Kólnun og storknun gangsins

Kvikugangurinn sem hefur myndast innan jarðskorpunnar frá Bárðarbungu og undir Holuhrauni hægir á sér fyrr eða síðar og byrjar að kólna þegar kvikurennsli stöðvast.  Kólnunin er mjög mikilvæg, því einnig hún hægir á og stöðvar kvikustreymi og stöðvar þá einnig eldgosið.  Kólnun og storknun kviku í slíkum gangi er háð ýmsum þáttum:  (a) hita kvikunnar (um 1175 oC fyrir Holuhraun), (b) breidd gangsins (sennilega um 3 metrar í þessu tilfelli), (c) hita bergsins umhverfis, (d) hitaleiðni eða einangrun bergsins umhverfis, og (e) hita bergsins umhverfis ganginn.   Hiti bergsins umhverfis er háður því hvað gangurinn hefur verið virkur lengi.   Því meiri kvika sem hefur runnið um ganginn og því lengur, því heitara verður bergið umhverfis.  

Myndin sýnir kólnun á fremur stórum kvikugangi, sem er 10 metrar á breidd. Hann er í upphafi um 1150 oC heitur, svipað og kvikan úr Bárðarbungu.  Það tekur hann um rúmt ár (400 daga) að kólna um helming. Þá er kvikan orðin svo seig, að hún rennur treglega eða ekki. Annars er til nokkuð einföld jafna, sem gerir okkur kleift að reikna út lauslega kólnun gangs.  Hún er þannig:  dt = 3,15  x  w²             Hér er dt tíminn, í dögum, sem tekur fyrir ganginn að kólna um helming í miðjunni, en w er breidd gangsins, í metrum.   Tíu metra gangur tekur samkvæmt því  um 315 daga að kólna um helming í miðju, eða um eitt ár.  Hins vegar kólnar 3 metra breiður gangur um helming miklu hraðar, eða aðeins um 28 daga.  Sem sagt: þegar gosið í Holuhrauni stöðvast, þá tekur það ganginn um eða innan við einn mánuð að kólna niður að því marki, þegar kvikan er orðin of seig til að renna og byrjar að storkna. Þessi gangur gýs aldrei aftur eftir að ahnn storknar  og hann myndar fast berg, sem er mjög sterkt.  En að sjálfsögðu getur annar gangur myndast síðar samhliða honum.  

Á hvaða dýpi er kvikuþróin?

Allt bendir til þess að það sé mjög stór kvikuþró undir Bárðarbungu. Þessi kvikuþró hefur til dæmis sent frá sér eitt stærsta basalthraun á jörðu á nútíma, Þjórsárhraunið.  Það rann fyrir um 8600 árum, alla leið suður í sjó, þar sem nú er Stokkseyri og Eyrarbakki.  Það hraun er um 25 rúmkílómetrar.  Sennilega er kvikuþróin með allt að 100 rúmkílómetra í tanknum af um 1175 oC heitri kviku.  En á hvaða dýpi er hún?  Ef til vill gefa jarskjálftarnir vísbendinu um það.  Jarðskjálftar verða ekki í kvikuþrónni, heldur líklega á misgengjum, sem eru tengd öskjusiginu.  Skjálftar orsakast af  hreyfingum á sprungum í jarðskorpunni, eins og þegar misgengi hreyfist. Fyrri myndin er fremur gróf mynd af þverskurði af eldfjalli með öskju.  Þetta er ekki Bárðarbunga, heldur dæmigert eldfjall eins og barn mundi teikna, en aðal atriðin eru hin sömu. Askjan myndast þegar kvika streymir út úr kvikuhólfinu og inn  gegnum MELTS Hð setjum efnagreinigu Jarðvm undir öskjunni. ftir að ur gr regions to the east and north of the volcano.top of ití kvikugang, eins og örin til hægri sýnir.  Þá sígur stór spilda af jarðskorpunni niður í kvikuþróna. Rauðu stjörnurnar eru tákn fyrir jarðskjálfta, sem myndast við brot í jarðskorpunni við sigið.  Jarðskjálftar dreifa sér því í hring, sem afmarkar útlínur öskjunnar á korti.   Neðri myndin sýnir Bárðarbungu á korti og undir kortinu er sýnd dreifing jarðskjálfta undir Bárðarbungu í ágúst mánuði.  Skjálftagögnin eru að sjálfsögðu frá vef Veðurstofu Íslands.   Skoðið þetta nánar á YouTube, hér: https://www.youtube.com/watch?v=3PTEDxrIRoM

Þessi mynd er því einskonar þversnið af skorpunni undir eldfjallinu.  Takið eftir að skjálftavirknin er nær eingöngu grynnri en 8 km undir öskjunni.  Samkvæmt því má áætla að þak kvikuþróarinnar sé á um 8 km dýpi.  Það segir okkur ekkert um hve djúp hún er eða hvað magnið af kviku er í þrónni.  Skjálftar geta ekki myndast dýpra, þar sem bergið hér undir kvikuþrónni er of heitt til að brotna. Það sígur í staðinn.  Ef til vill er kvikuþróin þá í grennd við rauða hringinn með brotalínunni á myndinni.  

