Tjörneslögin

Tjörneslögin eru 500 m þykk sjávarsetlög á vestanverðu Tjörnesi. Nafnið er stundum notað óformlega yfir jarðlög á öllu nesinu eða einungis öll sjávar- og jökulbergslög sem liggja frá Köldukvísl yfir í Breiðuvík. Jarðlögum á Tjörnesi er skipt niður í fjóra meginhluta: Köldukvíslarhraun, Tjörneslög, Höskuldsvíkurhraun og Breiðavíkurhóp. Aldur þessara myndana spannar frá 10 milljónum ára fram á síðari hluta ísaldar, en með stóru mislægi milli Köldukvíslarhraunanna og Tjörneslaganna. Hin eiginlegu Tjörneslög skiptast í þrjú meginlög eftir einkennisskel hvers lags: gáruskelja-, tígulskelja- og krókskeljalög. Í Furuvík og Breiðuvík má finna bæði jökulbergs- og sjávarsetlög. Saman sýna þessi einstöku setlög óvenju samfellda sögu loftslagsbreytinga síðustu 5 ármilljóna eða allan ísaldartímann og ríflega það.

Fána Tjörneslaganna segir okkur sögu loftslagsbreytinga í aðdraganda ísaldarinnar. Ofan sjálfra Tjörneslaganna má finna á Tjörnesi alls níu eða tíu jökulbergslög, sem segja til um jökulskeið og hlýskeið kvartertímabilsins. Jökulbergslögin hafa varðveist fyrir tilstilli hraunlaga, sem runnið hafa ofan á jökulbergið og varið það fyrir jöklum síðari jökulskeiða. Vegna þessa samspils elds og ísa finnast hvergi annars staðar jafnmörg jökulbergslög í einni jarðlagasyrpu og má fullyrða að hin samfellda jarðlagasyrpa Tjörness sé einstök á heimsmælikvarða.

Jarðfræðiyfirlit.

Tjörnes er skaginn, sem skilur að Skjálfandaflóa og Öxarfjörð. Tjörnes er rishryggur og er risið talið um 500 – 600 metrar miðað við bergið suður af basaltstaflanum. Halli jarðlaganna er um 5–10° og hallar þeim til norðvesturs. Risið afhjúpar basalthraunstafla frá tertíer. Ofan á tertíer-hraunlögin leggjast mislægt 500 metra þykk sjávarsetlög, hin eiginlegu Tjörneslög. Liggja þau á milli Köldukvíslar og Höskuldsvíkur. Ofan á Tjörneslögunum liggja hraunlög, kennd við Höskuldsvík og Hvalvík, og ofan á þeim jökulbergs- og sjávarsetlög, kennd við Furuvík og Breiðuvík. Svokallað Mánárbasalt liggur ofan á Breiðavíkurlögunum en ofan á því skiptast á enn yngri jökulbergs- og basalthraunlög.

Aldur jarðlaga.

Þrjár meginaðferðir, jarðlagafræði, ákvörðun segulstefnu hraunlaga og kalín-argon greining, hafa verið notaðar til að aldursgreina Tjörneslögin allt frá upphafi 20. aldar.

Jarðlagafræði.

Í upphafi 20. aldarinnar voru engar aðferðir þekktar til að ákvarða raunaldur jarðlaga. Því varð að ákvarða afstæðan aldur með því að bera saman jarðlög og leifar lífvera á milli mismunandi svæða. Fyrstir til að reyna að ákvarða afstæðan aldur Tjörneslaganna voru Helgi Pjetursson 1910 og Guðmundur G. Bárðarson 1925. Gróður- og sjávardýraleifar Tjörneslaganna voru bornar saman við leifar í svipuðum lögum erlendis, til að mynda við lög í Austur-Anglíu á austurströnd Englands. Voru Tjörneslögin talin allt frá pleistósen, plíósen og niður á yngsta hluta míósen.

Segulstefna hraunlaga.

Hollendingurinn Jan Hospers varð um 1950 fyrstur til að notast við segulstefnu hraunlaga til að ákvarða afstæðan aldur jarðlaga á Íslandi. Doktorsritgerðin hans, Palaeomagnetic studies of Icelandic rocks, kom út árið 1953 en hún fjallaði um segulstefnu íslenskra hraunlaga og þar á meðal hraunlaga á Tjörnesi. Trausti Einarsson staðfesti rannsóknir Hospers með eigin rannsóknum árið 1958 og sjö árum síðar renndu niðurstöður David M. Hopkins, Þorleifs Einarssonar og Richard R. Doell enn frekari stoðum undir fyrri rannsóknir Hospers og Trausta.

