Kvikurennslið

Það er nú greinilegt að sig öskjunnar undir Bárðarbungu er tengt kvikurennsli út úr kvikuþró undir öskjunni og út í ganginn til norðurs og að hluta til upp á yfirborð í Holuhrauni hinu nýja.   Hvert er samspil kvikurennslis upp á yfirborð og sigs á botni öskjunnar í Bárðarbungu?  Við höfum ekki nákvæmar tölur til að vinna með, en getum samt fengið nokkra hugmynd um kvikurennslið.  Síðan gosið hófst hefur  hraun um 20 ferkílómetrar á stærð gosið í Holuhrauni hinu nýja. Það lætur nærri að meðal þykkt hraunsins sé um 3 til 4 m. Þá eru komnir upp um það bil 60 til 80 milljón rúmmetrar af hrauni.  Þetta er framleiðslan á tólf dögum, eða um  5 til 7 milljón rúmmetrar á dag.  Þetta er að sjálfsögðu mikið magn, en reyndar sáralítið kvikurennsli í samanburði við til dæmis Lakagosið (Skaftárelda 1783), þegar framleiðslan var um 100 til 200 milljón rúmmetrar á dag.  Enda var gossprungan undir Lakagígum um 25 km löng.   Hvað er nýja hraunið stórt í samanburði við sig öskjunnar undir Bárðarbungu?  Öskjusigið í Bárðarbungu er nú talið um 0,8 metrar á dag. Lauslega áætlað er flatarmál öskjunnar um 130 ferkílómetrar.   Reyndar sígur ekki allur öskjubotninn, heldur miðja hans mest, en samkvæmt þessu er sigið lauslega áætlað um 50 til 100 milljón rúmmetrar á dag.   Ef það er nærri lagi, þá kemur aðeins um 5 til 10% af kvikunni upp á yfirborðið, en mikill meirihluti kvikunnar fer í að stækka ganginn.  Ég held að þetta minni okkur enn einu sinni á þá staðreynd að  er það aðeins lítill hluti af kviku sem er á hreyfingu í jarðskorpunni  kemur upp á yfirborðið. 

Tilfinningin um eldgos

 

 

Það er eitt ágætt orð til á enskri tungu, sem lýsir vel upplifunni þegar maður stendur fyrir framan gjósandi eldfjall: sublime.    Það þýðir eitthvað sem er mikilifenglegt eða ægifagurt og er atburður eða sýn, sem neyðir okkur til að horfast í augu við ógnardjúp tilverunnar.  Írski átjándu aldar heimspekingurinn Edward Burke (1729-1796) kom fyrst fram með kenninguna um sublime, en Gunnar J. Árnason hefur fjallað á íslensku um hugmyndir Burkes. Þegar maðurinn stendur frammi fyrir slíku ógnarafli, þá kemur best fram smæð okkar en samkvæmt Burke þá hljótum við sjálfstraust, hugrekki og sýnin af eldgosinu neyði okkur til að standa á eigin fótum og vera sjálfum sér trúr.   Væri það ekki einmitt gott nú fyrir Íslensku þjóðina?  Þannig þvingar gosið okkur til að standa á eigin fótum gagnvart náttúrunni.  Ég veit ekki hvort ég hef mikið pælt í slíkum bollaleggingum, þegar ég  kemst í návígi við eldgos, eins og í Holuhrauni í dag, en allavega er augnablikið mikilfenglegt og ægifagurt.  Myndina tók Ragnar Axelsson. 