Efnasamsetning kvikunnar hjálpar einnig til að ákvarða dýpi kvikuþróarinnar.  Ef við keyrum efnagreiningu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands í gegnum MELTS  forrit hans Mark Ghiorso, þá er nokkurn veginn ljóst að þessi kvika getur ekki verið komin beint úr möttlinum, heldur hefur hún þróast í kvikuþró innan jarðskorpunnar, sennilega við þrýsting sem samsvarar um 10 km dýpi.  Sem sagt: skjálftunum og efnafræðinni ber vel saman.  Þetta er nú aðeins dýpra en ég hefði haldið, en við erum þá alltaf að læra eitthvað nýtt.   Lokið á kvikuþrónni (botninn á öskjunni) er þá um 8 til 10 km þykkur tappi og þvermál hans er álíka (10 til 12 km).  Hvað heldur hann lengi áfram að síga niður í kvikuþróna, um hálfan meter á dag? Byrjar hann að rísa aftur upp, þegar gosinu  lýkur og kvika streymir upp í kvikuþróna upp úr möttlinum?  Enginn veit, en eina dæmið, sem við höfum til samanburðar eru Kröflueldar 1975 til 1984, en þá reis og seig öskjubotninn hvað eftir annað í níu ár.  Spennandi tímar framundan?  En tilhugsunin um hið mikla magn af kviku, sem er í þrónni er vissulega ógnvekjandi.

Hreyfimynd af Bárðarbungu, fyrri hluti

Skjálftavirknin undir Bárðarbungu hófst hinn 16. ágúst 2014.  Síðan hefur Veðurstofa Íslands skráð mörg þúsund skjálfta, bæði undir Bárðarbungu og í kvikuganginum, sem teygir sig til norðurs um 70 km veg, alla leið í grennd við Öskju.  Til að skilja skjálftavirknina betur, þá þarf að skoða hana í tíma og rúmi. Margir hafa beitt ýmsu forritum og gert tilraun til að skapa hreyfimynd úr þessum merkilegu gögnum Veðurstofunnar.  Að mínu mati er besta hreyfimyndin sú, sem hér fylgir með.  Hana hefur Einar Hjörleifsson skapað. Betri útgáfa af myndbandinu er á YouTube hér: https://www.youtube.com/watch?v=3PTEDxrIRoM

eða hér: <iframe width="640" height="360" src="//www.youtube.com/embed/3PTEDxrIRoM?feature=player_detailpage" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>

eða á mbl.is hér: http://www.mbl.is/frettir/innlent/2014/09/19/skjalftavirknin_skodud_i_tima_og_rumi/

Kortið er frá Landmælingum Íslands. Skjálftastaðsetningar eru frá Veðurstofu Íslands.  Stærð jarðskjálfta er sýnd með stærð hringja. Rauðir hringir sýna skjálfta síðustu klukkutímana.  Síðan verða þeir bláir púnktar.   Klukkan efst til vinstri sýnir ár, mánuð, dag, klukkustund og mínútur.  Þessi bíómynd er nokkuð hröð, en hver klukkutími í raunveruleikanum er innan við eina sekúndu hér í bíó.  Neðri glugginn sýnir dreifingu skjálfta á þversniði frá vestri til austurs í gegnum Vatnajökul og nágrenni.  Lóðrétti ásinn er dýpi, í kílómetrum, niður í 20 km, en það eru nokkurn veginn neðri mörk jarðskjálftanna.  Langflestir skjálftar eru á bilinu 5 til 12 km.  Hægri glugginn sýnir samskonar þversnið, en þar er það skjálftavirknin í suður-norður átt, niður í 20 km. Þessi gluggi sýnir því mjög vel hvernig kvikugangurinn mjakast norður á bóginn, undan Dyngjujökli og í átt til Öskju.  Glugginn neðst til hægri sýnir fjölda skjálfta á dag, bæði undir Bárðarbungu og  umhverfis kvikuganginn til norðurs.  Skjálftar af stærðinni 3 og stærri eru sýndir með rauðu í þessum glugga.   Hér í þessari bíómynd kemur í heild vel fram myndrænt samhengi milli skjálftavirkni í Barðarbungu og í kvikuganginum, fyrst til austurs og síðan til norðurs.   Hér eru nokkrar athuganir við virknina, en atburðarásin er hröð:

1. Skjalftar hefjast í norður brún öskju Bárðarbungu á 5 til 10 km dýpi seint hinn 15. ágúst.  Þeir dreifa sér fljótlega í hring um öskjubrúnina hinn 16. ágúst. 

