Eru aðeins um 8 km niður á möttul undir Reykjanesi?

  Fjöldi spurninga vakna í sambandi við umbrotin undir Reykjanesi. Það eitt er stórmerkilegt að allir jarðsjálftarnir sem nú koma fram við Grindavík eru grunnir, eins og myndin sýnir.  Það eru nær engir jarðskjálftar mældir á meira dýpi en 7 til 8 km undir Reykjanesi.  Jarðskorpan undir Reykjanesi virðist því vera frekar þunn, eins og úthafsskorpa. 

Hvaða upplýsingar höfum við um þykkt skorpunnar og hita undir henni á Reykjanesi ?  Við vitum til dæmis út frá jarðborunum að það hitnar mjög rækilega í neðri hluta jarðskorpunnar á utanverðu Reykjanesi.  Þegar djúpa Reykjanes borholan var komin niður í um 4.5 km dýpi árið 2017 var hitinn kominn upp í um 535 oC og var hratt vaxandi þegar borun var hætt.  Bergfræðirannsóknir sýna að hiti hafi jafnvel náð upp í 650  oC nærri botninum, en berg þarf að fara vel yfir 1000 oC til að byrja að bráðna.   

Flest eðliseinkenni bergs breytast þegar hitinn hækkar og vísindin fjalla mikið um breytingu á eiginleikum bergs þegar það hitnar og breytist úr hörðu og föstu bergi í heitt og lint eða mjúkt berg. Þetta nefna vísindamenn brittle to ductile transition.  Sumir segja að breytingin hefjist við um 550 oC, en aðrir telja að berg verði mjúkt fyrst við um 700 til  800°C, sem er líklegra. Um leið og berg hitnar að þessu marki og verður mjúkt, þá hættir bergið alveg að bera jarðskjálftabylgjur. Þær deyja út og hverfa í þessum hita og dýpi.  

Snúum okkur þá aftur að jarðskorpubrotinu og sigdalnum við Grindavík. Hvers vegna koma engir skjálftar fram á meira dýpi?  Það getur stafað af tvennu.  Við vitum að undir jarðskorpunni tekur möttullinn við og hann er of heitur til að brotna og valda jarðskjálftum. Undir skorpunni, á meir en 8 km dýpi, er því allt annar heimur, sem er heimur möttulsins, sem nær um 2900 kílómetra niður í jörðina, eða allt niður að yfirborði kjarnans.  Hinn möguleikinn er sá að undir 8 km skorpu sé lag af basalt kviku, en allir skjálftar kafna í slíku lagi.

Það er eiginlega sláandi, finnst mér, að allir skjálftar deyja út þegar komið er niður á um 8 km dýpi. Mörkin milli jarðskorpu og möttuls eru ótvíræð undir Reykjanesi, sem minnir okkur rækilega á að höfuðpaurinn í öllum þessum látum hlýtur að vera möttullinn og hann er of heitur til að brotna eins og venjulegt berg.  Það er jú hreyfing og þrýstingur í jarðskorpunni, sem veldur því að skorpan brotnar og sendir frá sér jarðskjálfta. Möttullinn er hins vegar partbráðinn, sem þýðir að hann er blautur af heitri kviku. Það er ef til vill ekki mjög góð samlíking, en það má hugsa sér möttulinn eins og blautan sand í flæðarmáli í fjörunni, þar sem örþunn himna af sjó liggur milli sandkornanna. Á sama hátt er möttullinn blautur, en það er örþunn himna af hraunkviku sem smýgur á milli sandkornanna eða kristallanna í partbráðnum möttlinum. Þar verður hraunkvikan til. 

 

Sprungukort og sigdalur

Allir fagna því að Veðurstofan hefur birt gott kort sem sýnir dreifingu á jarðsprungum umhverfis Grindavík.  Einnig birtir Veðurstofan nú línurit sem sýnir hvernig botn sigdalsins norðan bæjarins er að síga niður, um 25 cm á fimm dögum. Veðurstofan, eins og allar opinberar stofnanir, veit vel að almenningur þarf að hafa greiðan aðgang að mikilvægum gögnum, sérstaklega þegar mikið er í húfi. 

Átök undir Grindavík

Það kemur manni eiginlega alveg á óvart að skjaldarmerki Grindavíkur er útlendur geithafur.  Af hendi náttúrunnar er flest auðæfi hér að sækja til hafsins, en ekki til hins hrjóstuga lands og svo hefur verið alla tíð.  Manni skilst að hér hafi menn þurft að reita lyng og rífa hrís sér og sínum skepnum til viðurværis til forna. Björgin kom öll úr hafinu. Eðlilegra hefði nú verið að setja grindhvalinn eða marsvín á skjaldarmerkið, því heitið Grindavík er tvímælalaust tilvísun til smáhvala sem kunna að hafa hlaupið hér upp í fjöru.  Manni dettur einmitt í hug að grindhvalir hafi gengið upp á þessar breiðu og víðtæku fjörur sem liggja suðvestan bæjarins, þar sem eru Malarendar, Litlabót og Stórabót.   