Efnasamseting kvikunnar úr Bárðarbungu

 

 

Jarðvísindamenn fá miklar upplýsingar um uppruna kvikunnar og innri gerð eldfjalla með því að efnagreina sýni úr hraunum og öðru gosefni, alveg á sama hátt og læknirinn safnar ýmsum vökvum (blóði, þvagi osfrv.)  frá sjúklingnum og efnagreinir til að dæma um innra ástand hans.  Nú hefur Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands  birt efnagreiningar á fimm sýnishornum af hrauni úr hinu nýja Holuhrauni.  Það er sýnt í töflunni hér fyrir ofan.  Það eru tvö efni, sem segja mikilvæga sögu.  Annað er kísill (SiO2), sem er um 50 til 50,8% af kvikunni.  Hitt er magnesíum oxíð (MgO), sem er um 6,8 til 7,1%.   Þetta er efnasamsetning basalt kviku, sem hefur setið í grunnu kvikuhólfi inni í jarðskorpunni nokkuð lengi og þróast þar.  Þetta er ekki efnasamsetning frumstæðrar kviku, sem kemur  beint úr möttli jarðar, af miklu dýpi.  Þar með er kenning sumra vísindamanna dauð, að gangurinn sé kominn beint úr möttli.  Jarðskorpan er ca. 30 til 40 km þykk undir þessu svæði og þar undir er möttullinn, sem er 2900 km þykkur.   Frumkvikan myndast í möttlinum og berst upp í jarðskorpuna, þar sem hún þróast.  Hver er efnasamsetning kviku í möttlinum?  Önnur mynd er tekin frá Kresten Breddam og sýnir  dæmi um efnasamsetningu kviku sem kemur beint frá möttlinum.  Þetta dæmi er basalt, sem gaus til að mynda stapann Kistufell, sem er rétt norðan við Bárðarbungu.  Basaltið í Kistufelli er óvenju ríkt af magnesíum, og er MgO í gleri (kvikunni) á bilinu  10 til 12%.   Eins og Breddam sýnir framá er þetta efnasamsetning kviku (blái kassinn á myndinni fyrir neðan), sem er í kemísku jafnvægi við möttulinn og hefur því komið upp beint úr möttlinum.   Þetta er gjörólíkt kvikunni, sem nú gýs (rauði hringurinn á myndinni) og er hún greinilega ekki komin beint úr möttli.   Hins vegar getur frumstæð kvika, eins og sú sem myndaði Kistufell, borist upp úr möttlinum, safnast fyrir í kvikuhólfi og breytst með tímanum í þróaða kviku, eins og þá, sem nú gýs.  Þetta er sýnt með rauðri brotalínu á myndinni.  Þessar upplýsingar um efnasamsetningu styðja því eftirfarandi einfalda mynd um virkni Bárðarbungu:  (1)  Frumstæð kvika (MgO um 10 til 12%) streymir upp úr möttlinum og fyllir kvikuhólf grunnt í jarðskorpunni undir öskju Bárðarbungu.  Slíkur straumur er sennilega alltaf í gangi og gerist ef til vill án nokkurra merkja á yfirborði. (2)  Frumstæða kvikan breytir efnasamsetningu vegna diffrunar, þegar vissir kristallar skiljast frá kvikunni. Við það verður kvikan þróuð og MgO lækkar í ca. 6 til 7%.   Ef til vill er kvikuþróin þá lagskift, með lag af þróaðri kviku ofaná hinni frumstæðu, sem kemur upp úr möttlinum.  (3)  Kvikuþrýstingur í grunnri kvikuþró fer vaxandi og þróuð kvika brýst út úr þrónni, inn í sprungukerfi, fyrst til austurs og síðan til norðurs og myndar  hin margumtalaða kvikugang.  (4)  Sprungugos hefst þar sem gangurinn sker yfirborð jarðar norðan jökulsins.  (5)    Streymi kviku úr kvikuþrónni út í ganginn og upp á yfirborð veldur því að þrýstingur fellur inni í kvikuþrónni og  þak hennar, eða botn öskjunnar byrjar að síga.  Nú nemur sig um 15 metrum.   Í dag hefur hraunbreiðan náð 19 ferkílómetrum að flatarmáli.  Sennilega var því kvikuhólfið fullt þegar skjálftavirkni hófst.  Gosið hófst með fullan tank.  Það getur hæglega innihaldið tugi ef ekki hundrað rúmkílómetra af kviku, en sennilega kemur aldrei nema lítið brot af þessari kviku upp á yfirborðið.

