Ástæðan fyrir því að Katla er ekki stærsta títannáma heims

Þegar Katla gýs, þá þeytir hún upp ógrinni af kviku, sem inniheldur meira títan en nokkur önnur kvika á jörðinni.  Títanríka gjóskan úr Kötlugosum safnast fyrir í miklu magni á suður strönd Íslands, aðallega sem vikur og sandur á Mýrdalssandi og Skógasandi, sem inniheldur á milli 4 og 5% af títanoxýði. Títan er mjög merkilegur og nokkuð dýr málmur.  Árið 2000 keypti ég mér Apple Titanium fartölvu.  Hún hefur reynst mér vel, enda er málmkápan utan um tölvuna úr málminum títan.  Títanmálmurinn er sterkari en stál, og nær helmingi léttari.  Hann hefur hæsta hlutfall af styrk á móti eðlisþyngd af nokkrum málmi. Títan er af þeim sökum notað í allskyns hluti, einkum í flugiðnaðinum, og meðal annars er títanoxyð einnig merginefnið í hvítri málningu.  Birgðir af títan finnast í jörðu í ýmsum löndum, og þar á meðal Ástralíu, Kanada, Kína, Indlandi, Nýja Sjálandi, Noregi og  Úkraínu.  Ársfamleiðslan er um 90 þúsund tonn af títan málminum og um 4,8 milljón tonn af  títan oxýði.   Talið er að birgðir séu um 600 milljón tonn.  Einn stærsti þátturinn er eftirspurn fyrir flugiðnaðinn.  Í eina Boeing 777 flugvél fara um 58 tonn af títan, og ein  Airbus A380 vél þarf 77 tonn.  Til dæmis er um 15% af þyngd nýju Boeing 787 Dreamliner farþegaþotunnar títanmálmur.  Vegna mikilvægi títans í flugiðnaðinum er talið að eftirspurn muni hafa vaxið um 40%  árið 2015.  Verð á títan hefur því hækkað nýlega frá $9 til $12 pundið eins og myndin fyrir ofan sýnir, og mun fara hækkandi.  Í stærstu títannámum heims, eins og til dæmis í Tellnes námunni í Noregi og í Kolari námunni í Finnlandi, er um 5 til 7% títanoxíð í berginu.  Það er lítið meira en þau 4 til 5% af títanoxíði sem finnast í gosbergi frá eldstöðinni Kötlu á Íslandi.  Hraunkvikan sem kemur upp úr Kötlugjá, til dæmis í gosinu árið 1918, er títanríkasta kvika sem gýs á jörðinni.  Við verðum að fara til tunglsins til að fá títanríkari hraunkviku, en á tunglinu er basalt sem inniheldur 9 til 13% TiO2.   Mikið af títan er unnið úr sandi meðfram ströndum meginlandanna.  Rútil (TiO2) og ilmenít (FeTiO3 eða ferro-títaníum) mynda korn í sandinum og eru sandkornin af þessum títanríku kristöllum skilin frá sandinum vegna hárrar eðlisþyngdar þeirra.  Eðlisþyngd rútils og ilmeníts er tiltölulega há, eða um 4,3 til 4,7 grömm á hvern rúmsentimetra og geta stórar skilvindur því auðveldlega unnið þessa fágætu kristalla úr sandinum.   Í gjóskunni sem kemur upp úr Kötlu er þessu allt öðru vísi háttað.  Kötluaskan er títanrík, en hér er títan aðallega bundið í glerinu sem myndast þegar hraunkvikan kólnar.  Myndin til hliðar sýnir Kötluösku frá einu stærsta gosi eldstöðvarinnar, sem var fyrir um 11 þúsund árum. Við Christian Lacasse höfum kannað samsetningu kvikunnar sem kom upp í þessu gosi.  Myndin er tekin í gegnum smásjá, og það er strax ljóst að glerið er eins og vel hrærð marmarakaka.  Hér skiftast á lög af ljósgulu líparítgleri, sem er ríkt af kísil, og lög af mjög dökkbrúnu basaltgleri, sem er rikt af títan.  Sem sagt: títanið er bundið í glerinu, en ekki af neinu magni í steindum eða kristöllum.  Af þeim sökum er ekki hægt, með þekktum aðferðum, að ná títani úr Kötluöskunni, þótt mikið sé af því og ógrinni af vikri og sandi meðfram suðurströnd Íslands.  Þetta minnir okkur á, að það er eitt að verðmætu efnin séu fyrir hendi í miklu magni, en það er svo allt annað að mál efnin séu í því formi sem er vinnanlegt með þekktum námuaðferðum.  Þriðja myndin sýnir títan innihald í kvikunni frá Kötlu.  Þar kemur einnig fram, að kvikan er tvennskonar: basalt kvika með hátt títan, og líparítkvika með lagt títan.  Þriðja myndin sýnir títanmagnið í kvikunni úr Kötlu. Þar kemur fram að kvikan er tvennskonar.  Annars vegar er basaltkvika, sem inniheldur allt að 5% TiO2.  Hinsvegar er líparítkvika, sem hefur mjög lágt títaninnihald.

