Hordaland har et utall av fjorder og fjordarmer; den lengste av dem, Hardangerfjorden, er en mektig fure som strekker seg 15 mil fra havet innover i fylket. De fleste av oss har et bilde på netthinnen av et typisk fjordlandskap, men vi kan med god grunn spørre: Hva er det som kjennetegner en fjord, og hvordan ser fjorden ut på bunnen? Hva er det som skjer i vannmassene, og hvordan forplanter tidevannet seg innover fjorden?
En undersjøisk dal
En fjord kan enkelt beskrives som et undersjøisk dalføre, en langstrakt, dyp dal som når ned til under havnivå, og som lengst ute, ofte brått, åpner seg ut mot havet. Dette kan vi kanskje bedre forestille oss når vi ser på landskapsformene der fjorden stiger opp på tørt land, i dalene. Her stiger dalbunnen jevnt eller gjennom store trinn i landskapet helt opp til høyfjellet. Men det som skjer under vannflaten, er ukjent for de fleste. Hundre år med forskning har gitt en bedre forståelse av hvordan fjordene ser ut i dypet, hvilke sedimenter eller avsetninger som ligger på bunnen og hvilke prosesser som virker i de ulike vannlagene.
Det typiske for denne landskapsformen er at den har et U-formet tverrsnitt. Dette forteller at fjorden en gang ble gravd ut av en brearm fra en isbre. Der brearmene gjorde et opphold i kalvingen, gjerne der fjellet dannet grunner på fjordbunnen, ble det avsatt endemorener. De dannet undersjøiske barrierer, terskler, som i dag hemmer vannutvekslingen mellom fjorden og havet utenfor.
For eksempel er Hardangerfjorden over 850 meter dyp i hovedløpet mellom Kvanndal og Øystese, men bare 190 meter på det dypeste ved terskelen sør for Huglo. Gjennom mer enn ti tusen år har elvene ført med seg slam og leirpartikler som har lagt seg i tykke lag på fjordbunnen. Disse sedimentene har langt på vei flatet ut det U-formete tverrsnittet. De største mengdene, gjerne over 95 % ble avsatt da brearmene i fjordene smeltet tilbake, men også senere, da isen var smeltet vekk, og helt fram til i dag, har lag på lag med finsediment lagt seg på sjøbunnen.
En vestlandsfjord er sjelden ett enkelt «dalføre», men som oftest et sammensatt system med mange fjordarmer. De fysiske forholdene kan variere fra fjordarm til fjordarm. Dybdene varierer også, og noen har mer markerte terskler enn andre. Avhengig av ferskvannstilførsel og vindforhold vil noen fjordarmer ofte fryse til vinterstid – andre sjeldnere. Det er også andre faktorer som bestemmer bevegelsene av og kvaliteten på fjordvannet: variasjoner i temperatur og saltinnhold, påvirkning fra tidevann og jordrotasjon, naturlige kjemiske reaksjoner og – i vår egen tid – forurensning.
Lag på lag med vann
Fjordvannet består av mange lag, hvert med sine særtrekk. I overflaten er bevegelsen størst; på de store fjorddypene kan vannet stå helt stille i lange perioder. Det er først og fremst tersklene på fjordbunnen som hindrer fri flyt av vann mellom fjord og åpent hav, og denne hindringen er mye av årsaken til den spesielle lagdelingen i fjordvannet.
De aller fleste fjordene har tilførsel av ferskvann fra elver. Dette ferskvannet blir blandet med sjøvann slik at det dannes et brakkvannslag som langsomt siger utover mot fjordmunningen og havet. Brakkvannsstrømmen er til å begynne med grunn og ganske fersk. Blandingen med sjøvann nedenfra går imidlertid relativt raskt, og noen få kilometer fra elveosen har brakkvannet fått et betydelig saltinnhold. Resultatet er at denne strømmen frakter mye mer sjøvann enn ferskvann – i Hardangerfjorden frakter den 7 ganger så mye saltvann som ferskvann, i Byfjorden 6 ganger så mye.
Innblanding og utstrømning av sjøvann i brakkvannet er årsak til en understrøm av nytt sjøvann utenfra, motstrømmen, eller understrømmen som den også kalles. Motstrømmen er vanligvis fra 2 til 3 ganger så tykk som brakkvannsstrømmen, men den flyter tilsvarende saktere. Den fører med seg næringssalter og oksygen fra kystvannet og er derfor viktig for den biologiske produksjonen i fjorden. Til sammen danner brakkvannsstrømmen og motstrømmen en sirkulasjon som har stor betydning for livet i fjorden.
