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.

Orsök skjálftans undir Japan

Föstudaginn 11. marz 2011 skall á mikill jarðskjálfti af stærðargráðunni 8,9  undan norðaustur strönd Japans, með upptök á 24 km dýpi í jarðskorpunni, og 4 metra há flóðbylgja fylgdi í kjölfar hans.  Þessar miklu hamfarir er afleiðing af stöðugum flekahreyfingum á þessu svæði, þar sem Kyrrahafsflekinn sígur niður undir Japan.  Á þessum flekamótum skríður Kyrrahafsflekinn áfram á um 8 til 9 sm hraða á ári, og sígur niður undir Japan, með um 30 gráðu halla frá láréttu.  Sigbelti eru stórkostlegasti vígvöllur jarðskorpuhreyfinga á jörðu.  Hér leysist úr læðingi um 85% af allri jarskjálftaorku á jörðinni, og hér verða stærstu eldgosin.  Þetta gerist þegar um 100 km þykkur fleki sígur niður í möttul jarðar.  Flekinn er gerður úr eldri jarðskorpu, um eitt hundrað og þrjátíu milljón ára gamall hér á Kyrrahafsflekanum hjá Japan, og flekinn er því kaldur, þungur og vill síga niður í heitari og eðlisléttari möttulinn undir.  Þetta er sýnt á myndinni fyrir ofan, sem er þverskurður frá austri (hægri) til vesturs (vinstra megin).  Þetta þversnið nær um 340 km niður í jörðu.  Tölurnar og litir sýna hita í flekanum, en neðra borð hans er vel yfir 1200^oC.  Á mörkum flekana myndast kvika, sem rís og gýs á yfirborði í eldfjöllum Japans.   Neðri myndin sýnir þverskurð af sigbeltinu undir Japan, en hér er það sýnt langt niður í jörðu, eða allt að mörkum kjarna og möttuls (CMB) í um 2700 km dýpi.  Flekinn er blálitaði flekkurinn, sem sígur niður í möttul.  Slikar sneiðmyndir af jörðu eru nú fáanlegar, og eru þær að gjörbylta þekkingu okkar á innri gerð plánetunnar okkar.  Það mikilvægasta við sigbeltin er, að sennilega eru þau aðal mótorinn í hreyfingu flekanna.  Það er sigið á flekanum niður í sigbeltið, sem dregur allan flekan með sér, eins og blautt handklæði sígur af borðbrúninni og niður á gólf.   Hér er þyngdarkrafturinn einfaldlega að verki, svo lengi sem flekinn er eðlisþyngri en heiti möttulinn umhverfis.

Jarðskjálftinn undir Christchurch

  Ein mest ógnvekjandi mynd sem ég hef séð nýlega er hér fyrir ofan, en hún sýnir borgina Christchurch á Nýja Sjálandi hinn 22. febrúar síðastliðinn.  Rykský rís upp frá borginni, þar sem þúsundir húsa eru að hrynja og grafa hundruðir manna undir rústunum.  Jarðskjálftinn var 6,3 að stærð, en þessi stórkostlega eyðing og tjón varð vegna þess að upptök hans voru aðeins 5 km beint undir borginni. 

Nýja Sjáland er á flekamótum og það er grundvallarorsök jarðskjálftans sem varð beint undir  borginni Christchurch í gær. En hér eru flekarnir á rekast saman, þvert öfugt og á Íslandi, þar sem flekar jarðskorpunnar togna í sundur.  Þarna á suðurhveli jarðar er Kyrrahafsflekinn að síga hægt og hægt niður og til vesturs, undir Ástralíuflekann og hraðinn í þessu sigbelti er um 5 til 6 sm á ári.   Tengt þessu sigbelti er eldvirknin og nokkur mjög virk eldfjöll á norðureynni.  En á suðureynni eru jarðskorpuhreyfingar allt aðrar. Hér er það risastórt misgengi, Alpamisgengið,  sem sker eynna endilanga, og hreyfingar á því orsaka jarðskjálfta, eing of 7,1 skjálftann hinn 3. september í fyrra, og 6,3 skjálftan sem nú gerðist.  Þannig breytist sigbeltið undir norðureynni í sniðmisgengi undir suðureynni.  Stærsta borgin á suðureynni er Christchurch, með um 350 þúsund íbúa.  Fyrri skjálftinn var um 45 km fyrir utan borgina, en sá síðari beint undir henni.  Talið er að seinni skjálftinn hafi verið eftirskjálfti, eða aftershock, í kjölfar á þeim stóra.