 

 

 

 

Sjaldgæfu jarðmálmarnir eru gulls ígildi

Kína er með nær algjöra einokun á sjaldgæfu jarðmálmunum, og nú eru gömul móðurborð og  önnur rafeindaborð allt í einu orðin gulls ígildi.  Sjaldgæfu jarðmálmarnir eru sautján frumefni í töflu lotukerfisins, frá númer 57 til 71, og þar á meðal efnin skandíum, yttríum,  samaríum og fimmtán lantaníð efnin.  Sjaldgæfu jarðmálmarnir haga sér allir líkt. Þeir hafa meðal annars mjög góða leiðni.   Þessir málmar eru ómissandi í rafeindaiðnaðinum, og nauðsynlegir við gerð á tækjum sem við reiðum okkur mikið á í daglegu lífi.  Þeir eru til dæmis mikilvægir málmar í tölvum, rafhlöðum, farsímum, bifreiðum, seglum, flúrósent ljósum, videódiskum og yfirleitt í öllum tækjum með rafeindaborðum.  Framleiðslan af sjaldgæfu málmunum árið 2009 var 124 þúsund tonn, en eftirspurnin var um 134 þúsund tonn.   Um 97% af öllum sjaldgæfu málmunum eru grafnir úr jörðu í Kína, eins og myndin fyrir ofan sýnir, og það er eiginlega engin samkeppni á þessu sviði.  Verð á öllum sjaldgæfu málmunum hefur rokið upp úr öllu valdi, eins og myndin til hliðar sýnir.  Verð á samaríum hefur til dæmis hækkað úr um $20 á kíló í fyrrasumar, upp í um $120 á kíló nú í febrúar 2011.  Viðbrögð rafiðnaðarins í Japan og á vesturlöndum er “urban mining” eða námugröftur í borgum.  Nú er byrjað að endurvinna í stórum stíl gamlar og úreltar tölvur, farsíma og annan rafbúnað, til að ná úr þeim sjaldgæfu málmunum.  Það er hægt að vinna sjaldgæfu jarðmálmana úr jörðu í öðrum löndum heims, en talið er að það taki um tíu ár að koma því til leiðar, og á meðan stjórna Kínverjar algjörlega markaðnum.  Kínverjar hafa verið skynsamir í þessu máli og stýrt því vel með sínu volduga efnahagskerfi.  Hvað er eiginlega að hinum kapítaliska heimi, að átta sig ekki á slíkum fremur einföldum atriðum, fyrr en allt er komið í strand?  Það getur orðið dýrt fyrir þjóðfélagið til lengdar að  láta berast undan vindi með  illa upplýsta kapítalista undir stýri. Einokun Kínverja á sjaldgæfu jarðmálmunum er sláandi.  Ég held að það komi ef til vill best í ljós ef við skoðum verð á samaríum undanfarið.  Eins og myndin fyrir ofan sýunir, þá hækkaði kílóið af samaríum úr $20 upp í $120 á sex mánuðum frá marz 2010 til febrúar 2011.   Nú eru iðnríkin að byrja að bregðast við.  Námugröftur mun hefjast í Mountain Pass námunni í Kaliforníu á næstunni og gert er ráð fyrir að hún geti framleitt um 20 þúsund tonn á ári.  En framtíðarnáman fyrir sjaldgæfu jarðmálmana er sennilega á hafsbotni.  Víðs vegar um heimsins höf finnast hnefastórar kúlur af mángan, sem liggja á hafsbotni og bíða eftir því að vélmenni komi til að tína þær upp í körfu, sem er hífð upp og um borð í námuskipið.  Mángankúlur eru útfellingar af ýmsum efnum úr sjónum. Mynd til hliðar sýnir eina slíka.  Þær innihalda töluvert magn af dýrum málmum (gulli og platínu) og einnig eru þær ríkar af sjaldgæfu jarðmálmunum.  Ef til vill er verð á þessum málmum nú orðið það hátt  að námugröftur á hafsbotni borgar sig.  Þá er einokun Kína sprungin.