Det livgivende mellomlaget
De fleste av de større vestlandsfjordene har med få unntak dype terskler, det vil si med terskeldyp på over 100 meter. Innover fjorden ligger det et vannlag som strekker seg fra underkant av motstrømmen og ned til terskeldypet. Dette mellomlaget har direkte forbindelse med kystvannet utenfor og er derfor sterkt påvirket av utveksling med kystvannet. Flere mekanismer bidrar til det.
Sammen med temperaturen bestemmer saltinnholdet i vannet tettheten. Ferskvann er lettere enn saltvann. I løpet av et år endrer vannet både utenfor og inne i fjorden tetthet, men med ulik styrke og på ulik tid. På grunn av stor ferskvannstilførsel fra Den baltiske strømmen (i Skagerrak) og ferskvannsavrenning fra land vil kystvannet om høsten og tidlig på vinteren være lettere enn mellomlaget i fjordvannet innenfor. Sørlige vinder på denne tiden av året, sammen med virkningen av jordrotasjonen som skyver kyststrømmen mot høyre, bidrar til at det tyngre fjordvannet i mellomlaget renner ut, under det lettere kystvannet på vei inn.
Om våren er forholdet motsatt: Da stiger tettheten og dermed saltinnholdet i kyststrømmen – dette vannet blir tyngre enn vannet i mellomlaget i fjorden. Strømmene skifter plass – nå er det det tyngre kystvannet som renner inn i lavt nivå og presser det overliggende fjordvannet opp og ut av fjorden. Denne sesongmessige utskiftningen av mellomlaget av stor betydning for fornying og utlufting av fjordvannet. Prosessene er biologisk viktige, fordi de tilfører betydelige mengder oksygen og bidrar til å opprettholde et mangfold av smådyr og planter som svever fritt i vannmassene, plankton. Dette ble først oppdaget ved marinbiologiske studier av Hardangerfjorden.
Samtidig hindrer vannutskiftningen opphopning av næringssalter og forurensning i fjordsystemene. Det er likevel klart at kvaliteten på vannet som kommer inn fra sjøen, ikke er bedre enn kvaliteten på «kildevannet» i Nordsjøen, Skagerrak og Den baltiske strømmen fra Østersjøen. Fjordene er derfor sårbare for omfattende forurensning i disse farvannene.
Stillestående vann på store fjorddyp
Dypvannet i fjorden under terskelnivået er avstengt fra fri kommunikasjon med kystvannet, og det er derfor sårbart overfor forurensninger og økning i mengden av organisk materiale som forbruker oksygen. I mange fjorder er dette et stort og alvorlig problem, og det har derfor knyttet seg stor interesse til prosessene som skifter ut dypvannet under terskelnivå.
Som vi har sett, vil kystvannet om sommeren strømme inn over tersklene til de store fjordene i Hordaland – Hardangerfjorden, Byfjord-systemet og Fensfjorden – som alle har terskler på mellom 100 og 200 meters dyp. Som oftest er dette vannet noe tyngre enn dypvannet i fjorden. Det vil derfor synke ned og fortrenge det meste eller alt av dette vannet og puste liv i de store fjorddypene.
Det samme skjer i fjorder med grunnere terskler, men her er utvekslingen med kystvannet dårligere og vanligvis begrenset til én gang i året. Det er bare når tettheten av de grunnere sjiktene av kystvannet er på sitt høyeste, fra midtvinters og utover ettervinteren, at det tunge vannet kan sige inn over terskelen og fornye fjordvannet. På denne tiden er temperaturforholdene på sitt kaldeste, og mye ferskvann er bundet som snø på land, slik at det er lite vannføring i elvene. Derfor er kystvannet både kaldere og saltere, og dermed tettere, enn ellers. En rekke mindre fjorder og fjordarmer i Hordaland har grunne terskler og oppfører seg på denne måten. Arnavågen, Radsundet og flere bassenger langs Osterfjorden, alle med terskeldyp på under 10 meter, får slik hovedfornying av vannet én gang i året. Også Nordåsvatnet, Lindåsosane og Store Lungegårdsvannet hører til dem, men her er innløpsterskelen så grunn at vannfornyingen om vinteren ofte uteblir eller bare skjer i beskjedent omfang.
Oksygensvikt og råttent vann
Uteblir vannfornyingen, er det vanlig med oksygensvikt i dypvannet, og det fører til utvikling av hydrogensulfid (H2S). Særlig er det fare for at dette inntreffer i fjordområder som har grunne terskler, og som også har en betydelig tilførsel av ferskvann. Det beste stedet for å studere dette i Hordaland er det indre bassenget i Mofjorden, der terskeldypet er ca. 3 meter.