 

 

Göt í jarðskjálftamælanetinu þarf að fylla strax

Á mánudag, 3. maí, heimsótti ég Veðurstofu Íslands og flutti erindi þar um jarðeldana í Eyjafjallajökli. Vonandi hafa þeir lært eitthvað af mér, en eitt er víst: ég lærði heilmikið af þeim.  Til dæmis þótti mér fróðlegt að heyra að hinn hái órói undir Eyjafjallajökli veldur því að smærri jarðskjálftar mælast ekki og “týnast” í truflunum af völdum óróans.  Það var mjög fróðlegt að kynnast betur þeim tækjabúnaði sem Veðurstofan hefur til að fylgjast með jarðhræringum undir Íslandi.  Netið af jarðskjálftamælum er mjög fullkomið, en þó þarf að fylla upp í stór göt í því.  Mat á næmni jarskjákftamælanetsins sem Kristján Ágústsson gerði árið 2006 sýnir stóru götin.  Myndin sem fylgir sýnir næmni netsins yfir landið allt.  Næmnin er hæst á rauðu svæðunum, í miðju virka gosbeltinu. Þar kemur í ljós að til dæmis á Vestfjörðum skynjar netið aðeins skjálfta sem eru stærri en 1,5 (græna svæðið).  Á Snæfellsnesi skynjar netið aðeins skjálfta sem eru stærri en 1,0 (gula svæðið).  Nú kunna einhverjr að segja að það þurfi ekki jarðskjálftamæla á þessum svæðum því þar séu engir skjálftar.  Ég lít frekar á málið þannig, að skjálftavirkni sé líkleg á þessum svæðum, en þeir eru ekki mældir og ekki skráðir.  Það er nauðsynlegt að bæta úr þessu, og við Steinunn Jakobsdótir jarðeðlisfræðingur höfum rætt þetta mál.  Mín uppástunga er sú, að koma upp jarðskjálftamælum í Eysteinsdal við Snæfellsjökul, og í Ljósufjöllum, til að þétta netið frekar.  Báðar þessar eldstöðvar geta verið virkar, en við höfum enga hugmynd um skjálftavirkni undir þeim.

Stóri Skjálftinn í Síle

Fréttir berast af mjög stórum jarðskjálfta í Síla í dag, 27 febrúar 2010. Að minnsta kosti 900  hafa farist. Hann mældist með styrkleika  8,8 Mw og á 35 km dýpi undir hafsbotninum um 100 km fyrir vestan borgina Chillan í Síle, þar sem allt hristist í meir en tvær mínútur.  Til samanburðar var skjálftinn í Haítí 7,0 Mw.  Takið eftir að ég gef styrkleikann í Mw, en á Mw (moment magnitude) skala er skjálfti sem er einu stigi hærri um 31,6 sinnum kraftmeiri.  Til dæmis er 7,0 skjálfti 31,6 sinnum sterkari en 6,0 skjálfti, og um þúsund sinnum stærri en 5,0 skjálfti.

Stærsti skjálfti sem mælst hefur síðastliðin eitt hundrað ár varð í Síle árið 1960, og hann var 9,5. Þá rifnaði um 900 langt belti með strönd Síle og 1655 manns fórust í Síle en 61 manns fórust á Hawaí, Japan og Filipseyjum af völdum flóðbylgju sem skall á strönd Japan næsta dag.

