-2, 94 millioner år gammel, aflejret under den varme Kridttid.

”Upwelling zones” (opstrømnings zoner), hvor iltrigt opstrømmende bundvand bevirker en meget høj organisk produktion, som igen bevirker stedvis højt iltforbrug. Bundforholdene kan derfor komme til at mangle ilt nogle steder (f.eks. Fur formationen i Eocæn for 55 mill år siden).

1. Fur formationen blev dannet under sådanne forhold. Den er i flere intervaller fint lamineret, hvilket indikerer iltfrie forhold, hvor der ikke har levet bunddyr.

I Danmark skabes der jævnligt iltfrie forhold på bunden af fjorde, som er små randbassiner. Iltforholdene varierer med årstiderne, idet den varme sommerperiode fremmer en termisk betinget lagdeling. Efterårsstorme skaber omrøring og dermed iltning af store dele – eventuelt af hele vandsøjlen. I de dybeste dele af fjordene, hvor den stormbetingede omrøring ikke kan nå ned f.eks. områder i Mariager Fjord, vil iltmanglen være permanent.

I søer opstår lagdelingen termisk. Et varmt overfladelag, opvarmet om sommeren, adskilles af et springlag fra det dybereliggende koldere bundvand. Da de fleste søer er meget lavvandede, er de som regel vel iltede. I de dybe søer med springlag kan man føre ilt ned i bundvandet for at forhindre iltsvind. Lystfiskere er interesserede i, at forholdene er bedst mulige for fisk i alle dybder og har i mange år i samarbejde med kommunen flere steder kunstigt tilført ilt til søerne. Det gælder f.eks. Hald Sø og Fure Sø.

Iltsvind og iltfri bundmiljøer har altid eksisteret, og til tider har det drejet sig om enormt store områder, hvilket har resulteret i organiskholdige, sorte ler- og skiferformationer af meget stor udbredelse. Disse organiske formationer har under gunstige forhold kunnet danne den olie og gas, som er grundlaget for vort moderne velfærdssamfund.

Referencer

Allen, P.A. & Allen, J.R. 2005: Basin analysis. Blackwell Publishing, p 548.

Beyer, C. 1987: Ø.Oligocæn -N.Miocæn i NV Jylland. Faciesanalyse og magneostratigrafi. Spec.opgave 1987, ÅÅU.

Bjørlykke, K. 1984; Lærebog i sedimentologi og petroleums geologi. Universitetsforlaget, Oslo 1984, 284 p.

Christiansen, Christian 1997: Iltsvind i Mariager Fjord. Geologisk Nyt 6/97

Hansen, Jens Würgler & Rytter, David 2021. Iltsvind i danske farvande 28. oktober – 24. november 2021. Aarhus Universitet, DCE – Nationalt Center for Miljø og Energi, 20 s. Rådgivningsnotat nr. 2021|89 https://dce.au.dk/fileadmin/dce.au.dk/Udgivelser/Notater2021/N202189.pd

Jenkyns, H.C. 2010: Geochemistry of oceanic anoxid events. Geochem.. Geophys. Geosyst., 11 Q03004, doi: 10.1029/2009GC002788.

Ohkouchi, N. , Kuroda, J & Taira, A. 2015: The origin of black shales: a change in the surface ocean ecosystem and its triggere. Foto Proc. Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci, V.91(7), July 2015

Pedersen, Stig A.S. & Pedersen, G.K: Molerets Historie. Geoviden nr.3, 2012., Geocenter Danmark.