Bunnvann i fjorder

Sist oppdatert 11.11.01

Oksygenmangel

Den store tilførselen av organisk materiale fra skog og hei, fra gjødsling i jordbruket og fra eventuelle kloakkutslipp, skaper stor biologisk produksjon i fjordene. Alger og plankton er hovedprodusenter av biologisk materiale. Mens organismene lever, forbruker de oksygen (phytoplanton produserer oksygen i dagslys). Når de dør, går de i forråtnelse. Forråtnelsen står bakteriene for. Også denne prosessen forbruker oksygen. Resultatet er at i fjordvannet, særlig nær bunnen, er det et stort forbruk av oksygen. Den eneste måten å få tilført oksygen, er at bunnvannet skiftes ut med oksygenrikt vann. En effektiv utskifting av bunnvannet hindres av to forhold:

Det er stor tetthetsforskjell mellom vann i overflaten og bunnvannet. Det skal så stor energi til for å blande inn letter vann nedover og tyngre vann oppover, at det skjer i liten grad helt ned mot bunnen.

En eller flere terskler hindrer oksygenrikt vann å trenge inn i fjorden fra havet. På den måten kan ikke bunnvannet komme ut og det friske havvannet kan ikke komme inn. I noen fjorder fører dette til dødt bunnvann. Vi kaller det anerobe forhold.

Skjoldafjorden er en lang fjordarm på nordsida av Boknafjorden. Ved terskelen til indre del av Skjoldafjorden er det svært grunt og smalt. Tidevannstrømen er så stri at det for ca. 100 år siden ble laget sluser inn til fjorden. De er i bruk fremdeles. Det er betydelig ferskvannstilførsel til fjorden fra store og små elver. Indre del av Skjoldafjorden med Grindafjorden har alltid hatt oksygenfritt vann fra ca 15-30 m og ned til bunn, vel 100 m. Også til denne fjorden kommer det en gang i blant inn friskt sjøvann til de nedre lag, men dette utgjør så små mengder at det ikke greier å fornye bunnvannet tilstrekkelig. Vi rekner med at fjorden har hatt oksygenfritt bunnvann også før den menneskelige sivilisasjon. Naturen alene gir fra seg så mye næringsstoffer til plankton og andre organismer, at den biologiske produksjonen blir større enn det fjorden kan tåle. I indre del av Skjoldafjorden bestemmes tykkelsen til vannlaget med oksygen hovedsakelig ut fra så langt turbulens med innblanding av vann fra overflaten, greier å oppveie forbruket. 

Hafrsfjord er en annen fjord med grunt og trangt innløp. Figuren under viser hvordan oksygeninnholdet har variert i perioden 1975 til 1979 for målestasjonen merket med kryss i kartet..

Vi ser at i 1975 var det oksygenfritt i bunnvannet i Hafrsfjord. Så fikk vi en god fornyelse vinteren 1975. I løpet av et år ble oksygenmengden nesten brukt opp. Vinteren 1977 kom det en liten "skvett" inn over tersklene. I 1978 var det så og si anerobe forhold i bunnvannet. Vinteren 1979 fikk vi en total fornyelse. Vi rekner at det i gjennomsnitt går 2-3 år mellom hver gang vi har en god fornyelse av bunnvannet i Hafrsfjord. 10 mg O₂ pr liter er nesten mettet tilstand.

I 1980  og 1982 hadde vi bare mindre tilførsler av friskt vann, i 1981 var det en nokså god utskifting. Vi finner det samme forløpet av oksygenvariasjoner både i 20 og 30 meters dybde som i 50 m. Likevel holder O₂ -verdiene seg jevnt over på høyere her enn ved 50 m. I  20 m har vi ikke registrert anerobe forhold, sjeldent også i 30 m. Siden den første terskelen inn til Hafrsfjord er på bare 3-4 meter, er 20 og 30 meter fra en side sett en del av bunnvannet. På den annen side er 20-30 meter så nær overflata at her er det stor turbulens. Vannmassene på 20 -30 meters dyp blir i langt større grad enn vannmassene rundt  50 meter blandet med overliggende vann.