Hafísinn í haust

Fjölmiðlar greina frá því að hafísþekjan á norðurhveli sé að stækka. Fréttin er því miður ekki sett fram í samhengi við sögulegan raunveruleika, heldur einblínir fréttin á eitt ár.  Myndin til vinstri er línurit frá gervihnetti  NSIDC. Það sýnir  flatarmál hafísbreiðunnar á norðurhveli í ágústmánuði ár hvert, i  milljónum ferkílómetra.  Gögnin ná aftur til ársins 1979, en þá var hafísþekjan um 8,5 milljón ferkílómetrar. Nú er hún komin niður í um 5,5 til 6 milljón ferkílómetra.  Hafísbreiðan er yfirleitt í lágmarki í lok ágúst.  Það er ljóst að töluverðar sveiflur koma fram ár frá ári, en það er einnig öllum ljóst, að þegar á heildina er litið, þá minnkar hafísbreiðan hratt. 

Stafar mesta hættan af brennisteinsgasinu?

Brennisteinsgas er eitt af aðal gastegundunum, sem streymir út við eldgos. Í Skaftáreldum árið 1783 streymdi út í andrúmsloftið um 150 milljón tonn af SO2 eða brennisteinstvíoxíði, ásamt miklu magni af flúórgasi og orsakaði það Móðuharðindin.  Þá féll um 75% af öllum búpening á Íslandi og þjóðinni fækkaði um 24%.  Sauðfé og nautgripir átu gras, sem var mengað af flúórefnum úr gosinu og olli það dauða þeirra.  Gosið og Móðuharðindin  eru mestu náttúruhamfarir, sem Íslendingar hafa orðið fyrir. EKKERT annað land hefur tapað svo stórum hluta  þjóðarinnar.  Einnig verður útblástur af gastegundinni H2S eða brennisteinsvetni við eldgos, en það er eiturgas ef það er fyrir hendi í miklum mæli.  Stöðug virkni gíganna í Holuhrauni dælir nú út miklu magni af brennisteinsgasi í dag. Nú er hægt að fylgjast með útblæstrinum á  vefsíðu NASA hér: http://so2.gsfc.nasa.gov/index.html

Myndin fyrir ofan er frá Aura gervihnettinum, en hún sýnir SO2 eða brennisteins oxíð magn í lofthjúpnum umhverfis Ísland hinn 4. september 2014.  Aura mælir mökkinn einu sinni á degi hverjum.  Magnið er mælt í Dobson units (DU).  Brennisteinsgasið er sennilega mest fyrir neðan veðrahvörf, eða undir 10 km hæð yfir jörðu og rignir því út  þegar gasið gengur í efnasambönd við raka í andrúmsloftinu.  Vonandi fellur það súra regn að mestu yfir hafið, en eitthvað af því getur haft áhrif á landi.  Ef það berst hærra, yfir veðrahvörf, þá er það komið upp í heiðhvolf (stratosferuna) og getur haft áhrif á loftslag (kólnun).  En yfirleitt berst brennisteinsgas ekki upp í heiðhvolf nema í kröftugum sprengigosum, sem bera gjóskumökk uppfyrir um 15 km hæð.  NASA hefur mælt heildarmagn af brennisteinsgasi SO2 í mökknum frá útblæstrinum í Holuhrauni með Aura gervihnettinum  og er það sýnt á annari myndinni. Rauða línan sýnir magn brennisteinsgassins í kílótonnum (1 kílótonn = 1 þúsund tonn).  Hinn 5. september var magnið í mekkinum því um 12 þúsund tonn.  Þetta er enn bara upp í nös á ketti, en ef gosið heldur áfram með þessum krafti, mánuðum eða árum saman, þá er brennisteinsgas og móðan mjög mikið umhverfisvandamál fyrir Ísland og nágrannalöndin. 