Myndin til hliðar sýnir dreifingu á jarðskjálftum undir Síle, og eru litir dílanna mælikvarði á dýpi skjálftanna. Með 14 skjálfta stærri en 7,0 síðastliðin 100 ár er Síle eitt virkasta jarðskjálftasvæði jarðar.  Skýringin er tengd sibeltinu sem liggur við vestur strönd Suður Ameríku. Hér sígur Nazca flekinn til austurs og niður undir Suður Ameríku flekann á um 80 mm hraða á ári. Kortið til hliðar sýnir sigbeltið undir Síle, og eru litirnir tengdir dýpi Nazca flekans undir meginlandi Suður Ameríku, í hundruðum kílómetra.  En það er ekki hraðinn sem skiftir öllu máli,  heldur viðnám flekanna þar sem þeir skella saman.  Viðnámið er háð eðlisþyngd, hita og aldri flekans sem sígur niður, eða Nazca flekans.  Hann er mjög ungur,  og hefur myndast og hlaðist upp við eldvirkni tiltölulega nýlega á Kyrrahafshryggnum fyrir vestan.  Smát og smátt kólnar 100 km þykkur flekinn, og um leið og hann kólnar þá dregst hann dálítið saman og eðlisþyngdin vex.  Sá hluti Nazca flekans sem sígur undir Síle er aðeins um 30 miljón ára gamall. Hann hefur kólnað töluvert en er enn tiltölulega léttur og af þeim sökum rekst hann illa á Suður Ameríkuflekann.  Myndin til hliðar sýnir Nazca flekann undir Suður Ameríku, og eru litirnir mælikvarði á dýpi flekans undir meginlandinu. Svarti hringurinn eru upptök 8,8 Mw skjálftans hinn  27. febrúar 2010. Áreksturinn getur stöðvað sigið um tíma og "læst" sigbeltinu, en mikil spenna hleðst þá upp í sigbeltinu, alveg eins og ef við tökum trjágrein og sveigjum hana.  Fyr eða síðar kemur að því að spennan er meiri en greinin þolir og hún brotnar. Á sama hátt hleðst krafturinn upp í sigbeltinu undir Síle, þar til krafturinn er meiri en styrkleiki jarðskorpunnar og hún brotnar og jarðskjálfabylgjur dreifast út.  Það er aðeins partur af sigbeltinu sem rifnar í hvert sinn.  Þess vegna er mikilvægt að kortleggja þau svæði sem hafa rifnað, og enn meira atriði að kortleggja svæðin sem hafa EKKI rifnað.  Þar verða stóru skjálftarnir í framtíðinni.  Að lokum: það má skýra flest (en ekki allt) í jarðsögunni með flekakenningunni, sem er góður mælikvarði á það að þessi vísindakenning er nokkð næri lagi að vera rétt, þótt hún sé tiltölulega ung ennþá  (frá 1963). 

Jarðskjálftar undir Arnarvatnsheiði

Undanfarna daga hefur verið í gangi fremur óvenjuleg jarðskjálftahrina undir Arnarvatnsheiði, vestan Langjökuls. Þetta eru litlir skjálftar, og á takmörkuðu svæði á Tvídægru heiði. Eins og myndin frá Veðurstofu Íslands sýnir, þá eru skjálftaupptökin rétt við brotalínu eða misgengi sem liggur aust-norð-austur um Arnarvatnsheiði. Þetta er nokkuð óvenjuleg stefna á misgengjum á Íslandi, en gæti hugsanlega verið tengt Snæfellsnes beltinu fyrir vestan.  Árið 2001 varð einnig jarðskjálftahrina á svipuðum slóðum, en eilítið vestar.  Enn meiri virkni varð hér á þessum slóðum árið 1974, eins og Páll Einarsson hefur ítarlega fjallað um. Það verður því fróðlegt að fylgjast með þessarri skjálftavirkni næstu daga. Yfirlit yfir jarðfræði svæðisins er sýnt á seinni myndinni, og upptök skjálftanna eru flest innan rauða hringsins.  Svarta brotna línan er stefna misgengja. Jarðmyndanir á svæðinu þar sem skjálftarnir gerast eru aðallega blágrýrismyndun frá lokum Tertíera tímans.  Um 20 km austar er Hallmundarhraun, sem rann sennilega skömmu eftir Landnám eða eftir árið 900, samkvæmt aldursgreiningu Kristjáns Sæmundssonar og Hauks Jóhennessonar. Það er talið eina hraunið sem hefur runnnið í Vesturgosbeltinu (Langjökull og gosbeltið suður að Þingvallavatni) síðan land byggðist, en Hallmundarhraun rann úr þremur gígum við vesturbrún Langjökuls. Þetta basalthraun er um 50 km á lengd og nær yfir um 205 ferkílómetra, en rúmmál þess er 3,4 rúmkílómetrar.  Hæget er einnig að fylgjast með skjálftavirkni á Arnarvatnsheiði með því að skoða gögn úr skjálftamæli Jóns Frímann hér  http://www.jonfr.com/