Utskifting av bunnvannet

Som den grafiske framstillingen av O₂ - innholdet i Hafrsfjord viser, kommer det ikke et jevnt tilsig av friskt sjøvann inn over tersklene. For å forstå prosessen med fornyelse av bunnvann, må en kjenne til Corioliskrafta, Ekmansspiral og Den norske kyststrømmen. Studer tverrsnitt av strekningen fra Karmøy til Fladen grunn. Inne ved norskekysten ser vi at Den norske kyststrømmen ligger som en kile ut fra land og vestover. Under kyststrømmen ligger det salte Atlanterhavsvannet (vann fra Golfstrømmen). Det har stor tetthet. Dette vannet ligger normalt så dypt at det ikke kommer over tersklene og inn i fjordene våre.

Anta at det kommer en periode med kraftig vind fra nord. I følge Corioliskrafta og teorien om Ekmans spiral, vil da de øverste vannlagene gå mot sørvest. Dette vannet må erstattes. Resultatet blir at det tunge vannet heves og blir liggende, for de fleste fjordene, over terskelnivå.

På figuren ser vi at det tunge atlanterhavsvannet når over terskelnivå og renner inn i bunnvannsområdene i fjorden. Det er ikke slike markerte vannlag i virkeligheten som figuren kan gi inntrykk av.

Å heve Atlanterhavsvannet, krever energi. Energien kommer fra det arbeidet som utføres av vindkrafta. Å løfte atlanterhavsvannet er å motarbeide tyngdekrafta. Når det ikke er ytre krefter tilstede, vil vannet ligge i lag på lag med det tyngste nederst og det lettere over. Er der strøm, kommer Corioliskrafta inn og setter tetthetsflatene på skrå. Da representerer de skrå tetthetsflatene en likevektstilstand. Kommer så nordavinden og setter opp strøm sørover og Ekmanspiraleffekten kommer i tillegg, skråstilles tetthetsflatene motsatt veg. Vi får tungt vann opp langs kysten. Dette kalles oppvelling. Det gir næringsrikt vann ved kysten og legger grunnlaget for rike fiskerier mange steder i verden.

Dersom det er flere terskler innover i fjorden, er det ikke alltid at de klimatiske forholdene varer lenge nok til at de innerste delene av fjordvannet blir fornyet. Vi så at bunnvannet i Hafrsfjord ble fornyet hvert 2-3 år. Bunnefjorden, innerst i Oslofjorden, har fornyelse i gjennomsnitt hvert 7. år. Alle vet at det blåser nordavind hver vinter. Hvorfor fornyes ikke bunnvannet da hver vinter? 

Bunnvannet må bli lettere     

Tettheten til atlanterhavsvannet i en bestemt dybde under oppvellingsperioder, kan variere litt fra år til år. Skal vi få utskifting av bunnvannet i en fjord, må det nye vannet være tyngre enn det som er der fra før. Med andre ord: Enten må bunnvannet bli lettere etter som tida går, eller så må vi ha tyngre atlanterhavsvann i terskelnivå enn tidligere.

Bunnvannet blir bare i liten grad påvirket av vann fra elvene. Tetthetsforskjellen gjør at det er skjer kun en langsom innblanding. Det som gjør bunnvannet gradvis lettere, er turbulens. Turbulensen avtar med dybden. Fjorder med sjelden utskifting av bunnvannet, kan ha spesielt liten turbulens i de nedre vannlag. En annen forklaring kan være at det er forskjell på tettheten til atlanterhavsvann i terskelhøyde fra år til år. Har det først kommet ekstra tungt vann inn som bunnvann, kan det vare lenge til neste gang vi har nesten like tungt vann.

Hvorfor er det bare på ettervinteren at vi bruker å få fornyelse av bunnvannet? Svaret er at om vinteren er atlanterhavsvannet litt kaldere og dermed litt tyngre enn ellers i året. I avsnittet over skrev vi jo at skal bunnvannet fornyes, kan det kun skje ved at tyngre vann presser det opp. Bunnvannet er altså "fanget" inne av terskelen. Det må løftes opp og ut av fjorden ved at nytt og tyngre vann kommer inn over terskelen.

Vi ser at i Hafrsfjord fornyes vannet i 20 metersdybde hver vinter. Turbulensen greier altså i løpet av et år å gjøre dette vannet så mye lettere at hvert år er atlanterhavsvann i  3-4 dybde hvert år er så tungt at det kan erstatte det gamle vannet. Se figuren under.

Grafisk framstilling av oksygeninnholdet i ulike vannlag i Hafrsfjord fra 1975 til 1982. Det skjer oftere en fornying av vannet i 20 m enn i 50 m.

