Utvärdering av en modell att kvantitativt beräkna storleken på glacialerosion utifrån SGU:s Maringeologiska kartblad, serie Am

 
Göteborgs Universitet
Institutionen för Geovetenskaper
Kartografi och GIS, 10 p
Gustaf Nelhans
980120
 
 
 
Inledning

Detta arbete är en inlämningsuppgift i kursen Kartografi och GIS, 10 p, vid Göteborgs Universitet, 1997-1998. Uppgiftens mål är att självständigt utföra ett projekt inom GIS och består av specificering av en problemställning, utförandet av en GIS-applikation och utvärdering av denna. Arbetet redovisas sedan skriftligt och muntligt inför de övriga kursdeltagarna. 
    Uppgiften har som syfte att med hjälp av Geografiska informationssytem (GIS) utvärdera en modell för beräkning av nettotransport av sediment från landytan under kvartärtiden, med speciell inriktning på att kvantifiera glacialerosionens storlek över ett avgränsat landområde. Modellen, som tar sin utgångspunkt i ett arbete som utförts av Clayton (1995), går ut på att utifrån maringeologiska kartor uppskatta volymen kvartära sediment på havsbottnen utanför en kust. I Claytons fall gjordes beräkningarna runt hela Storbritanniens och Irlands kuster, vilket gav honom en nettovolym sediment att korrelera med öarnas landyta, och därigenom beräkna ett genomsnittligt erosionsdjup för de brittiska öarna och Irland under kvartärtiden. Clayton har utfört sina beräkningar för hand utifrån kartor från British Geological Survey i skala 1:250000. Sedimentens volym beräknades genom att 1. identifiera sedimenten och 2. utifrån profiler inkluderade i kartserien beräkna sedimentens tjocklek. Volymen beräknades sedan genom att multiplicera medeltjockleken med den totala arean för varje lager. 
    Uppgiften går ut på att testa en teknik att uppskatta volymen glacialt deponerat sediment, utifrån SGU:s maringeologiska kartblad, serie Am 4, Stora Middelgrund-Halmstad, innehållande bottentopografi och jordarter, samt tillhörande profiler över jordarter. Kartan är i skalan 1:100000 och täcker en yta av 300000 m2. Till detta kartblad hör ett supplementblad, där 13 profiler över jordarter i väst-östlig riktning är utritade. Dessa profiler ligger till grund för volymberäkningen av de glaciala sedimenten. 
  

