Þetta leit vel út, en...

Bandaríkin hafa undanfarin ár gert stórt átak í að minnka útblástur á koltvíoxíði frá iðnaði, virkjunum og fleiru. Þar gætir jákvæðra áhrifa frá stjórn Baraks Obama forseta. Eins og myndin sýnir, þá hefur dregið töluvert úr útlosun á CO2 í Bandaríkjunum síðan árið 2000. Það stefndi í að ná útlosun niður fyrir 5 gígatonn á ári í 2020.   Þetta stafar af nýrri tækni og harðari reglum um útblástur, einkum frá kolakyntum raforkuverum. Auðvitað leit þetta allt mjög vel út, en svo kemur Trump til valda. Nú má telja víst að útlosun hækki næstu fjögur árin vegna neikvæðs viðhorfs hins nýja forseta til vísinda og hnattrænnar hlýnunar. Eitt hans fyrsta verk mun verða að loka NASA stofnuninni, sem hefur verið í fremstu línu við loftslagsrannsóknir: NASA Goddard Space Flight Center. Ameríkanar munu hverfa frá Parísarsamningnum um loftslagsbreytingar.

Hafísinn hrapar

 Hafísmyndun á norðurslóðum í ár er um 2 til 3 milljón ferkílómetrum á eftir venjulegu ári. Á Suðurheimsskautinu bráðnar hafís hraðar en áður.   Myndin sýnir umfang af hafís samtals fyrir Norður Pólinn og Suðurheimsskautið, frá 1978 til 2016. Alls er flatarmál hafíss á jörðu á milli 14 og 22 milljón ferkílómetrar. En það er augljóst að árið 2016 er allt öðruvísi en undanfarið, hvað snertir hafís (rauða línan). Nú er kominn nóvember mánuður og ísmyndun ætti að vera í hámarki í norðri og bráðnun í suðri. En nú árið 2016 er hafísinn langt undir meðallagi. Við erum að nálgast á toppinn, sjálfan vendipúnktinn, í hnattrænni hlýnun.

Eldfjallagas spáir fyrir um Eldgos

Eldfjallafræðinga hefur lengi dreymt um aðferð til að spá fyrir um eldgos, en þetta hefur satt að segja ekki gengið vel. Við vitum að jarðskjálftavirkni undir ldfjalli eykst fyrir gos, og varar okkur við að órói er í gangi, en spáir ekki beint um hvenær gos verði. Ein aðferð er sennilega sú besta, en það er InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar). Sú tækni er byggð á tíðum mælingum frá radar í gervihnöttum og mælir breytingar á yfirborði jarðar. Þannig er mál með vexti að þegar kvika leitar upp í eldfjallið úr möttlinum, þá þenst fjallið út, það lyftist upp og radar í gervihnöttum mæla breytinguna. Fjallið verður ólétt og það ger á sjá á henni.   En InSAR er mjög dýr aðferð og ekki á allra færi að komast yfir slík gögn. Nú er önnur aðferð, sem kann að reynast vel, en það er eldfjallagas. Það er algengt að gasútstreymi eykst rétt fyrir gos, en nýjar mælingar sýna að ef til vill breytist efnsasamseting á gasinu fyrir gos, og gefur möguleika til að spá gosi.    Undanfarin þrjú ár hefur eldfjallið Turrialba í Costa Rica í Mið-Ameríku sýnt óróa og smá gos. Myndin sýnir mælingar á gasi sem streymir upp úr eldfjallinu. Það er hlutfallið C/S eð hlutfallið milli kolefnis og brennisteins, sem er mælt og sýnt blátt á myndinni. Gulu svæðin á myndinni sýna gos. Takið eftir að C/S hlutfallið eykst yfir fimm og upp undir tíu rétt fyrir gos. Þessar mælingar eru gerðar með tæki sem er stillt upp á gígbrúninni og sendir gögnin til rannsóknarstöðvar í öruggri fjarlægð. Þótt við vitum að það verður breyting á C/S rétt fyrir gos, þá vitum við satt að segja ekki hvers vegna það gerist. Gasið sem streymir upp er mikil blanda af efnum, sem hafa ýmiskonar uppruna. Sumt er gas sem losnar út úr kvikunni, sumt er gas sem losnar úr berginu umhverfis, þegar það hitnar osfrv. En samt sem áður er hér að finna góða aðferð til að spá fyrir um gos. Ekki er mér kunnugt um að þessari aðferð hafi verið beitt á Íslandi enn.