Á þessu svæði, í grennd við Gerðavelli, er ein mikil sprunga í jarðveginum, sem hefur SV stefnu og er tvímælalaust framhald til suðurs af sprungum og sigdal sem fjallað hefur verið um í norðvestur hluta Grindavíkurbæjar (sjá fyrri myndina).  Þetta kemur vel fram á þeirri  ljósmynd sem prýðir forsíðu Grindavíkur á netinu. Um 500 m vestar er önnur samhliða sprunga, sem liggur á haf út þar sem er Bergsendi og Klaufir (sjá seinni myndina). 
Sá sem þetta ritar hefur ekki aðgang að þessu bannsvæði til könnunar, eins og flest venjulegt fólk, en vonandi komast  aðrir vísindamenn með leyfi yfirvalda inn á þessar slóðir til að kanna syðstu merki um sigdal og sprungukerfi Grindavíkur.  Það er einmitt hér sem mestar líkur eru á að kvika renni út úr ganginum og til sjávar. 

Hvaða kraftar eru í gangi undir Grindavík?

 

Jörð skelfur en það kemur ekkert gos.

Jarðskjálftar og eldgos. Þessi vofeiflegu fyrirbæri skella öðru hvoru yfir þjóðina og valda miklum ótta, spjöllum og jafnvel dauða. En hvað veldur þessum ósköpum? Flestir landsmenn hafa reið svör þegar rætt er um upptök slíkra hamfara: Ísland er jú staðsett á miðjum Norður Atlantshafshryggnum og auk þess er heitur reitur í möttlinum undir miðju landinu. Þetta er nú nokkuð gott svo langt sem það nær, en hin raunverulega skýring er auðvitað miklu flóknara mál, sem er þó á allra færi að skilja. 

Okkur virðist oft að það blandist allt saman, flekahreyfingar (og jarðskjálftar) annars vegar, og eldgos hins vegar. Að vísu geta þessir þættir verið samtíma, en það er nauðsynlegt að fjalla um hraunkvikumyndun og eldgos sér, og fjalla síðan um jarðskjálfta og sprungumyndun og hreyfingu jarðskorpunnar í öðru lagi. 

Það er oft talað um eldgos og jarðskjálfta (eða flekahreyfingar) í sömu andránni, en það er villandi og reyndar ekki rétt. Þetta eru oft vel aðskilin fyrirbæri og best er að fjalla um þau sér í lagi.  Við skiljum það betur þegar við fjöllum um grunnkraftana í jörðinni, sem stýra flekahreyfingum annars vegar og valda eldgosum hins vegar.  Að mínu áliti eru það flekahreyfingar sem ráða ferðinni og skipta mestu máli, en eldgos er oft passiv afleðing slíkra hreyfinga jarðskorpunnar.  Á Íslandi höfum við fjölda dæma um mikil umbrot í jarðskorpunni, flekahreyfingar og jarðskjálfta, án þess að nokkuð gjósi á yfirborði. 

Kraftar og flekahreyfingar

Jarðvísindin voru á frekar lágu plani þar til eftir seinni heimsstyrjöldina. Það stafaði af því að yfir 70% af yfirborði jarðar var algjörlega ókannaður hafsbotn. Menn byrjuðu loks að kanna hafsbotninn kerfisbundið í seinni heimsstyrjöldinni.  Stórveldin áttuðu sig strax á miklu hernaðarlegu gildi vopnaðra kafbáta, en til að beita kafbátum í hernaði þarft þú að þekkja hafsbotninn.  Bandaríkjamenn ruku til, og settu strax á laggirnar nokkrar hafrannsóknastofnanir til að kortleggja hafsbotninn og kanna öll einkenni allra hafa heimsins.  Allt í einu höfðu vísindamenn við slíkar hafrannsóknastofnanir ný og vel búin skip, og mikið fjármagn til leiðangra um öll heimsins höf. Herinn fékk stöðugan straum af nýjum kortum og öðrum upplýsingum um allan hafsbotninn. Ég þekki þetta vel, þar sem ég hef starfað við slíka stofnun í Rhode Island nú í 50 ár. 