 

 

 

 

Fosfór að þrotum komið – en það er allt í lagi

Jarðefni af ýmsu tagi halda heiminum gangandi:  námur, olíulindir, jarðvarmi og aðrar auðlindir í jörðu.  Lengi höfum við litið á það sem sjálfsagðan hlut, að þær séu flestar óendanlegar: að vandamálið væri leysanlegt bara með því að senda út fleiri jarðfræðinga og námumenn til að finna nýjar námur og grafa upp meiri auðæfi úr jörðu.  Margt bendir nú til þess, að eftirspurn sé nú að fara fram úr framboði á ýmsum jarðefnum.  Ég ætla að fjalla um aðeins eitt efni hér í þessu sambandi, en það er fosfór  (frumefnið er P).   Aðalnæringarefni jurta eru nitur (N), kalí (K), fosfór (P), kalsíum (Ca), magnesíum (Ma) og brennisteinn (S).  Lengi vel notuðu bændur mykju, hland, skít og önnur úrgangsefni búpenings til að bera á akra sína, en svo kom efnaiðnaðurinn til sögunnar. Víðast hvar er nú borinn tilbúinn áburður með þessum efnum á akra heimsins og hráefnið í tilbúinn áburð kemur úr námum, nema nítur, sem er unnið úr loftinu.   Myndin fyrir ofan sýnir hvernig námugröftur eftir fosfór hefur aukist síðustu tvær aldir.  Í dag er eftirspurn eftir fosfati um 148 milljón tonn á ári, og er nú talið að þessar birgðir verði þrotnar eftir 50 til 100 ár. Á nítjándu öldinni voru miklar birgðir af fosfati uppgötvaðar á eyjum undan Kyrrahafsströnd Perú.  Hér var það fugladrit eða gúanó sem innihélt fosfatið. En þær birgðir eru nú fullunnar og þá hófst námugröftur úr jörðu.  Nær allar birgðir og námur af fosfati eru nú í þremur löndum: Marokkó, Kína og Bandaríkjunum.  Marokkó hefur mestar birgðir, en reyndar eru þær alls ekki í Marokkó, heldur í Vestur Sahara, þar sem Marokkó hefur hertekið land.  Eins og er hefur Marokkó einokunaraðstöðu, en hver veit hvað gerist næst í Norður Afríku? Hvenær verður kónginum Mohammed í Marokkó steypt af stóli?  Alla vega er líklegt að þjóðin í Vestur Sahara, Saharawi,  reyni að ná völdum aftur.  Bandaríkjamenn verða búnir með sínar fosfór námur eftir 30 ár, og Kínverjar eru að hætta öllum útflutningi á fosfór til að varðveita sínar verðmætu birgðir af fosfati.  Eftirspurnin er gýfurleg; við mannkynið erum sannarlega fosfórfíklar.  Eins og myndin til hliðar sýnir, var verð á fosfati lengi mjög stöðugt.  En um 2007 og 2008 óx áhugi á að vinna eldsneyti úr jurtum, og eftirspurn eftir fosfati rauk upp og verðið hækkaði um 800% um tíma.  Það er enn hátt, kringum $400 tonnið, og fer stígandi.   Meiri partur af öllu vinnanlegu fosfati kemur úr fornu sjávarseti.  Í Norður Afríku finnast fosfór-rík setlög á svæðinu frá Atlasfjöllum og til Atlantshafsins.  Setlögin hafa myndast á hafsbotni á Eósen tíma, fyrir um 30 til 50 milljón árum.  Fósfórlagið sjálft er aðeins um 3 metrar á þykkt.  Talið er að fosfór hafi safnast saman hér á hafsbotni sem leifar af lífríki, líkt og olíurík lög myndast einnig í sjávarseti.  Aðal steindin eða mínerallinn í fosfatinu er apatít, Ca5(PO4)3(F,Cl,OH),  en við þekkjum það efni vel, þar sem það er ein aðal uppistaðan í tönnum og beinum okkar.    Ef eftirspurn vex eftir lífrænu eldsneyti er hætt við að fosfór verð hækki mikið í náinni framtíð.  Það er auðvitað ein frekar einföld og ódýr lausn á fosfatvandanum:  byrja aftur að bera mykju, skít og hland á akrana, og nýta allan þann úrgang sem nú rennur til sjávar frá klósettum mannkyns.   Taflan til hliðar sýnir innihald af köfnunarefni (N) og fosfór (P) í hlandi og saur fólks í ýmsum löndum.  Tölurnar eru kíló á ári, á mann.  Meðalborgari framleiðir um 500 lítra af hlandi á ári.  Það er nægilegur áburður á milli 300 og 600 fermetra af ökrum á ári.  Meðalborgari framleiðir um 50 lítra af saur á ári.  Það nægir til að bera á 200 til 300 fermetra af ökrum á ári.   Þarna liggur framtíðin, góður borgari.  Þeir hafa þegar gert tilraunir með slíkt í geimförum, og árangurinn er ágætur. 