Heiti reiturinn okkar er 1480°C

Ég hef fjallað hér áður um heita reitinn undir Íslandi, og bent á að reyndar er þetta fyrirbæri miklu mikilvægara fyrir jarðfræðilega þróun Íslands heldur en Mið-Atlantshafshryggurinn. Það kom fyrst fram árið 1954 að eitthvað óvenjulegt væri í gangi undir Íslandi, þegar Trausti Einarsson birti niðurstöður sínar um þyngdarmælingar. Hann sýndi fram á að efri möttull jarðar, sem er lagið undir íslensku jarðskorpunni, væri frábrugðinn öðrum svæðum Atlantshafs. Þyngdarmælingarnar sýna mikla skál undir miðju landinu, eins og fyrsta myndin sýnir.  Trausti stakk uppá að undir landinu væru setlög með fremur lága eðlisþyngd. Mælingar hans eru grundvallarverk í könnun á jarðeðlisfræði Íslands, en túlkun hans reyndist röng. Byltingin gerðist árið 1965, þegar Martin Bott birti niðurstöður um frekari þyngdarmælingar á Íslandi. Hann komst að þeirri niðurstöðu að mötullinn undir Íslandi væri mjög frábrugðinn, með tiltölulega lága eðlisþyngd. Það skýrði hann með því að efstu 200 km íslenska möttulsins væri part-bráð, þ.e.a.s. berg sem inniheldur um 10% af kviku. Skálin er sem sagt ekki full af kviku, heldur er hún möttulsberg, sem er part-bráðið, eins og svampur. Vökvinn sem rís uppúr þessum svampi er kvikan, sem gýs á yfirborði landsins.

Nú vitum við að heiti reiturinn undir Íslandi er um 1480 °C heitur, og þá um 160 stigum heitari en möttullinn almennt í kring. Með því að mæla magn af ál í olivín cristöllum, hafa Simon Matthews og félagar í Cambridge ákvarðað þennan hita. En kristallarnir eru úr basalt hraunum frá Þeystareykjum. Þetta skýrir að hluta til hvers vegna eldvirkni er svo mikil á Íslandi. Undir okkur er heitur reitur, sem sennilega nær langleiðina niður að kjarna jarðar. Hann bráðnar fyrr og meir en möttullinn umhverfis, og framleiðiðr mikið magn af kviku, sem berst í átt að yfirborði landsins.

Hlýtt haust

Það er ekki aðeins á Íslandi sem að haustið hefur verið óvenju milt. Áhrifanna gætir um allar norðurslóðir. Í október var til dæmis hiti yfir norðurslóðum allt að átta stigum yfir (1980-2010) meðaltali, eins og fyrsta myndin sýnir. Mikið af þessari hlýnun stafar af stórum svæðum sem eru opið haf, með óvenju hlýjan sjó, sem er fjórum stigum heitari en í venjulegu ári. Á þessum svæðum er hitinn yfir frostmarki, en þar ætti nú að ríkja um 25 stiga frost í venjulegu ári. Ein afleiðingin er sú, að hafís er langt undir meðallagi, eins og önnur myndin sýnir. Nú í haust er hafísþekjan á norðurslóðum jafnvel minni en hún var árið 2012, sem setti nýtt met. Við erum nú orðin vitni af stökkbreytingu í hnattrænni hlýnun.

Eldgos um heim allan

Smithsonian stofnunin í Washington DC hefur lengi fylgst með eldgosum um heim allan og gefið út árlega skýrslur um virkni þeirra. Nú hefur Smithsonian gert þetta efni vel aðgengilegt á vef sínum sem “app”, sem spilar öll eldgos frá 1960 til okkar daga. Appið er hér:   http://volcano.si.axismaps.io/

Þar eru einnig sýndir jarðskjálftar og útlosun brennisteins. Takið eftir að virknin er miklu meiri í sigbeltum á jöðrum meginlandanna heldur en á úthafshryggum. En auðvitað fara flest eldgos á hafsbotni framhjá okkur þar sem engin tækni er enn þróuð til að skrá þau.

 

 

 