I dag har vi tekniske metoder som kan skape økt turbulens i vannmassene og på den måten gi kunstig åndedrett til fjordsystemer med dårlig sirkulasjon. Det vanligste er å tilføre ferskvann i neddykket utslipp. Flere steder, blant annet i Byfjorden, skjer dette ved undervannsutslipp av avløpsvann fra kraftverk, industri, byer og tettsteder. Det er mye som tyder på at denne metoden kan få langt større utbredelse enn tilfellet er i dag. Det tilførte vannet trekker med seg dypvann med næringssalter som kan øke primærproduksjonen i de øverste vannlagene. Metoden har vært foreslått som middel til å forlenge vekstsesongen for blåskjell og til å holde giftalger borte fra blåskjell i oppdrettsanlegg i Hordaland. En annen virkning av neddykket ferskvannstilførsel er å hindre islegging av fjorden vinterstid.
Tidevannet – tiltrekning fra sol og måne
Når det blåser opp, ser vi etter kort tid større og mindre bølger på sjøoverflaten. Jo mer og jo lenger det blåser, jo større blir bølgene. De fleste av oss tenker nok ikke over at tidevannet også kan ses på som en bølge. I dette tilfellet er avstanden mellom bølgetoppene så stor at vi ikke ser selve bølgen, bare det at vannet stiger og synker, mellom fjære og flo. Tidevannet i fjordene er resultat av slike tidevannsbølger som utvikles i de store oseanene ved kreftene fra sol og måne. Til Vestlandet kommer disse bølgene inn fra Atlanterhavet og gjør seg gjeldende nesten samtidig langs hele skjærgarden i Hordaland. Ser vi litt grundigere etter, finner vi likevel at det er en forsinkelse på noen minutter nordover, slik at ved Askvoll i Ytre Sogn kommer høyvannet 10 minutter etter Espevær i Bømlo. Fra de ytre kyststrøkene forplanter tidevannsbølgen seg innover i fjordene.
Tidevannet består egentlig av et system av vannstandsvariasjoner som opptrer med en rekke forskjellige tidsperioder. Hver periode svarer nøyaktig til tilsvarende variasjoner i tidevannskreftene fra sol og måne. De viktigste periodene i tidevannet er halv- og heldaglige. Hos oss er det den halvdaglige variasjonen som dominerer. Den har en periode på 12 timer og 25 minutter. I verdenshavene forplanter forstyrrelsene seg som tidevannsbølger. Disse bølgene er svært lange, fra noen hundre til flere tusen kilometer. Når bølgene kommer inn på grunnere vann, blir bølgelengden kortere, samtidig som bølgehøyden øker. Det ser vi virkningen av i Nordsjøen og langs vår egen kyst. I havet finnes også tidevannsbølger med perioder på nær 8, 6, 4 og 3 timer. Langs vår kyst er de vanligvis så svake at de knapt er Merkbare. I fjordene kan det imidlertid hende at en av disse periodene faller sammen med perioden for den naturlige vuggingen fram og tilbake, egensvingningen, av fjordvannet. Det er tilfellet i Hardangerfjorden, der 4-timersbølgen av den grunn blir særlig forsterket. I Lokksundet mellom Onarheimsfjorden og Bjørnafjorden forekommer det derfor ofte at tidevannsstrømmene skifter retning annenhver time.
Høyvann to timer for seint
Når tidevannet brer seg innover i fjorder og sund, foregår dette de fleste steder svært raskt. Selv innerst i Eidfjord, mer enn 15 mil fra kysten, inntreffer høyvannet bare 38 minutter etter Espevær sør på Bømlo, noe som tilsvarer en fart på over 200 kilometer i timen. Andre steder kan nok tidevannet bli hengende litt etter, fordi farvannet er grunt, eller fordi innløpet er særlig trangt. I det siste tilfellet vil det også bli en reduksjon av tidevannsforskjellen. Vi kan finne mange eksempler på dette, men Nordåsvatnet ved Bergen er nok det mest kjente. Her kommer flo sjø nesten to timer etter tidevannet på kysten, og tidevannsforskjellen er redusert til under det halve. Liknende forhold gjør seg gjeldende i Lindåsosane. Når tidevannsbølgen møter enden av fjorden, støtes den tilbake og danner en bølge som går utover igjen. Det betyr at overalt i fjorden vil vannstanden variere som om to nesten identiske bølger var til stede, men med den forskjell at de beveger seg i motsatt retning. Dette kalles stående bølger. Det enkleste kjennetegnet på slike stående bølger er at vannstanden varierer praktisk talt samtidig overalt i fjorden. Det ser vi tydelig i Hardangerfjorden innenfor Hugloterskelen, der flo sjø inntreffer med mindre tidsforskjell enn 5 minutter fra Husnes til Eidfjord, selv om fjorden innover er over 10 mil lang. Utenfor terskelen er tidsforskjellene vesentlig større.