 

Áhrif skjálftans á efnahag í Japan

Þegar kauphöllin opnaði í Japan í gær, þá hrundi markaðurinn um 6,2 prósent, eins og línuritið fyrir feril Nikkei sýnir.  Áhrif jarðskjálftans á efnahag eru mikil. Hundruðir af verksmiðjum eru lokaðar, víða er rafmagnslaust, og sumir hagfræðingar spá mikilli kreppu.  Toyota og Nissan hafa hætt framleiðslu í tuttugu bílaverum sínum, og Hona hefur lokað tveimur af þremur verum sínum. Sony hefur lokað átta verksmiðjum.  Í einni þeirra sluppu þúsund manns naumlega, þegar þeir flúðu upp á efri hæð til að komast undan flóðbylgjunni.  En ekki eru allir á því að jarðskjálftinn valdi miklu né langvarandi efnahagslegu áfalli.  Árið 1995 varð 6,8 skjálfti undir borginni Kobe, og 6400 létust.  Kobe var sjötta stærsta höfn í heimi og fyrsta mánuðinn eftir skjálftann árið 1995 féll framleiðsla Japana um 2,6 prósent, en reis svo strax næsta mánuð á eftir 2,2 prósent og hélt áfram að vaxa 3,4 prósent fyrir árið.  Efnahagsleg áhrif Kobe skjálftans voru nær strax þurrkuð út.  Kobe var miklu mikilvægari fyrir efnahag Japan en svæðið sem varð fyrir áhrifum jarðskjálftans og flóðbylgjunar síðastliðinn föstudag.    Ef við berum þetta saman við áhrif jarðskjálftans í janúar 2010 í Haítí, þá kemur allt önnur mynd í ljós.  Haíti er fátækasta þjóðin á vesturhveli jarðar.  Skjálftinn var 7,0 eða miklu veikari en skjálftinn í Japan. Samt fórust 250 þúsund manns, þrjú hundruð þúsund voru særðir, ein og hálf milljón heimilislaus, og höfuðborgin er enn í rústum.  Þessi fátæka þjóð réði alls ekki við slíkt áfall. Hins vegar er Japan ein ríkasta þjóð jarðar, og hefur lengi verið að undirbúa íbúa sína og byggingar fyrir stóran skjálfta og miklar hamfarir.   Japanir ráða alveg við þetta, og á þessu svæði munu rísa vandaðri borgir, þar sem enn meira öryggi gætir gagnvart jarðskjálftum og flóðbylgjum þeirra. 

Hvenær kemur stóri eftirskjálftinn?