Beerenberg og hvalfangarar

Vinur minn hér í Newport rekur gallerí með gömlum listaverkum víðsvegar að úr heiminum. Þar á meðal var þetta málverk eftir Hollendinginn Bonaventura Peeters (1614-1652). Það eru hvalveiðimenn að verki undan ströndum Jan Mayen, en Beerenberg eldfjall gýs ákaft uppi á landi. Myndin er frá um 1640. Hann seldi myndina nýlega til Hvalasafnsins í New Bedford í Massacussets.  Verkið minnir okkur á, að Hollendingar sigldu reglulega á norðurslóðir til hvalveiða og versluðu einnig töluvert við Grænlendinga, löngu áður en Hans Egede sigldi til Grænlands árið 1721. Það er því ekki útilokað að Hollendingar hafi rekist á síðustu Íslendingana á Grænlandi, áður en þeir dóu út í kringum árið 1450. En Hollendingar voru á norðurslóðum aðallega til að veiða norðurhvalinn. Hann er sléttbakur eða grænlandssléttbakur, sem heldur sig við ísröndina og var hér í miklu magni á sautjándu öldinni. Sléttbakurinn er mjög hægfara og því auðvelt að skutla hann. Um 200 Hollendingar voru í vinnu hér í hvalstöðinni á Jan Mayen á sautjándu öldinni. Veiðar Hollendinga lögðust af um 1640, en þá var þessi hvaltegund nær útdauð í norðurhöfum. Hollendingar reistu einnig hvalstöðvar á þessum tíma á Íslandi á Ströndum, á Kóngsey, Strákatanga og Strákey. Nafnið Jan Mayen er hollenskt og var gefið eynni árið 1620, eftir hollenskum skipstjóra. Nafnið Beerenberg er einnig hollenskt, og þýðir björnsfjall, eftir hvítabirninum. Það er virkt eldfjall staðsett á Mið-Atlantshafshryggnum, sem gaus síðast árið 1985.

Hvað gerist þegar heitur reitur fæðist?

Við höfum engar rannsóknir á þessu sviði, en sennilega berst mikið gas upp á yfirborð jarðar þegar heitir reitir fæðast. Það getur því haft afgerandi áhrif á lífríki og valdið útdauða. Heitir reitir á jörðu eru af ýmsum aldri. Sennilega er íslenski heiti reiturinn elsti virki returinn, en hann er um 250 milljón ára. Hér er fæðingaraldur nokkurra heitra reita: Yellowstone 18 milljón, Samoa 23, Reunion (Deccan) 66, Galapagos 90, Hawaii 87 milljón ár. Við vitum að efni í möttulstróknum sem myndar heita reitinn á yfirborði kemur af miklu dýpi í jörðu. Jarðskjálftabylgjur sýna að heiti reiturinn nær niður fyrir 660 km undir Íslandi og sennilega langleiðina niður af mörkum möttuls og kjarna (2900 km). Sönnun um mikið dýpi möttulstróksins kemur frá mælingum á hlutfalli á ísótópunum af vetni: basalt í heitum reitum hefur óvenju hátt hlutfall af 3He/4He sem bendir á uppruna á miklu dýpi.

Hiti í venjulegum möttulstrók er talinn um 300oC hærri en í möttlinum umhverfis. Myndin sýnir líkan fræðimanna af hegðun möttulstróks í jörðu. Hann rís upp eins og sveppur, sem breiðir úr sér nálægt yfirborði jarðar. Ummál á haus möttulstróksins er talið vera um 200 til 400 km. Möttulstrókurinn er heitur, en þrýstingur í möttlinum er svo mikill, að hann byrjar ekki að bráðna fyrr en nálægt yfirborði jarðar, eða á um 100 km dýpi. Þá verður partbráðnun við um 1300 stig, þannig að bráðin eða kvikan er aðeins um 1 til 3% af möttulstróknum. Þessi bráð er basalt kvika, en ekki er vitað hver efnasamsetning hennar er á því augnabliki þegar möttulstrókurinn kemur fyrst upp á yfirborð, rins og þegar heiti reiturinn fæddist í Síberíu. Það er hægt að færa nokkrar líkur á því að þessi fyrsta basaltkvika sé mjög rík af reikulum efnum, eins og koltvíoxíði, vatnsgufu, brennisteinsgasi og öðrum reikulum efnum.

Það er því líklegt að eldvirkni sé allt önnur og gas-ríkari í upphafi heita reitsins, þegar möttulstrókurinn kemur fyrst upp á yfirborðið, en að gasmagn minnki hratt með tímanum. Nýlegar greiningar á gömlum basalt hraunum Síberíu styrkja þetta. Benjamin A. Black og félagar hafa sýnt fram á að basalt hraunin sem gusu í Síberíu fyrir um 250 milljón árum eru óvenju rík af brennisteini, klór og flúor gasi. Þeir telja að útgösun á hraununum í Síberíu hafi losað um 6300 til 7800 Gt brennisteinsgas, 3400 til 8700 Gt klórgas, og 7100 til 13,600 Gt flúorgas (eitt GT er einn milljarður tonna). Í viðbót verður útlosun af miklu magni af CO2. Ef þetta reynist rétt, þá er hér hugsanlega skýring á útdauðanum á mörkum Perm og Trías í jarðsögunni.