Vísindahópar voru fljótir að færa herjum stórveldanna allar þær helstu upplýsingar sem þurfti til hernaðar í dýpinu.  Það voru fyrst og fremst góð landakort af botni allra heimshafanna.  En þá kom í ljós að hafsbotninn um alla jörðu er ótrúlega flott og merkilegt fyrirbæri, þar sem risastórir úthafshryggir teygja sig eftir botni allra heimshafanna. Hvernig í ósköpunum á að túlka og skilja allar þessu nýju upplýsingar? Á sama tíma var sett upp net af jarðskjálftamælum um allan heim, en netið var fyrst og fremst hannað til að fylgjast með tilraunum sem stórveldin voru að gera með kjarnorkusprengjur í kalda stríðinu. Þarna kom annað dæmi um, hvernig hernaðarbrölt stórvelda getur varpað nýju ljósi á stór vísindavandamál.  Þá kom fljótt í ljós að það er samfellt jarðskjálftabelti sem þræðir sig eftir öllum úthafshryggjum jarðar, og hryggirnir eru allir að gliðna í sundur. 

Framhaldið af þessari sögu er efni í margar bækur, en þessi mikla bylting í skilningi okkar á hegðun jarðar og flekakenningunni er ein mesta sigurför vísindanna.  Hér vil ég aðeins snúa mér að einu mikilvægu atriði, sem snertir Ísland beint, og færir okkur aftur út á Reykjanes. Það er vísindakenningin um þá krafta í jörðu, sem brjóta upp og færa til jarðskorpufleka og valda jarðskjálftum.  Þetta eru kraftarnir sem mynda útlit jarðar og stjórna staðsetningu og dreifingu meginlandanna á heimskringlunni. 

Slab pull -  flekatog.  Árið 1975 uppgötvuðu þeir jarðeðlisfræðingarnir Donald Forsyth og Seiya Uyeda aflið eða kraftinn sem þeir nefndu slab pull, eða flekatog.  Þessi uppgötvun er einn merkasti hornsteinn flekakenningarinnar og jarðvísindanna almennt. Donald er prófessor í jarðeðlisfræði við Brown Háskóla í Rhode Island og við vorum nágrannar og kynntumst vel  eftir að ég var settur prófessor við Rhode Island Háskóla árið 1974.  Lykillinn að flekatoginu er að átta sig á, að allir flekar eru ungir, heitir og léttir í annan endann, en gamlir, kaldir og þungir á hinum endanum. Flekinn myndast á úthafshryggnum, eins og til dæmis á Reykjaneshrygg, þar er hann ungur, heitur og léttur. Með tímanum rekur flekinn frá hryggnum, kólnar og þyngist. Þegar elsti hluti flekans er búinn að reka langt frá hryggnum og orðinn 100 til 140 miljón ára gamall, þá er eðlisþyngd hans orðin jöfn eða jafnvel meiri en eðlisþyngd möttulsins fyrir neðan flekann. Gamli endinn á flekanum byrjar því að sökkva niður í möttulinn fyrir neðan og myndar sigbelti.  Þegar hann sekkur þá togar hann í allan flekann og dregur flekann frá úthafshryggnum, togar í hann eins og blautt teppi togast niður á gólf ofan af stofuborðinu. Þetta er krafturinn sem nefnist slab pull, eða flekatog. Hann stýrist fyrst og fremst af breytingu á eðlisþyngd flekans með tímanum. 

Sumir skorpuflekar eru á fleygiferð í dag og mynda hafsbotn sem hreyfist á 15 til 20 cm hraða á ári. Þetta á við sérstaklega í sambandi við flekana í suður hluta Kyrrahafsins. Forsyth og Uyeda bentu einfaldlega á, að hraði á hreyfingu fleka er í beinu hlutfalli við hvað mikið af flekanum er  tengt við sigbelti.  Slab pull eða flekatog er mikilvægasti krafturinn í flekahreyfingum jarðar.

En bíddu nú við, -  sumir flekar eru ekki tengdir við neitt sigbelti, en eru samt á hreyfingu!  Og það á einmitt við um Ísland. Það eru tveir  stórir jarðskorpuflekar sem mætast undir Islandi. Að austan er það hinn risastóri EvrAsíufleki, en á honum hvílir öll Evrópa, Rússland og öll Asía, Síbería og allt land til Kyrrahafsstrandar. Þessi tröllvaxni fleki virðist vera alveg kyrr og rólegur, enda er hann ekki tengdur neinu sigbelti. Hinn flekinn sem skiptir okkur miklu máli er Norður-Ameríku flekinn. Hann er einnig stór, með allan vestur helming Norður Atlantshafsins, og alla Norður og Mið-Ameríku.  En Norður-Ameríku flekinn er á hægri hreyfingu til vesturs, aðeins um 1 til 2 cm á ári. Hvers vegna er Norður-Ameríku flekinn á hreyfingu yfir leitt?  Reyndar er eitt frekar lítið sigbelti tengt þessum fleka í Vestur Indíum,  en það skýrir alls ekki hreyfingu Norður-Ameríku flekans.  Þetta skiptir okkur miklu máli, vegna þess að öll flekahreyfing á Íslandi er tengd hreyfingu Norður-Ameríku flekans til vesturs.