Jarðskjálftafræðingar álíta að eftirskjálfti sé yfirleitt um einni stærðargráðu minni en stóri skjálftinn.  Samkvæmt því ætti eftirskjálftinn í Japan að vera allt að 7,9 og gæti komið hvenær sem er á árinu.  Það hafa þegar komið margir litlir skjálftar í kjölfar þess stóra, og 35 þeirra eru 5,0 eða stærri, og fjórtán þeirra stærri en 6,0.   Kortið sem fylgir til hliðar sýnir dreifingu eftirskjálfta, sem eru flestir undir hafinu austan við Japan.  Þetta er ótrúlegur fjöldi skjálfta á tveimur dögum, eins og sjá má. Upptök stóra skjálftans eru sýnd með stórum rauðum hring. Stóri skjálftinn í Síle árið 2010 var 8,8, og stóri eftirskjálftinn kom tæpu ári síðar nú síðastliðinn febrúar, en hann var 6,6.  Stór eftirskjálfti í Japan gæti myndað aðra flóðbylgju.  Eftirfarandi vefslóð gefur upplýsingar um eftirskjálfta um leið og þeir gerast.  http://mapserver.gis.ttu.edu/japanquake/

 

 

Koma stórir skjálftar í hrinum?

Það er oft sem ég er spurður álits á því, hvort eldgos og jarðskjálftar komi í hrinum. Eru ekki miklu fleiri stórir skjálftar nú á jörðu en oftast áður? Ég hef hingað til svarað því neitandi, einfaldlega vegna þess, að það er ekkert í kenningum og hugmyndum okkar um skorpuhreyfingar og innri krafta jarðarinnar, sem gætu skýrt slíkar hrinur. Í staðinn fyrir að deila um hugsanlegar hrinur, þá vill ég að lesandinn skeri úr sjálf. Hér til hliðar er mynd sem sýnir alla stóra skjálfta (stærri en stærðargráðan 8) á jörðu frá því um 1900,  eða síðan mælingar hófust.  Dæmið þið nú sjálf.  Var eitthvað sérstakt að gerast í kringum 1960 til 1970, og svo aftur nú 2004 til 2011?  Þetta eru spennandi (og hættulegir) tímar sem við lifum á.

Fjórir flekar á hreyfingu

Ég hef áður minnst á, að orsök jarðskjálftans mikla í Japan er sig Kyrrahafsflekans undir Japan.  En ég varaði mig á að geta ekki hvaða fleka hann sígur undir.  Það eru hvorki meira né minna en fjórir flekar á svæðinu umhverfis og undir Japan, svo málið er flókið.  Myndin til hliðar sýnir flekamótin, milli Kyrrahafsflekans að austan, Asíuflekans (Eurasian plate) fyrir vestan, Filipseyjaflekans í suðri og svo er flís af Norður Ameríkuflekanum í norðri. Flekarnir rekast á, skríða undir hvorn annan og þvælast fyrir hovr öðrum eins og ísjakar á stóru fljóti í leysingum. En það var einmitt sig Kyrrahafsflekans undir Norður Ameríkuflekann, sem orsakaði jarðskjálftann.  Vel á minnst: þeir sem búa á vestur hluta Íslands eru einnig á Norður Ameríkuflekanum.  Litli púnkturinn á myndinni merkir upptök skjálftans. Stóri hringurinn súynir spennusvið í jarðskorpunni, tengt skjálftanum. Það sýnir sig niður til aust-norðausturs.Eins og að ofan getur, þá er meðalhraði Kyrrahafsflekans 8 til 9 sm á ári.  Það er mikilvægt að taka það fram, að þetta er aðeins meðalhraðinn, mældur yfir þúsundir ára. Hins vegar getur flekinn staðið í stað lengi, en tkið svo stóran kipp.  Óstaðfestar fréttir herma, að Japan hafi færst til um 2,4 metra, og að möndull jarðar hafi einnig færst til um 25 sentimetra í jölfar skjálftans.

Flýtir skjálftinn fyrir virkjun jarðvarma í Japan?