2. Um hádegisbil hinn 16. ágúst  brýst kvikugangur út úr Bárðarbungu og stefnir hratt til suðausturs. 

3. Um klukkan 22 þann dag (16. ágúst) breytir kvikugangurinn snögglega um stefnu til norðausturs á um 10 km dýpi. Skjálftar eru einnig öðru hvoru undir Kistufelli í norðvestri á 5 til 10 km dýpi. 

4. Kvikugangurinn þróast til norðausturs allt til um klukkan 8 hinn 23. ágúst.

5. Klukkan 9 að morgni hinn 23. ágúst gerist ótrúlega snöggt stökk, þegar kvikugangurinn hliðrast til vesturs og rýkur áfram hratt til norausturs á 10 til 15 km dýpi.   Þessi leiftursókn er eiginlega stórkostlegasti atburðurinn í þessari virkni Bárðarbungu.   Sennilega hefur hár kvikuþrýstingur verið kominn í kvikuþrónni og í kvikuganginum, en nú fengið skyndilega útrás, þegar kvikan fann sér leið aðeins vestar og inn í nýja sprungu til norðausturs.  Samtímis heldur skjálftavirkni áfram undir öskjubrúnum Bárðarbungu. 

6. Kl. 7 að morgni hinn 24. ágúst hefur kvikugangurinn náð norður brún Dyngjujökuls, en hér grynnkar hann í fyrsta sinn og sendir upp skjálfta grynnir en 5 km.   Meginvirknin er samt enn á 10 til 15 km dýpi. 

7. Kvikugangurinn heldur áfram til norðausturs en byrjar að hægja á sér um kl. 6 að morgni hinn 26. ágúst.   Þar á eftir er skjálftavirkni víða í ganginum eða  ofan hans.

8. Um kl. 10 um morguninn hinn 29. ágúst hófst eldgosið,, samkvæmt mynd úr gervihnetti.   Á þeim tíma var skjálftavirkni dreifð í ganginum norðan Dyngjujökuls. 

Við þökkum Veðurstofu Íslands fyrir leyfi að birta skjálftagögnin.

Þegar kvikan er þunn

Hraunkvikan, sem situr í kvikuþró undir Bárðarbungu og kemur upp á yfirborðið í Holuhrauni, er lapþunn. Ég hef sýnt framá áður að seigja hennar er svipuð og hunang eða tómatssósa.  En hún er á um 1175 stiga hita. Þegar kvikan er þunn, þá getur hún hægleka smogið inn um litlar sprungur. Myndin fyrir ofan er úr Kerlingarfjalli á Snæfellsnesi.  Hún sýnir basaltgang, sem er rúmlega fingurbreiður, en hann hefur smugið um sprungu í móberginu.   Þetta kennir okkur að útbreiðsla og framrás þessarar kviku í gegnum jarðskorpuna er ekki háð seigju, heldur þrýstingi í kvikuþrónni og sprungumyndun.

Kýraugað á Geysi

 Mér hefur ekki tekist að finna góða mynd af Geysi Loftleiða, en hér er mynd af Heklu, sem einnig var Skymaster DC-4 vél. Hé situr Hekla TF-RVH á Idlewild flugvelli í New York.  Nú er hann kallaður Kennedy flugvöllur.  Myndina tók Rasmus Pettersen fyrir framan gömlu International Airlines Building. Takið eftir kúlulaga glugganum eða kúpta kýrauganu á þaki stjórnklefans. Þar gat siglingafræðingur eða navigator áhafnarinnar kíkt út, beitt sextantinum og gert staðarákvörðun.  Í fluginu fræga árið 1950 var Guðmundur Sívertsen siglingafræðingur á Geysi.   Við rannsókn á brotlendingunni varð ljóst að hann hafði gefið flugstjóranum  upp kolranga staðsetningu. Hann viðurkenndi fyrir rétti að hann og fleiri af áhöfninni hefðu verið við skál.  http://timarit.is/view_page_init.jsp?pageId=3191243     Hann var ákærður fyrir afglöp í starfi og hlaut dóm.  Í fyrra bloggi minntist ég á að fjöldi hunda hefðu verið með í farangrinum, í rimlabúrum.  Hundunum 18 var lóað, nema einum shafer hundi, en hann týndist síðar á leiðinni niður af jöklinum.