Jæja, þeir Forsyth og Uyeda koma hér til hjálpar, en þeir sýndu fram á að það er annar mjög  mikilvægur kraftur sem virkar á jörðu og hann er krafturinn sem skiftir okkur mestu máli á Fróni.  

Ridge push - hryggjarþrýstingur.

Úthafshryggirnir, eins og Mið-Atlantshafshryggurinn,  eru fjallgarðar á hafsbotni. Þeir eru ekki brattir, en þeir rísa samt upp 1 til 2 km yfir hafsbotninn umhverfis. Úthafshryggurinn myndast og rís upp  fyrst og fremst vegna þess, að þegar tveir flekar gliðna eða færast í sundur, þá myndast rúm fyrir efri hluta möttuls að mjaka sér upp í bilið. Möttullinn sem rís upp í bilið kemur af meira dýpi í jörðinni og er því heitari en umhverfið. Vegna hitans hefur hann aðeins lægri eðlisþyngd. Þessi fleygur af heitara og léttara efni milli flekanna veldur kraftinum sem nefnist ridge push, eða hryggjarþrýstingur.  Þetta er að öllum líkindum krafturinn sem mjakar Norður Ameríkuflekanum til vesturs, og veldur skorpuhreyfingunum á Reykjanesi.   Takið eftir að krafturinn ridge push eða hryggjarþrýstingur fer í gang vegna þess að heitari og léttari möttull rís upp  milli flekanna, sem ýtast í sundur.  Það er því þyngdarlögmálið sem stýrir þeim krafti.

Ridge push eða hryggjarþrýstingur er krafturinn sem á sökina á öllum hamförunum á Reykjanesi í dag.

 

Hvað skal nýja eyjan heita?

Skorpuhreyfingarnar á Reykjanesi þessa dagana eru meðal merkustu atburða í jarðsögu Íslands. Veðurstofa Íslands hefur unnið frábært verk með því að skrá jarðskorpuhreyfingar og dreifingu jarðskjálfta á Reykjanesinu og koma þeim upplýsingum fram til almennings. Ólíkt fyrri umbrotum á Reykjanesi, sem voru fjærri byggð, þá er miklu meira í húfi í þetta sinn, því skorpuhreyfingarnar og hugsanlegar hreyfingar á hraunkviku og gos geta verið bein ógn við Grindavíkurbæ, virkjunina á Svartsengi og Bláa Lónið. 

 Skorpan sem myndar Reykjanes er að rifna í sundur fyrir augum okkar. Þessar stórbrotnu flekahreyfingar fletta ofan af heita reitnum í möttli jarðar undir Íslandi. Þar er hiti í möttlinum undir sorpunni um 1400oC og þessi svampkenndi möttull er gegnsósa af basaltkviku sem er meir en 1250oC.  Einn sterkasti atburðurinn til þessa varð í gær, þegar löng og mjó röð af jarðskjálftum teiknuðu upp mynd af jarðskorpubroti frá norðaustri til suðvesturs. Fyrstu skjálftarnir voru norðan við, en virknin færðist beint til suðvesturs, beint undir Grindavík og síðan út á haf, eða öllu heldur suður í jarðskorpuna í botni landgrunnsins. 

Einfaldasta túlkunin er sú, að kvikugangur hafi myndast sem klauf jarðskorpuna til suðvesturs, alla leð út á landgrunn. Til allrar hamingju streymdi kvikan innan skorpunnar og hefur ekki enn komið upp á yfirborð. Ef meiri kvika streymir inn í ganginn eru allar líkur á því að hann haldi áfram að vaxa til suðvesturs. Þá er hætt við að gangurinn komi fram á landgrunninu fyrir sunnan höfnina í Grindavík, myndi þar gos á hafsbotni og ef tl vill nýja eldey, ef næg kvika er fyrir hendi.  Þetta gæti þá gerst á 150 til 200 m dýpi, en slíkt gos væri þá af sömu gerð og Surtseyjargos.

Nú er varðskipið Þór statt í Grindavík og upplagt að nýta þau tæki sem þar eru um borð til að kanna hafsbotninn á þessum slóðum.