Sprengingin í Fukushima kjarnorkuveri Japana  í gær kann að verða ein alvarlegasta afleiðing jarðskjálftans mikla.  En atburðurinn gæti ef til vill haft mikil áhrif á þróun orkumála í Japan og flýtt fyrir byggingu orkuvera sem eru reist á jarðvarma.  Eru kjarnorkuver ef til vill of hættuleg á virkum jarðskjálftasvæðum?  Fukushima orkuverið  er reyndar um 40 ára gamalt, og var sennilega ekki byggt fyrir svo sterkan skjálfta.  Japan er eitt af mestu eldfjallasvæðum heims, og þar er mikill hiti í jörðu. Samt sem áður kemur í dag aðeins um 0,2 prósent af raforku Japana frá átján jarðvarmavirkjunum.   Þær eru sýndar á myndinni til hliðar.  Japanska þjóðin hefur nýtt sér jarðhita meir en nokkur önnur og um margra alda raðir. Það er gömul hefð í Japan að baðast í heita vatninu frá hverum, og eru Japanir brautryðjendur í að nýta heita vatnið til hitunar húsa sinna. Þeir nota 8730 gígawattstundir á ári í bað, og 1940 gígawattstundir á ári til hitunar húsa.  Notkun jarðvarma til raforku hófst fyrir alvöru árið 1966 (22 MW Matsukawa virkjun).  Japan ætti með réttu að vera algjör brautryðjandi á sviði jarðvarmavirkjana í heiminum.  Þeir hafa stórkostlega tækni, mikinn jarðhita og skortir aðrar orkulindir.  Hvað er eiginlega að?  Sennilega er ein ástæðan að þróun jarðvarmavera hefur átt erfitt uppdráttar vegna þess að jarðhitasvæðin eru vernduð, oft innan þjóðgarða og tengd heilsulindum.  Þannig eru jarðhitasvæðin álíka og heilögu beljurnar á Indlandi.  Í Japan eru aparnir líka í baði í hvernunum, eins og myndin til hliðar sýnir.  En nú kann þetta að beytast, í kjölfar jarðskjálftans.  Ég spái því að ekki verði fleiri kjarnorkuver reist í Japan, en mikill vöxtur verði  í jarðvarmavirkjunum.  Einnig eiga Japanir í miklum erfiðleikum varðandi það að ná settum takmörkum í  takmörkun á útblástri koltvíoxíðs, og geta jarðvarmaver hjálpað mikið til í þeirri viðleitni.

 

 

 

Stærstu skjálftar aldarinnar

Skjálftinn í Japan var stór.  Hann er sennilega fimmti stærsti skjálfti sem orðið hefur á jörðu síðastliðin eitt hundrað ár.  Línuritið til hliðar (úr the Economist) sýnir stærstu skjálftana.  Það er athyglisvert að þeir eru nær allir í sigbeltum, þar sem einn fleki sígur niður undir annan, og flestir í þeirri miklu keðju af sigbeltum sem myndar hring umhverfis Kyrrahafið. Takið eftir, að mælikvarðinn eða skalinn er í log einingum.  Til allrar hamingju er jarðskorpan undir Íslandi svo sprungin, þunn, veik og brotin, að hún getur ekki valdið svo stórum jarðskjálftum.

Sigbelti í gangi

Hér fyrir ofan er myndskeið, sem sýnir hreyfingu á sigbelti, eins og því sem liggur undir Japan. Hér er það Kyrrahafsflekinn sem sígur undir Japan, á um 8 til 9 sm hraða á ári. Smellið a hvítu örina til að spila.  Myndskeiðið var unnið af jarðeðlisfræðingnum Tanyu Atwater í Kalíforníuháskóla.   Það sýnir aðeins grynnri hluta sigbeltisins, niður á ca. 100 km dýpi.  Ein afleiðing af hreyfingu flekans er myndun á kviku, sem er sýnd hér rauðglóandi. Kvikan myndast vegna þess, að sigið á flekanum færir vatn niður í möttul og við það lækkar bræðslumark möttulsefnis og kvikan verður til. Hún er eðlisléttari en flekinn umhverfis, og af þeim sökum rís kvikan upp í jarðskorpuna og gýs á yfirborði.  Jarðskjálftar myndast við núning milli flekanna.