Varierende tidevannsforskjell
Dersom ikke tidevannsbølgene bremses i trange eller grunne sund, slik som i Nordåsvatnet, vil tidevannsforskjellen vanligvis ikke variere særlig mye. For stående bølger derimot vil tidevannsforskjellen vokse noe innover i de dype fjordene. Særlig gjør dette seg gjeldende hvis fjorden smalner av. I Hardangerfjorden, som er ganske vid ytterst og atskillig smalere innover, er virkningen markant – den gjennomsnittlige halvdaglige tidevannsforskjellen øker fra 60 cm i Espevær til 85 cm i Odda. Liknende virkninger er påvist for Osterfjorden og Veafjorden.
Ser vi bort fra Hardangerfjorden, er tidevannsforskjellen innover i de åpne fjordene påfallende jevn. Derimot øker tidevannet markant nordover langs kysten. Tar vi igjen utgangspunkt i Espevær med 60 cm, ser vi at forskjellen har økt til 94 cm lengst nord på Hordalandskysten. Tidevannsforskjellen varierer også overalt i forhold til månesyklusen. For Bergen varierer tidevannet gjennomsnittlig fra ca.75 cm ved nipp til ca. 1,2 meter ved spring.
Tidevannet har stor betydning for vannutskiftning og fornying av fjordvannet. Selv om tidevannsstrømmene i hovedsak er en fram-og-tilbake-bevegelse av vannmassene, dannes det virvler og turbulens som er årsak til en gradvis utskiftning av vannmassene.
Vind i fjordene
Ikke bare tidevannet, men også vinden gir viktige bidrag til at fjordvannet holder seg friskt og oksygenrikt, iallfall i de øvre lagene. Vinden setter vannet i bevegelse og flytter vann over store avstander. Denne vinddriften i fjordene er mye bestemt av de topografiske forholdene både over og under vannflaten. Selv om en lokalt av og til kan oppleve vind som krysser fjorden, er det mest vanlig at vinden blåser langs fjorden. Slik vind driver vann innover eller utover fjorden, i begynnelsen som en ganske grunn strøm, men etter hvert drar den mer og mer av dypereliggende vann med seg. Hvor dyp denne strømmen kan bli, avhenger av hvor sterk og utbredt vinden er, og hvor lenge den har stått på.
Fjernvarme fra Atlanterhavet
Golfstrømmen sørger ikke bare for milde vintrer og isfrie forhold i kyststrøkene, varmen transporteres også inn med fjordvannet. I bunn- og mellomlaget holder vannet en nesten jevn temperatur på 6–7 °C. Det varme vannet bidrar til at fjorden stort sett er åpen for is, en grunnleggende forutsetning for fjordens sentrale rolle som transportvei for folk og varer gjennom århundrene. Dessuten er det ved fjordbreddene mildere og kortere vintre enn det vi ellers skulle forvente så langt inne i landet. Vi skal ikke lenger enn til Voss før vinterklimaet er atskillig strengere enn ved Hardangerfjorden.
Fjordene på Vestlandet er slik sett et effektivt distribusjonsnett av fjernvarme, en varmeeffekt som også kan måles 50–100 meter oppe i dalsiden. Fruktbonden innerst i Hardanger kunne sett langt etter moreller og epler uten fjorden som nærmeste nabo – frukttrærne er helt avhengige av det store varmemagasinet i bunnen av lia for å bære kvalitetsfrukt. Spesielt er fjorden med på å dempe forskjellen mellom dag- og nattetemperatur, noe som gir en langsommere modningsprosess og bedre smak i frukten.
«Fjorden med alt dens liv»
Det er den store fjorden, Hardangerfjorden, Hans E. Kinck har brukt dette uttrykket om, i sine velskrevne betraktninger av steder og folk ved fjorden. I vår sammenheng kan vi flytte blikket fra overflaten, der Kincks iakttakelser ligger, til det undersjøiske landskapet og de fysiske prosessene i fjordsystemene, og de klimatiske effektene av disse store vannveiene langt inn i landet. Og nettopp dette mangesidige og kompliserte samspillet under overflaten gir oss kanskje et grunnlag for å oppfatte – tilsvarende landskapet som den grønne lungen – fjorden som en blå lunge, av vital betydning både for mikroorganismer og mennesker.
