Is på fjorder

I skjermete fjordområder kan ferskvann fra elver legge seg som et tynt brakkvannslag over det saltere vannet. Isleggingen av en fjord kan sammenlignes med islegging i en svært grunn innsjø, og kan derfor skje tidlig på vinteren.

Tidevannsstrømmer og bølger gjør derimot at fjordisen er svært sårbar for væromslag, og blir utrygg vesentlig raskere enn innsjøisen.

Saltets innvirkning

Nydannet saltvannsis inneholder små lommer med saltlake. Over tid smelter saltet seg ut av isen og etterlater små kanaler i isen. Saltvannsis er derfor mer porøs enn ren innsjøis.

Saltlaken endrer de fysiske egenskapene til isen som smelting/frysing, varmeledning og utvidelse/oppsprekking.

Frysepunkt og Tetthet
Saltvann har vanligvis en tetthet rundt 35 ‰. Saltet skaper tre vesentlige fysiske forskjeller mellom saltvann og ferskvann:

  • Frysepunktet senkes fra 0 °C til -1.9°C.
  • Saltvannet blir tyngre og tyngre helt til frysepunktet, mens ferskvann er på sitt tyngste ved 4 °C og blir lettere når det nærmer seg frysepunktet.
  • Saltvann er tyngre enn ferskvann.

En innsjø må først kjøles ned til 4 °C helt til bunns. Men deretter trengs det bare avkjøling til 0 °C av et tynt overflatelag før det dannes is. Saltvann må derimot avkjøles helt til -1.9 °C helt til bunns før noe kan islegges, og tidevannsstrømmer sørger for kontinuerlig tilførsel av varmt vann slik at det heller ikke fryser på grunne partier. I fjorder kan derimot vann fra elver og kraftverk danne et tynt overflatelag med lav saltholdighet som selv ved frysepunktet er lettere enn det underliggende saltere vannet. Det er derfor små vannmasser som må nedkjøles før det dannes is, omtrent som i en grunn innsjø.

Ferskvannstilførsel
Saltholdigheten kan endres radikalt der elver renner ut i havet. Er det mye vind og tidevannstrømmer på utløpsstedet vil vannmassene blandes. I havet blir da saltholdigheten bare litt lavere enn 35 ‰ da tilgangen på saltvann som regel overgår ferskvannstilførselen. I et lukket fjordsystem kan derimot ferskvannet gli relativt rolig ut i fjorden og legge seg som et tynt saltfattig lag på toppen. Laget kan være flere meter tykt nær elvemunningen, men kanskje bare et par meter tykt lenger ute. Kraftverk (med magasiner) vil normalt øke tilførselen av ferskvann om vinteren.

Brakkvann
Ved innblanding av ferskvann synker saltholdigheten. Frysepunktet stiger fra     -1.9 °C mot 0 °C når saltholdigheten går mot 0 ­‰ (=ferskvann), men enda viktigere er endringen som skjer ved 24.7 ‰ saltholdighet. Er vannet ferskere enn det når det sin største tetthet på en høyere temperatur enn frysepunktet. Vi kaller saltvann med lavere saltholdighet enn 24.7 ‰ for brakkvann. Brakkvann med 10 ‰ saltholdighet fryser ved -0.5 °C, men når sin største tetthet allerede ved +1.9 °C. Islegging kan altså starte allerede når det tynne brakkvannslaget er kjølt ned til 1.9 °C, og et enda tynnere overflatelag er kjølt videre ned til frysepunktet på 0.5 °C. Desto ferskere laget er, desto raskere islegging.

Vind og tidevann
Vinden er en urofaktor. Når det blåser blandes de øverste vannlagene. Da tetthetsforskjellene er relativt store skal det likevel en del vind til før lagene blandes, vesentlig mer enn det som trengs i innsjøer. Vind langs iskanten kan transportere varmt vann inn og opp under isen, og smelting kan skje overraskende raskt fra undersiden. I fjorder med en terskel kan tidevannet gi sterke strømmer over terskelen med blanding av lagene. Ved grunne terskler, store tidevannsforskjeller og/eller liten ferskvannstilførsel kan sjiktningen brytes ned også innenfor terskelen, men ofte består brakkvannslaget noen hundre meter innenfor terskelen. Fjorden islegges da i stille vær frem til terskelen og er isfri fra noen hundre meter før terskelen og til havs.

Islegging, snøfall
Da topplaget er tynt, og som regel brakkvann, skal det lite kulde til før overflaten når frysepunktet og isleggingen kan begynne. I en fjord skjer ofte den første isleggingen samtidig med et snøfall. Det skyldes at store varmemengder avgis fra vannet for å smelte snøen. Når ett gram snø smelter blir hele 80 g vann avkjølt en grad. Dessuten dannes det et ekstra ferskt og tynt overflatelag av den smeltende snøen.

Salt i isen
Saltet felles ut i fryseprosessen og synker til bunns, men noe salt fanges inne i små lommer i isen. Mest saltlake fanges ved sterk kulde, altså raskt tilfrysing. Nydannet is har derfor typisk en saltholdighet rundt 5-10 ‰. Dette gir saltvannsisen vesentlig andre fysiske egenskaper enn ferskvannsisen. Utover vinteren blir islaget tykkere og isolerer. Temperaturen i nedre del av isen blir da høyere og isveksten skjer langsommere. Da fanges også mindre saltlake. Vi finner derfor den salteste isen øverst i islaget, i den isen som ble dannet først. Over tid felles mye av saltet ut og etterlater seg kanaler i isen.

Smelting/frysing
Det oppstår en likevekt mellom saltlaken i "lommene" og temperaturen i isen. Saltlaken har et lavere frysepunkt enn isen, og lavere desto høyere saltkonsentrasjonen er. Når lufttemperaturen stiger vil saltlaken smelte omkringliggende is, og saltholdigheten synker i saltlaken. Frysepunktet stiger da i saltlaken og en ny likevekt kan oppstå. 

Oppsprekking/utvidelse
Små temperaturendringer fører raskt til enten frysing eller smelting i saltlommene. Frysing fører til volumutvidelse, og smelting til sammentrekning. Ren ferskvannsis endrer også volum med temperaturen, men endringene overskygges av de saltpåvirkete volumendringene. Ved kaldere vær trekker ferskvannsisen seg sammen og kan sprekke. Fjordisen vil derimot utvide seg, og islaget knuses mot vannkanten eller presses inn på land. Ved temperaturstigning vil ferskvannsisen utvide seg, men så lite at det ikke er særlig synlig. Fjordisen vil derimot trekke seg sammen, og vi kan få betydelige råker.

Varmeledning
Saltlommene og kanalene i saltvannsisen reduserer også isens evne til å lede varme. Porøs fjordis kan ha opptil 3 ganger så stor isolasjonsevne som ren is. Når isen vokser i tykkelse vil derfor fjordisen etter hvert vokse seinere enn innsjøisen.

Overvann og lagdelt is
På samme måte som på innsjøene kan snøfall føre til overvann og dannelse av nye islag over det opprinnelige. Snø isolerer også godt og vil effektivt bremse tilfrysningen av ny is. Les mer om dette i "Snø - Overvann - lagdelt is".


Kilde:
Carl A. Boe, 1959: "Is og islegging i fjorder med ferskvannstilførsel. En undersøkelse i Ranafjord 1957-58 med supplerende opplysninger fra Namsenfjord.", Hovedoppgave i geografi, Universitetet i Oslo.