Metod
Alla grunddata för uppgiften har tagits från papperskartor, varför en stor del av arbetet har gått ut på att skapa digitala data från dessa. Detta arbete är uppdelat i två delar, 1 att digitalisera bottentopografin till en rasterbild och 2 att skapa punktvektorfiler utifrån profilerna. 
    Digitaliseringen av bottentopografin tillgick så, att djupkurvorna fördes över till ett rent kartblad, vilket skalades ner till skala 1:200000 i en kopiator. Den nya kartan scannades sedan in till en bitmapp-bild. Därefter vidtog åtgärden att klassa in begränsningslinjerna för bottentopografin i 5-m ytor. Detta görs normalt i ett kartritningsprogram, t ex Ocad, men eftersom detta program saknar funktioner för automatisk klassning, valdes en annan metod. Ocad har en relativt krånglig metod att rita ytor, där varje begränsningslinje måste passas ihop med en annan genom ögonmått, ett svårt och tidsödande arbete. Dessutom måste konverteringar från raster till vektorformat och åter till rasterformat utföras. I stället bearbetades kartan i Adobe Photoshop, där den inscannade rasterbilden direkt kunde användas för klassningen. Varje område som skulle klassas inringas i den ursprungliga bilden av två djupkurvor, t ex begränsas klassen 5 av kustlinjen 0 m och djupkurvan 5 m, klassen 10 av djupkurvorna 5 och 10. Genom att koppla ihop de båda begränsningslinjerna fick jag en yta, vilken med hjälp av fyllfunktionen i ritprogrammet, kunde fyllas med en specifik färg. 
    Resultatet, en 8 bitars bmp-fil skalades ner ytterligare en gång, till 1:400000 och importerades sedan till Idrisis imageformat. 
Med modulen RECLASS klassades fälten till de värden de skulle motsvara. 
    Profilerna handhades på följande sätt: Djupen ner till de tre sedimentlagren (postglacial lera, glaciala finsediment och morän), samt den underliggande berggrundens djup mättes för varje centimeter med hjälp av ett halvtransparent millimeterpapper. Data kodades in i ett Microsoft Exceldokument, där de fick koordinater enligt Rikets Nät, samt djup i meter. Därefter exporterades de till tabbavgränsad text-format och överfördes med hjälp av ett makro i MS Word till Idrisis .vec-format (figur 1). I Idrisi tilldelades de en dokumentfil, med samma kolumn- och radantal som bitmappbilden. De filer som innehåller värden för bottentopografi och berggrundens topografi består av 527 djupvärden, men eftersom jordarterna inte finns representerade överallt i området fick filen för postglaciala leror endast 222 värden, den för glaciala sediment 508 värden och den för morän 270 djupvärden. 
     Planen var nu att värden skulle kunna interpoleras mellan de plottade punkterna i vektorfilen för att bilder med potentiella djupvärden för varje jordart, samt den underliggande berggrunden. Funktionen INTERPOL gav dock en bild där punkterna i mina ursprungliga vektorfiler omgärdades av tre punkter, med värdena 4, 2, 1. Resten av bilden bestod av skräp (pixelvärden mellan 1000 och 10000). 
    Därefter prövades funktionen TREND, vilken ger en trendyta över området enligt en linjär, kvadratisk eller kubisk metod, men de djupvärden som filen tilldelades blev inte av en sådan art att jag anser dem tillräckligt bra, för att kunna använda statistiskt. 
    Slutligen prövades funktionen THIESSEN, vilken skapar thiessenpolygoner utifrån de givna djupvärdena. Denna funktion gav de bästa värdena av de prövade funktionerna. 
    Ett problem som nu uppstod, var att thiessenpolygonerna inte uppmärksammar avsaknad av värden, där jordarten inte finns. Thiessenpolygonerna för de enskilda jordarterna blev därför inte tillräckligt representativa för att kunna användas vidare. Därför gjordes de fortsatta beräkningarna på de begränsande bilderna bottentopografi och berggrundstopografi, och förekomsten av postglaciala sediment har därmed ej borträknats i den slutgiltiga volymberäkningen. 
    Med funktionen OVERLAY, kunde berggrundens yta subtraherades med de bottentopografin. Resultatet maskerades sedan med den ursprungliga bitmappbildens kustyta genom OVERLAY och multiply. Slutligen hade jag en volymkarta, där volymen kunde beräknas med funktionen AREA. Innan visning inverterades alla bilder med funktionen OVERLAY, multiply, med en bild innehållande värdet -1, eftersom jag hela tiden har arbetat med positiva tal. 
Resultat
Arean beräknades med funktionen AREA enligt tabell 1 till 8,42*109 m = 8,42 km3. (Tabell 1)I figur 2 visas bottentopografin, enligt det digitaliserade kartbladet, samt vektorfilens bottentopografi. Det är värt att notera att Profilerna som använts för att koda av djupen i varje punkt i och för sig avspeglar skillnader i djup enligt den digitaliserad kartan men att vektorfilens djupvärden inte alls stämmer med denna. Utifrån varje vektorfiler skapades rasterbilder med thiessenpolygoner som interpolation mellan de uppmätta punkterna. Figur 3 är ett exempel på dessa och visar bottentopografin. Slutligen skapades en karta uppvisande skillnader i djup mellan berggrundens topografi och bottentopografin enligt figur 4 och 5. 
 
 
Figur 2: Bottentopografin i Laholmsbukten, samt vektorpunkter ur profilerna.
 