 

 

Geysir undir Bárðarbungu

Nú þegar öll athygli þjóðarinnar beinist að Bárðarbungu í Vatnajökli, þá er tímabært að rifja upp merkilegan atburð sem gerðist þar árið 1950.  Hinn 14. september það ár brotlenti Geysir, flugvél Loftleiða, á suðaustanverðri Bárðarbungu (N64°36&#39; og W017°21&#39;).  Geysir var á leið frá Luxemburg með sex manna áhöfn og ýmsan varning, en enga farþega.  Meðal varnings voru 18 hundar í rimlakössum, ein líkkista og dýr tísku- og vaðmálsvara.  Flugvélin var af gerðinni Skymaster DC-4, fjögurra hreyfla  og bar merkið  TF-RVC.  Árið 1957 flaug ég sem ungur skiftinemi með slíkri vél frá Íslandi til New York, með millilendingu á Goose Bay á Labradorskaga í Kanada.  Þessi vél gat borið 46 farþega.  Hinn 14. september var veður slæmt og skyggni ekkert þegar Geysir nálgast Ísland. Flugstjórinn taldi sig ver í grennd við Vestmanneyjar, en allt í einu ríður risahögg á vélina, hún kastast til þegar vinstri vængur stingst í snjóinn og vélin endar á hvolfi eftir brotlendingu í suðaustur hluta Bárðarbungu. Allir voru á lífi, en sumir slasaðir.  Senditæki vélarinnar eyðilögðust í brotlendingunni, en tveimur dögum eftir áreksturinn tókst áhöfninni að finna neyðarsendi, sem var í björgunarbát vélarinnar.   Þeir sendu út SOS á Morse kerfinu og hinn 18. september heyrði loftskeytamaðurinn á varðskipinu Ægi neyðarkallið, en Ægir var þá staddur út af Langanesi.  Björgunarsveit frá Akureyri kom fyrst á slysstað hinn 20. september og allir komust niður af jöklinum, heilu og höldnu.   Síðan hefur flugvélaflakið Geysir  grafist smátt og smátt í fönn innan öskju Bárðarbungu.  Haft er eftir Helga Björnssyni jöklafræðing að flakið kunni nú ef til vill vera komið niður á um 100 metra dýpi í jöklinum  http://www.nat.is/travelguide/ahugav_st_bardarbunga_ferdavisir.htm

Ég tel fremur litlar líkur á að gos verði nú innan öskju Bárðarbungu, en ef svo verður, þá er ekki útilokað að flakið af flugvélinni Geysir komi aftur fram í dagsljósið. æðin﷽﷽﷽﷽﷽﷽  Haft er eftir Helga björnssyni jöklafruember.ins 4 aircraft that phic eruption, resulting in the formatio

Erindi um Bárðarbungu og gosið

Næstkomandi laugardag, 20. september, flytur Haraldur Sigurðsson erindi í Eldfjallsafni í Stykkishólmi um Bárðarbungu og eldvirknina í Holuhrauni. Erindið hefst klukkan 14.  Allir velkomnir og aðgangur er ókeypis.

Hamagangur í Gunnuhver

Unfanfarna daga hefur virkni umhverfis Gunnuhver á Reykjanesi vaxið mikið. Þessi stóri leirhver er skammt frá Reykjanesvita.  Leirstrókar kastast nú hátt í loft og gufumökkurinn aukist.  Hverinn hefur víkkað og að hluta til gleypt í sig útsýnispallinn, enda hefur aðgengi verið lokað.  Myndin sem fylgir er eftir  Hilmar Braga, tekin fyrir Víkurfréttir.  Gunnuhver er vel lýst í kynningu  ISOR á Reykjanesi hér:

http://www.isor.is/9-gunnuhver-hverasvaedi

Það er athyglisvert að engin skjálftavirkni virðist fylgja þessum breytingum í hvernum.  Ekkir er því ástæða til að halda að kvika sé á hreyfingu  nær yfirborði.  Ef til vill er þessi breyting eingöngu vegna þess að hveravirkni hefur færst til. 