Berggangur á Grænlandi

Ég skrapp til Grænlands, meðal annars til að skoða bergganga í Scoresby Sundi á Austur Grænlandi.  Og viti menn: á meðan hefst eldgos á Íslandi!   Myndin fyrir ofan er af um 2 m breiðum berggangi, sem sker hér rauð sandsteinslög frá Kolatímanum, eða um 300 milljón ára gömul.  Gangurinn er sennilega frá tertíer, eða um 50 milljón ára gamall. Á Grænlandi er mikill fjöldi bergganga, sem mynduðust þegar íslenski heiti reiturinn skreið frá vestri til austurs, undir Grænland, frá um 65 til um 50 milljón árum síðan.

Breidd bergganga

Jarðvísindadeild Háskóla Íslands telur að kvikugangurinn frá Bárðarbungu sé 1,1 til 4,1 meter á þykkt.  Það er algeng þykkt á berggöngum á Íslandi. Takið eftir, að hann er kvikugangur á meðan hann er bráðinn og um 1200 oC heitur, en verður berggangur eftir nokkur ár, þegar hann kólnar og storknar.   Hér með fylgir mynd, sem sýnir þykkt tæplega 500 ganga á Snæfellsnesi, sem við Jóhann Helgason höfum mælt.  Lárétti ásinn er í metrum, en sá lóðrétti er fjöldi ganga sem eru mældir.  Flestir eru um 1 meter á breidd, en margir frá 3 til 5 m. En gangar, sem eru allt að 20 m eru til, þótt sjaldgæfir séu. Kvikugangurinn frá Bárðarbungu er því af algengri gerð, hvað varðar þykkt hans.

Gosúlfurinn

 

 

Smalinn í dæmisögu Esops hrópar “úlfur, úlfur!”  til að vekja athygli á sér og til að stríða fólkinu á bænum.   Einn daginn birtist úlfurinn út úr skóginum og smalinn hrópar hástöfum, en fólkið er nú hætt að trúa honum.  Úlfurinn nemur eitt lambið á brott á meðan strákurinn æpir og enginn hlustar lengur á.   Forna dæmisagan er að sjálfsögðu öfgafullt dæmi, en hún minnir okkur á hvað trúverðugleikinn er mikilvægur en brothættur. 

Sérfræðingar sem fjalla um eldgos og aðra náttúruvá verða að þræða hinn örmjóa stíg milli þess að veita upplýsingar og ráðgjöf um yfirvofandi atburð annars vegar, og að forðast þess að lesa ekki of mikið í gögnin og draga ótímabæra ályktun hins vegar.  Eitt frægasta dæmið í þessu sambandi gerðist á  La Soufriere eldfjalli á eynni Guadeloupe í Karíbahafi árið 1976.  Órói hófst í eldfjallinu  og franskir sérfræðingar ráðlögðu að öll byggðin skyldi rýmd, þar á meðal borgin Basse-Terre með 60 þúsund íbúa.  Jarðvísindamaðurinn, sem lagði þau slæmu ráð hafði góð sambönd og mikla hæfileika til að samfæra fólk, enda varð hann síðar menntamálaráðherra Frakklands.  Óróanum fylgdi aukin hveravirkni á svæðinu.  Borgin var tæmd og allt héraðið var lokað fyrir allri umferð í sex mánuði, sem hafði gífurleg áhrif á afkomu fólksins og efnahag eyjarinnar.  Ímundið ykkur að komast ekki heim í háft ár, að loka öllum verslunum og iðnaði!  Aldrei kom gosið.  Merki um eldgos er að kvika kemur upp á yfirborð jarðar í einhverju formi, annað hvort sem hraunkvika eða aska, sem kemur úr kviku við sprengigos.  Einn sérfræðingur á La Soufriere lýsti því yfir að hann hefði fundið glerkorn (storknuð kvika)  í efni sem kastaðist upp í hverasprengingum.  Þar með var dregin sú ályktun að gos væri hafið og svæðið því rýmt.   Síðari rannsóknir sýndu fram á að sérfræðingurinn hafði rangt fyrir sér, en hann hafði  misgreint kristalla af steindinni epídót sem gler.  Það voru dýr mistök, sem minna okkur á að jafnvel svokallaðir sérfræðingar geta haft rangt fyrir sér. 