Figur 3: Thiessenpolygoner beräknade för bottentopografin utifrån vektorpunkterna
 
Figur 4 Sedimentens tjocklek beräknad med funktionen OVERLAY, mellan bottentopografin och berggrunden.
Figur 5: Orthobild uppvisande förhållandet mellan bottentopografi och berggrunden vid en tänkt bottenlinje på 0 m.

Figur 6: Flödesschema  


Diskussion
Resultaten från GIS-applikationen visar att denna modell kan vara lämplig att använda vid beräkning av volymen sediment inom ett begränsat område. Dock krävs en bättre korrelation mellan kartbilden och de profiler ur vilka djupen till de olika sedimentlagren mäts. I föreliggande fall är det största djupet i den digitaliserade kartbilden hälften så stort som det högsta djupvärdet enligt vektorfilen. Problemet har inte att göra med felaktigheter i mätning eller skala och jag kan därför inte utröna varför det är så. Det skulle också vara intressant att testa fler funktioner för interpoleringen av ytor från punktvektorfiler. Kvaliteten på bilderna skulle också kunna förbättras genom att man scannar in profilerna och utför interpoleringen direkt från dessa. Någon funktion för att göra detta har jag dock inte funnit i IDRISI. 
    Målsättningen med arbetet var från början var att göra en något mindre noggrann beräkning av volymen sediment längs en längre del av Sveriges kust, men detta kunde inte göras, på grund av att utbudet av kartor i serie Am är minimalt. Detta var nog bra eftersom interpolering av värden knappast kan göras med ett färre antal värden med fullgott resultat. De övriga vektorfilerna som skapades, för de olika sedimentlagren, gav thiessenpolygoner med så avvikande värden, att de inte kunde användas. Dessutom var min metod att skapa vektorfilerna inte så bra eftersom den inte kunde hantera data där lagren saknade utsträckning inom kartbladet. Vid interpoleringen med thiessenpolygoner noterades inte dessa begränsningar, utan om ett värde saknades i vektorfilen, gjordes polygonen endast större så att området kring den saknade punkten tilldelades ett värde. Detta kan avhjälpas genom att ge området som saknar värde samma värde som punkten i den andra karta har, med vilken funktionen OVERLAY och subtract skall utföras. Resultatet skulle vid subtraktionen bli 0 för detta område. 
    Huruvida Sverige lämpar sig för denna typ av kvantitativa undersökning kan ifrågasättas. Det beror på att Sveriges landyta inte är fristående från andra områden vilket gör att det är svårt att beräkna tillförsel området. Det är också svårt att beräkna sedimentens utsträckning, då dessa inte enbart lagrats i vattnen kring Sverige utan har transporterats längre ner över Danmark och andra delar av Nordeuropa. 
    Clayton (1995) anser dock att:  "[T]he matching of eroded volume with correlative sediments preserved beyond the eroded land mass is a fundamental technique in quantifying the scale of denudation, though frequently hindered by inadequate data on the volume or precise age of the deposited sediment."     Han refererar också till andra undersökningar från Norge och Nordamerika där denna teknik använts på mindre ytor än självständiga områden som de Brittiska öarna. 
    I föreliggande fall är det dock inte felaktiga data eller god datering som saknas utan möjligheten att kunna bestämma utsträckningen för tillförselområdet, såväl som för sedimentens. 

  

Konklusion
Resultaten visar att man relativt enkelt kan utföra volymberäkningar på glaciala sediment utifrån SGU:s maringeologiska kartor i serie Am med hjälp av GIS, men att tillgängligheten på dessa kartor, såväl som svårigheten att beräkna begränsningen för såväl tillförselområdet som på depositionsområdet kan begränsa tillämpbarheten för denna undersökning i Sverige. 

  

Litteratur
Clayton, K. (1995): Quantification of glacial erosion on the British Isles, Transactions of the Institute of British Geographers. 
 
Tillbaks till hemsidan