Nornahár og seigja kvikunnar

Ég hef sýnt fram á hér í síðasta bloggi að kvikan sem kemur upp í Holuhrauni er á um 1175 oC hita og hefur mjög lága seigju, eða um  1.54 til 2 Pas.  http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1443833/

Þessar tölur koma frá útreikningum, sem byggjast á efnasamsetningu kvikunnar.  Þessi aðferð er styrkt af bræðslutilraunum á basalt bergi og  hún er alls ekki umdeild aðferð meðal bergfræðinga.  En það er rétt að taka strax fram, að þessar tölur um hita og seigju eiga við þegar kvikan er inni í jarðskorpunni og þegar hún er að gjósa, en ekki í hrauninu sjálfu.  Meiri hluti kvikunnar gýs í kvikustrókum, sem eru 30 til 50 metrar á hæð. Í kvikustróknum mætir kvikan andrúmsloftinu og kólnun byrjar.  Síðan fellur kvikan til jarðar og safnast þar fyrir umhverfis gígana þar til hún rennur á braut sem hraun. Hraunið er samansafn af hraunkleprum og hraunslettum, sem klessast saman í samfellt hraun.  Það getur verið rautt og glóandi heitt, þótt hitinn hafi  lækkað niður fyrir 1000oC.  Glóðin lifir í hrauninu allt niður undir 500oC.   Nornarhár eru eitt fyrirbæri sem styrkir mjög vel útreikning minn á seigju kvikunnar.  Fyrri myndin sýnir dæmigerð nornarhár.  Nornarhár eru glernálar, oft aðeins brot af mm á þykkt en geta verið tíu cm langar.  Þær myndast í kvikustróknum, þegar kvikan er svo lapþunn að hún dreifist og sprautast upp í loftið.  Þá snöggkólna strengir af kvikunni og mynda gler, sem við köllum nornarhár. Þetta efni er reyndar alveg eins og steinull.  Seinni myndin sýnir mikið stækkuð nornarhár. 

Á Hawaii eru nornarhár mjög algeng og nefnd Pele´s hair.  Það er almennt vitað að nornarhár geta aðeins myndast úr kviku sem hefur seigju undir 10 Pas og passar það mjög vel við kvikuna í Holuhrauni.  Ég hef borið þessa seigju saman við seigju hunangs, en þar á ég við ekta hunang við stofuhita, en ekki hunang, sem er víða selt hér á landi og þynnt út með vatni eða sykurupplausn. 

Kvikan úr Bárðarbungu rennur eins og hunang og er um 1175 stiga heit

Ein helstu einkenni hraunkviku er hitastigið og seigjan. Þessi atriði ráða miklu um hegðun kvikuhreyfinga í jarðskorpunni og eldgosa.  Það er hægt að reikna út bæði seigju og hita út frá efnasamsetningu kvikunnar.  Ég hef notfært mér efnagreiningar Jarðvísindastofnunar Háskólans af Holuhrauni hinu nýja til að ákvarða þessa eðlisþætti kvikunnar. Fyrri myndin sýnir að hitinn á nýja hrauninu er um 1175 til 1180 oC (púnktarnir innan rauða hringsins).  Til samanburðar sýnir myndin hita á kvikum, sem komu upp á Fimmvörðuhálsi (basalt) og úr toppgíg Eyjafjallajökuls (trakí-andesít) í gosinu árið 2010.  Brotna örin sýnir að kvikan úr Eyjafjallajökli var fjölbreytt hvað varðar efnasamsetningu og flókin.   Í samanburði er Holuhraun einfalt dæmi.    Önnur myndin sýnir seigju kvikunnar.  Hún er reiknuð í einingunni Pascal-second eða Pas fyrir seigju.   Önnur eining fyrir seigju er Poise, en ein Pas er jafnt og 10 Poise. Kvikan sem kemur upp í Holuhrauni nú er með seigju um 1.54 Ln Pa Second = 15.4 poise eða 1540 centipoise.  Hvað þýðir það?   Hér á eftir fylgja  nokkur dæmi um seigju, í Pascal-second.   Hunang 2-10 Pas, tómatsósa 50-100 Pas, hnetusmjör um 250 Pas. Sem sagt:  kvikan sem kemur upp í Holuhrauni er nálægt seigjunni á hunangi eða jafnvel enn meira fljótandi.  Þetta er seigjan á kvikunni þegar hún kemur út úr kvikuþrónni og rennur í ganginum.  Strax og hún kemur upp á yfirborðið þá kólnar hún og verður mun seigari, eins og bláa örin á  línuritiinu til hægri sýnir.   Ég hef bloggað um seigju í kvikunni á Fimmvörðuhálsi og úr Eyjafjallajökli hér, til samanburðar: http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/category/2670/