Resipient

En resipient er en mottaker. I forbindelse med en fjord for eksempel, er det aktuelt å vurdere hvor velegnet fjorden er til å motta tilførsel av gjødningsstoffer, kloakk, avrenning fra jordbruk osv. Hvordan vil det gå om kloakken til befolkningen rundt Hafrsfjord lot kloakken gå rett ut i fjorden? Av oksygenmålingene ser vi at fjorden er svært uegnet til å motta organisk materiale. Mer tilførsel av næringsstoffer, vil gi enda større forbruk av oksygen. Før det kan gis utslippstillatelse for kloakk, før et oppdrettsanlegg kan etableres, må det vurderes om området er en god resipient. Mange norske fjorder er dårlig egnet til mottak av næringsstoffer på grunn av terskler som hindrer en effektiv utskifting av bunnvannet.

Det er særlig to grupper av næringsstoffer som skaper problemer ved avrenning til fjroder. Det er nitrogen- og fosforforbindelser. For ferskvann og områder med lav saltholdighet, lavere enn ca. 25 promille, er det som regel fosfor som skaper størst problemer. Vi sier da at fosfor er en minimumsfaktor. Det vil si at mengden av fosfor bestemmer vekstvilkårene for plankton, alger osv. Da hjelper det lite å redusere alle andre næringsstoffer. For å bedre situasjonen i Mjøsa og Glomma, har en innført krav om blant annet fosfatfrie vaskemidler. 

Tidligere gikk kloakkene rett i Hafrsfjord, Gandsfjorden og Byfjorden. Dette skapte en økende belastning på fjorden. Kloakkene fungerte som gjødslingsanlegg for fjordene. Derfor fikk vi i 1992 et stort kloakkrenseanlegg i Mekjarvik. På den måten får nesten alle i Gjesdal, Sola, Sandnes, Stavanger og Randaberg renset kloakken sin i dette sentralrenseanlegget.Anlegget renser både fosfat- og nitrogenforbindelser. Oslo og byer langs Skagerak har store kloakkrenseanlegg. Disse anleggene er ikke bare for å skape bedre forhold i nærmiljøet rundt disse byene. Vi ser at hele Nordsjøen får for store tilførsler av næringssalter i forhold til dens evne til å bryte ned næringssalter. For tettsteder og byer nord for Bergen, er argumentet med Nordsjøen ikke særlig aktuelt. For disse stedene er det eventuelt hensyn til nærområdene som avgjør behovene for rensing. 

Havbruk

Vi ser at havbruk er blitt en stor og viktig næringsveg langs store deler av norskekysten. Vi må spørre ut fra et oseanografisk synspunkt om dette skaper problemer. Her må vi skille mellom oppdrett som fores (laks, torsk osv) og dyr som spiser det som de finner selv i sjøen (utsett hummer, blåskjell, østers osv). All tilførsel av fôr skaper et avfallsproblem. Et stort oppdrettsanlegg for laks hadde tidligere like mye utslipp av kloakk som en by på 10 000 mennesker. Også i dag forurenser anleggene betydelig. Foringsmetoden er bedret, men kloakken fra fisken i mærene kan en ikke noe med i dag. Kun anlegg på land har i dag mulighet for å rense utslippene. Jeg kjenner ikke til at noen gjør det foreløpig.

Det sier seg selv at et oppdrettsanlegg stiller krav om en god resipient. Det er følgelig ikke aktuelt med lakseoppdrett i Hafrsfjord. Etter hvert har laget  mer solide mærer slik at de kan ankres i åpnere farvann der det er større sirkulasjon og større dybde. Tidligere skapte råtnende fôr og fiske-kloakk rett under mærene store problemer. Det var grobunn for virus og bakterier i sedimentene og giftig gass steg opp fra bunnen.

Skjelldyrking har motsatt virkning på miljøet. Her lever skjellene av næringsstoffer som svever i vannet, alger og plankton. Når skjellene høstes, fjerner en biologisk materiale fra resipienten. Derfor er dyrking av skjell et satsningsområde i Lysefjorden og det er også på tale i Hafrsfjord. Skjelldyrking skulle altså skape mindre problemer med dårlig bunnvann i terskelfjorder.

Felles for både fiskeoppdrett og skjelldyrking er problemet med giftige alger og plankton. Vi kjenner flere eksempler på at fisk har dødd i store mengder ved oppblomstring av giftalger. Så vidt jeg kjenner til tåler skjell giftige alger, men skjellene blir farlige å spise. Dette er trolig det største problemet for skjelldyrkerne i tida framover.