Þar sem Tjörneslögin leggjast mislægt ofan á Köldukvíslarbasaltið var ekki hægt að ákvarða eldri mörk laganna út frá segulstefnu hraunlaganna. Eitt elsta hraunlagið í Tjörneslögunum er hið svokallaða Skeifárbasalt en það er öfugt segulmagnað. Það þótti líklegast að Skeifárbasaltið félli á annað hvort Kaena eða Mammoth segulkaflana, sem eru öfugt segulmagnaðir kaflar í Gauss tímabilinu. Hraunlögin í Höskuldsvík, sem liggja beint ofan á Tjörneslögunum eru rétt segulmögnuð en öfugt segulmögnuð hraunlög leggjast ofan á í Hvalvík og á milli þeirra eru Gauss-Matuyama skilin. Inn á milli setlaganna í Furuvík og Breiðuvík má finna hraunlög, sem rakin hafa verið til mismunandi segulskeiða, og þannig má aldursgreina afstætt stóran hluta Tjörneslaganna.

Kalín-argon aðferð.

Um og upp úr miðri 20. öldinni varð kalín-argon aldursgreiningartæknin almennilega nýtileg við raunaldursgreiningu bergs og erlendis var fljótlega lagður grunnur að raunaldurstímakvarða byggðum á segulstefnumælingum hraunlaga. Þorleifur Einarsson hóf því ásamt samstarfsmönnum sínum að tengja saman segulstefnu hraunlaga á Tjörnesi við þennan tímakvarða, en það var aðeins nálgun þar sem ekki lágu beinar rannsóknir að baki. Lengi vel var það vandkvæðum bundið að nota kalín-argon aðferðina á berg frá Tjörnesi, meðal annars vegna lágs kalínmagns í berginu, ummyndunar og lágs aldurs. Nú er Köldukvíslarbasaltið talið vera um 8,5 – 10 milljón ára gamalt. Hraunlag neðst í gáruskeljalögunum hefur verið aldursgreint um 4 milljón ára sem er jafngamalt og elsti hluti Tjörneslaganna. Höskuldsvíkurhraunlögin hafa verið aldursgreind 2,6 milljón ára og hafa Tjörneslögin því hlaðist upp á um 1.500 þúsund árum, frá því fyrir um 4 – 2,5 milljónum ára.

Hraunlögin, sem liggja á milli Tjörneslaganna og Furuvíkurlaganna, eru 2,6 – 2 milljón ára gömul. Hið eldra af jökulbergslögunum tveimur í Furuvík hefur verið áætlað um 2,2 milljón ára gamalt. Jökulbergslögin sýna að ísöld hefur þá verið að fullu gengin í garð þar sem Tjörnes er langt frá jökulmiðju landsins og jökullinn hefur þurft að breiða vel úr sér til að ná þar fram í sjó.

Í Breiðuvík má finna fjögur jökulbergslög en þau eru hulin hraun- og sjávarsetlögum, sem myndast hafa á hlýskeiðum. Í sjávarsetinu má finna skeljategundir, sem lifa nú við landið, og bendir það til raunverulegra hlýskeiða með loftslagi líkt og á nútíma. Í sjávarseti, næst jökulbergi, hafa þó fundist á tveimur stöðum skeljar jökultoddu, en hún lifir við sporða skriðjökla í 0 °C heitum sjó. Þar hefur einnig fundist gneisshnullungur í jökultoddusetinu en hann er fyrsta ummerki um borgarís við strendur Íslands. Í Breiðavíkurlögunum má þar að auki greina leifar trjágróðurs, furu, elris, víðis og birkis.

Ofan á Breiðavíkurlögunum leggst Mánárbasaltið, en það hefur verið aldursgreint 1,2 milljón ára gamalt. Breiðavíkurlögin liggja eftir Tjörnesi suður að Búrfelli og Grasafjöllum, mislægt ofan á öðrum jarðlögum. Helming leiðarinnar samanstanda lögin af jökulbergi og sjávarseti en sunnar af ár- og vatnaseti. Það bendir til þess að á myndunartíma Breiðavíkurlaganna hefur Tjörnesið verið mjög flatlent og löngum hulið sjó. Hvert jökulbergslag svarar því að öllum líkindum til jökulskeiðs með stórfelldri jöklun út frá jökulmiðju landsins en ekki til stuttra kuldakasta með staðbundinni jöklun.

Hin eiginlegu Tjörneslög.

Gáruskeljalögin.

Neðstu lögin, og jafn framt þau elstu í Tjörneslögunum, eru hin svo kölluðu gáruskeljalög. Þau eru kennd við þrjár tegundir skeljarinnar venerupis, sem nefnist gáruskel á íslensku. Áður voru þessar skeljar kallaðar báruskeljar, með tegundaheitið tapes, en það hefur valdið ruglingi þar sem heitið báruskel hefur lengi verið notað yfir aðrar tegundir skelja. Því lögðu Leifur A. Símonarson og Jón Eiríksson til að heitið gáruskel væri heldur notað yfir þær skeljategundir, sem finnast í neðstu lögum Tjörneslaganna. Þó eru gáruskeljalögin yfirleitt enn kennd við fræðiheitið tapes, líkt og gert hefur verið hingað til.