Hvernig tunglið varð til

Tunglið er alltaf þarna, uppi á himninum, okkur til aðdáunar. Það veldur einnig sjávarföllum, sem eru mikilvæg fyrir lífríki jarðar. En hvernig myndaðist tunglið? Flest bendir til þess að tunglið hafi myndast fyrir um 4,5 milljörðum ára vegna áreksturs loftsteins eða lítillar plánetu á jörðina, eða aðeins um 40 milljón árum eftir að jörðin myndaðist. Kenningin er sú, að loftsteinn á stærð við Mars hafi rekist á jörðina og þá hafi kastast mikið magn af efni frá jörðinni, sem myndaði disk af grjóti og ryki umhverfis jörðina. Tunglið myndaðist síðan úr þessum disk. Það eru viss vandamál varðandi þetta líkan, eins og það að jörð og tungl hafa nær nákvæmlega sömu efnasamsetningu og ekkert efni hefur enn fundist, sem gæti verið efni úr stóra loftsteininum.  Getur það verið vegna þess að efni úr loftsteinum og ytri lögum jarðar blönduðust vel saman?  Er tunglið aðallega myndað úr efni frá loftsteininum eða úr efni frá jörðinni? Nú hefur komið í ljós að það er lag á mörkum kjarnans og möttuls jarðar, og Miki Nakajima og félagar hafa stungið uppá að þetta lag séu leifarnar af loftsteininum stóra.

Nú hefur einnig komið í ljós að tunglið hefur hærra magn af kalíum ísótópum (K41) heldur en jörðin. Það er því mælanlegur munur á efnasamsetningu tungls og jarðar. Það bendir til þess að áreksturinn hafi verið mjög kröftugur, og að mikill hluti af möttli jarðar og loftsteinninn hafi blandast í gas skýi umhverfis jörðina. Tunglið myndaðist síðan við kólnun á þessu skýi. Á þessum tíma, skömmu eftir myndun jarðar, var himingeimurinn hættusvæði, vegna mikils fjölda smástirna og loftsteina, sem orsökuðu tíða árekstra fyrstu milljónir ára í sögu jarðar.

Afdrifarík fæðing íslenska heita reitsins

Heiti reiturinn sem nú er undir Íslandi spratt fyrst upp á yfirborð jarðar samstundis og mesti útdauði lífríkis varð á jörðu. Er samband þar á milli?  Það eru merk tímamót í jarðsögunni, þegar Perm tímabilinu lýkur og Trías hefst fyrir um 252 milljón árum. Þá dó út skyndilega um 96% af öllu lífi í sjónum og mikill hluti alls lífríkis á landi.   Þessi tímamót eru svo mikilvæg að steingervingafræðingarnir kalla þau Stóra Dauða. Myndin sýnir áhrifin á lífríkið í heild, en lárétti ásinn eru milljónir ára og lóðrétti ásinn er fjöldi tegunda lífríkisins.

Jarðfræðingar eru allir sammála um mikilvægi þessa tímamóta í jarðsögunni en það eru mjög skiftar skoðanir um hvað gerðist til að valda þessum útdauða. Fyst í stað töldu þeir að mikill árekstur loftsteins á jörðu væri orsökin, svipað og útdauðinn mikli á mörkum Krítar og Tertíer fyrir um 65 milljón árum. En enginn stór loftsteinsgígur hefur fundist sem gæti skýrt Perm-Trías útdauðann. Það má þó ef til vill skýra með því að ef til vill hefur sá gígur eyðst eða horfið af yfirborði jarðar niður í sigbelti.

Önnur kenning og vinsælli nú um Stóra Dauða er sú, að stórbrotin eldgos í Síberíu hafi svo mengað haf og loft að lífríki hrundi á jörðu. Fyrir 252 milljón árum hófust eldgos í Síberíu sem mynduðu hraunbreiðu sem hefur sama flatarmál og öll Bandaríkin. Þetta er mesta eldvirkni á jörðu og kemur kvikan upp úr heita reitnum sem nú situr undir Íslandi. Við vitum að eldgos geta valdið hnattrænni kólnun vegna slæðu af brennisteinsefnum, sem umlykja jörðina eftir mjög stór eldgos (Tambora 1815). Sumir fræðimenn vilja einnig halda fram þeirri kenningu að koldíoxíð frá eldgosum geti bætt í gróðurhúsaáhrif lofthjúpsins og valdið hnattrænni hlýnun. Enn ein kenning er að hraunvikan sem barst upp á yfirborðið braust upp í gegnum þykk kolalög, með þeim afleiðingum að mikið magn af metan og koldíoxíð gasi barst út í andrúmsloft jarðar. Það orsakaði þá gróðurhúsaáhrif og hnattræna hlýnun sem aldrei fyrr.

Eins og málin standa, þá vitum við að útdauðinn á Perm-Trías gerist á sama tíma og heiti reiturinn fæðist og Síbería logar öll í heitum hraunum, en hingað til hefur ekki tekist að færa sannanir á samband þar á milli.