Á ensku er oft notað orðatiltækið “to err on the right side.”   Ef þú gerir villu, þá er betra að hún sé réttu megin.  Allur er varinn góður, segjum við.  Það er víst betra að hafa spáð gosi, sem ekkert varð úr, en að hafa ekki spáð gosi, þegar gos brýst svo út.  En eftir hvað mörg platgos hættir fólkið að trúa þér?  

Hvað orsakaði stóra skjálftann?

 

Í morgun kom stærsti skjálftinn í Bárðarbungu til þessa.  Hann var 5,7 að styrk og á 6,2 km dýpi.  Hann er staðsettur djúpt undir norður brún öskju Bárðarbungu, samkvæmt Veðurstofunni.  Athugið að á þessum jarðskjálftaskala er til dæmis skjálfti af stærðinni 5 hvorki meira né minna en 33 sinnum stærri en skjálfti af stærð 4.  Þessi mikli skjálfti er af sömu stærðargráðu og skjáftarnir tíu undir Bárðarbungu, sem Meredith Nettles og Göran Ekstrom rannsökuðu í grein sinni árið 1998.  Það voru skjálftar frá 1976 til 1996, sem þau könnuðu, á dýpi allt að 6,7 km.   Hvað er það, sem hleypir af stað svona stórum skjálftum undir eldfjallinu?  Hvað þýðir það fyrir framhaldið?  Sérfræðingar hafa gefið í skyn að þeir telji skjálftann  í morgun  vera afleiðingu af kvikuflæði út úr kvikuþró undir öskjunni og inn í ganginn.  Það væri þá þak kvikuþróarinnar, sem er að síga niður og skjálftinn verður á brúninni.  Samkvæmt þeirri túlkun ætti kvikuþróin að ná niður á 6,2 km dýpi.    Kvikuþrær undir íslenskum eldfjöllum sem hafa öskjur eru fremur grunnt undir yfirborði.  Þanni er talið að kvikuþró sé á 2 til 3 km dýpi undir Kröflu, 2 km undir Kötlu og um 3 km undir Öskju.  Kvikuþró á allt að 6 km dýpi undir öskju Bárðarbungu væri því mjög ólíkt því sem við höfum vanist.  Þess vegna ber að athuga hinn möguleikan að stóri skjálftinn sé af tegundinni sem Ekstrom stingur uppá: tengdur hreyfingu á hringlaga sprungu, sem er í jarðskorpunni UNDIR kvikuþrónni.  Ég hef fjallað um líkan Ekstroms áður hér:  http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1428037/

Og einnig hér: http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1428340/

 Skjálftafræðingar eiga eftir að ákvarða af hvaða tegund þessi skjálfti er, út frá "first motion" eða könnun á hreyfingu fyrstu bylgjunnar í skjálftanum.  En á meðan verðum við að taka til greina að hann sé samkvæmt líkani þeirra Ekstroms.  Ef sig er að gerast í öskjunni og veldur jarðskjálftanum, þá ætti það að koma fram á GPS mælinum á Dyngjuhálsi. Svo er ekki.  Þá grunar mann að orsökin á þessum stóra skjálfta sé önnur en öskjusig.

Stærsti kristall jarðar

 