Gáruskeljategundirnar, sem finnast í Tjörneslögunum, eru af tegundunum Venerupis aurea (glóskel), Venerupis rhomboides (bugskel) og Venerupis pullastra (möttulskel). Þessar tegundir lifa nú allt frá ströndum Noregs við Lofoten suður að ströndum Marokkó. Þær eru einnig algengar við strendur Bretlandseyja. Tilvist þessara skeljategunda í gáruskeljalögunum bendir til þess að sjávarhiti hafi verið að minnsta kosti 5–6 °C hærri við Norðurland þegar lögin mynduðust en hann er nú. Athuganir á súrefnissamsætum í skeljunum benda raunar til þess að sjávarhiti hafi verið allt að 10 °C hærri á myndunartíma miðað við nútím. Gáruskeljategundirnar lifa nú á litlu dýpi við orkulitlar strendur þar sem þær grafa sig í smá- eða fínkornóttan bergmulning svo sem sand, silt og leir, en ætla má að gáruskeljalögin hafi því myndast á grunnsævi. Einnig má sjá merki þess að landið hafi nokkrum sinnum risið úr sæ þar sem surtarbrandslög koma fyrir inn á milli sjávarsetlaganna.

Tígulskeljalögin.

Ofan á gáruskeljalögin leggjast setlög kennd við skeljategundina mactra, sem kölluð hefur verið tígulskel á íslensku. Lögin hafa því verið nefnd tígulskeljalög. Þessi lög liggja frá Reká langleiðina norður að Hallbjarnastaðaá. Tígulskeljar eru nú útdauðar en fjölmargar núlifandi skeldýrategundir má finna meðfram tígulskeljunum í lögunum. Má þar nefna hnúfskel, Glycimeris, en lífsvæði hennar í Evrópu liggur núna frá Kanaríeyjum í suðri að Norðursjó í norðri. Sjávardýrafánan í tígulskeljalögunum bendir til þess að sjávarhiti hafi verið að minnsta kosti 5 °C hærri á upphleðslutíma tígulskeljalaganna en nú.

Í tígulskeljalögunum má, líkt og í gáruskeljalögunum, finna töluvert af surtarbrandslögum og ber surtarbrandurinn vitni um gróskumikið skóglendi. Þar hafa ýmsar tegundir barrtrjáa vaxið, svo sem fura, greni, þinur og lerki. Inn á milli barrtrjánna hefur mátt finna kulvís lauftré, eik, beyki, platanvið, helsi og kristþyrni ásamt birki, víði og elri. Leifar skóglendisins benda til mun mildara loftslags en á okkar tímum og hefur meðalhiti kaldasta mánaðar varla farið undir 0 °C. Rannsóknir á súrefnissamsætum í skeljum tígulskeljalaganna benda þó til töluvert sveiflukennds hitastigs og hefur loftslagið farið kólnandi þó það hafi, eins og fyrr segir, verið hlýrra en nú. Uppröðun skeljanna í setlögunum bendir til þess að þau hafi hlaðist á einhverju dýpi úti fyrir ströndinni.

Krókskeljalögin.

Efsta og jafn framt yngsta lag hinna formlegu Tjörneslaga er kennt við krókskelina, Serripes grönlandicus. Lögin liggja á milli Hallbjarnastaðaár og Höskuldsvíkur en þar fyrir ofan taka yngri hraunlög við. Mjög lítið er um surtarbrand í krókskeljalögunum en þó má finna örlítið af honum efst. Athuganir á súrefnissamsætum skelja úr lögunum sýna að hitastig hefur lækkað töluvert frá því sem var þegar tígulskeljalögin hlóðust upp. Lægsta hitastigið er um miðbik krókskeljalaganna en hitastigið hefur þá farið niður í það sem nú þekkist við strendur Tjörness. Skeljar úr eldri lögum hverfa en nýjar kaldari tegundir koma inn. Má þar meðal annars nefna hafkóng, hallloku og krókskel. Benda þessar breytingar á sjávardýrafánunni til töluverðra loftslagsbreytinga til hins verra. Aðrar merkilegar breytingarnar á fánunni eru að af um 100 nýjum tegundum í lögunum er um það bil fjórðungur upprunninn úr Kyrrahafi. Það kemur heim og saman við opnun Beringssundsins, á milli Alaska og Síberíu, en hún hefur verið talin hafa gerst fyrir um 3 milljónum ára. Við opnunina streymdu sjávardýr Kyrrahafsins út í Norður-Íshafið og námu þaðan ný lönd, meðal annars við Atlantshafið. Fyrrnefndar tegundir, hafkóngur, hallloka og krókskel, eru einmitt á meðal tegundanna, sem bárust úr Kyrrahafinu í þessum flutningum. Þess verður þó að geta að gögn hafa verið lögð fram sem benda til þess að Beringssundið hafi opnast mun fyrr, eða fyrir um 4,8 – 7,4 milljónum ára.

Upphaf ísaldarinnar hefur stundum verið talin markast af komu þessara köldu skeljategunda enda fer ísaldarummerkja, jökulbergs, fyrst að gæta rétt fyrir ofan krókskeljalögin. Krókskeljalögin segja því á vissan hátt sögu bæði loftslags- og breytinga á landaskipan (tektónískum breytingum). Koma krókskeljalagafánunnar til Íslandsstranda táknar að ísöldin sé að ganga í garð og vitnar um opnun Beringssundsins.