Kristall eða steind myndast þegar frumefni raða sér þétt saman á mjög reglubundinn hátt, þannig að úr verður steind eða hart efni með ákveðnar útlínur og form.  Flestir kristallar eru nokkrir millimetrar á stærð.  Stærstu kristallar, sem vitað er um í jarðskorpunni finnast í námu í Mexíkó.  Naica náman í norður hluta Mexíkó hefur verði rekin síðan árið 1794 og þar hafa menn grafið blý, silfur og sínk úr jörðu.  Náman er í  kalksteini frá Krítartíma, en fjöldi af berggöngum úr líparíti hafa skotist inn í kalkið. Af þeim sökum er hitastig nokkuð hátt hér í jarðskorpunni.  Árið 2000 sprengdu námumenn sig inn í stórt holrými eða helli, sem var fullur af um 58 stiga heitu vatni.  Síðan var hellirinn tæmdur, en jarðvatni er dælt uppúr námunni, sem samsvarar um 60 þúsund lítrum á mínutu.  Vatnið er reyndar saltur vökvi eða pækill, sem inniheldur ýmis efni í upplausn.  Þegar hellirinn var tæmdur af vatni, þá komu í ljós undurfagrir og risastórir kristallar, sem hafa vaxið úr gólfi og veggjum hans.  Þetta eru mest kristallar af gifsi, eða kalsíum súlfati, CaSO4.   Rannsóknir sýna að kristallarnir hafa verið að vaxa hér í meir en 200 þúsund ár.  Á þessum tíma hafa gefist kjöraðstæður fyrir kristalvöxt: stöðugur hiti, jöfn efnsamsetning pækilsins og algjör friður fyrir kristallana að ná risastærð. Sumir eru allt að 15 metrar á lengd og yfir meter í þvermál.  Til að komast í hellinni þaf að fara 300 metra niður í jarðskorpuna.  Þegar farið er inn í hellinn er nauðsynlegt að klæðast sérstökum búning, sem hefur innbyggt kælikerfi til að verjast 58 stiga hitanum og 100% raka.  Yfirleitt helst enginn þar við meir en 30 mínútur.  Nýlega fór vinur minn Carsten Peter niður í hellinn og tók þá þessa mynd.  Hér í dýpinu er ótrúleg fegurð, þar sem risavaxnir kristallar vaxa þvers og kruss um hellinn og dreifa ljósinu á töfrandi hátt.

Sennilega eru þetta stærstu kristallar sem finnast í jarðskorpunni, en þó ekki endilega stærstu kristallar í jörðinni  -- þeir finnast miklu dýpra.  Sumir jarðvísindamenn telja, að stærstu kristalla jarðar  sé að finna í innri kjarnanum.  Það var Inge Lehmann sem uppgötvaði innri kjarna jarðar árið 1936 út frá dreifingu jarðskjálftabylgna. Síðan var sýnt fram á að hann er heill, óbráðinn, ólíkt ytri kjarnanum, sem er fljótandi járn.  Kjarninn í heild er mjög heitur, eða um 6000 stig, en þegar þrýstingurinn eykst með dýpinu, þá storknar járnið í kristalla og myndar þannig innri kjarnann, með þvermál um 2440 km.  Innri kjarninn vex stöðugt, þegar járnbráðin úr fljótandi ytri kjarnanum kristallast utanum innri kjarnann.  Talið er að innri kjarninn stækki um það bil  0,5 mm á ári vegna mjög hægfara kólnunar jarðar. 

  Jarðskjálftabylgjur berast í gegnum innri kjarnann, en þær fara töluvert hraðar í norður-suður átt, en austur-vestur átt.  Jarðskjálftabylgjan fer um fjórum sekúndum hraðar milli pólanna en þvert í gegnum jörðina við miðbaug.  Þetta er um 3% hraðamunur.  Hvað veldur því að bylgjur berast hraðar frá norðri til suðurs en í austur-vestur átt?  Yfirleitt er talið að slíkt fyrirbæri sé vegna þess, að kristallar hafa vissa stefnu í jörðinni, en jarðskjálftabylgjur berast hraðar um einn ás kristalla en í aðrar áttir.   Það eru nokkrar gerðir af járn kristöllum sem koma til greina í innri kjarnanum.  Myndin sýnir innri gerð  þeirra, eða röðun atóma í kristalgerðinni.  Það er í járni með kristalgerðina hcp, sem jarðskjálftabylgjur berast hraðast í eina áttina.   Er þetta kristatltegundin, sem myndar innri kjarnann?  Lars Stixrude og Ronald Cohen hafa rannsakað þetta manna mest og telja að hægt sé að útskýra hraðamuninn á jarðskjálfatbylgjum í gegnum innri kjarnann aðeins með því að gera ráð fyrir að hann sé gerður úr einum stórum kristal eða mjög fáum samhliða kristöllum.  Þarna er þá ef til vill að finna stærsta kristal jarðar – í innri kjarnanum.