Eldfjallafræðingur með kímnigáfu

Ég starfaði í tæp tvö ár við frönsku kjarnorkurannsóknastöðina í Saclay, rétt sunnan við Parísarborg (1990-1991). Þar starfa rúmlega sjö þúsund vísindamenn, en stofnunin var sett á laggirnar af þeim frægu hjónum Irène Joliot-Curie og eiginmanni hennar Frédéric Joliot-Curie. Foreldrar hennar voru enn frægari hjón, Pierre og Marie Curie, sem gerðu grundvallar uppgötvanir um geislavirkni frumefna eins og úraníum.  

Þarna rakst ég á nokkra þekkta jarðvísindamenn eins og til dæmis Haroun Tazieff (1914-1998). Ég hafði reyndar hitt hann áður í heimsókn hans til Íslands til að skoða Surtseyjargosið 1964.  Það var alltaf mikill völlur á Tazieff, enda var hann frægur boxari, valinn til að keppa fyrir Belga á Olympíuleikunum í Berlín 1936. Á ferli sinum vann hann 49 af þeim 53 hnefaleikum sem hann tók þátt í.  

Einn af nemendum Tazieffs var Francois Le Guern, en hann hafði varið doktorsritgerð sína skömmu áður en við hittumst í París 1990. Hann færði mér hana að gjöf en ritgerðin fjallaði um eldfjallagas. 

Þegar ég fór að blaða í bókinni rak ég mig á að þar var mikill fjöldi af teikningum, sem voru af eldfjallafræðingum við störf, og allar heldur skoplegar.  Þær voru allar merktar P.B. og seinna komst ég að því að sá var Pierre Bichet (1922-2008), hægri hönd Tazieffs í öllum eldfjallaleiðöngrum hans og kvikmyndatökumaður.  Bichet vann með Haroun Tazieff í tæp fjörutíu ár.  Hann vann mikið við kvikmyndaupptöku með Tazieff, en fyrst gerðu þeir myndina Les Rendez-vous du diable (Fundur með djöflinum, 1959), og síðar Le Vol­can interdit (Lokaða eldfjallið, 1966, um Niragongo í Afríku).  Hér með í þessu spjalli hef ég dreift nokkrum sýnishornum af teikningum hans Pierre Bichet.  Púkar eldfjallanna voru greinilega mikið hugðarefni hans.

En snúum okkur aftur að Haroun Tazieff. Það er hægt að skrifa margar bækur um þennan sérstaka mann. Hann var Tatar að uppruna, ættin komin frá Mongóliu, en fæddur í Rússlandi. Faðirinn fórst í fyrri heimstyrjöldinni, en Haroun og móðir hans settust að í Belgíu. Síðar settist hann að í París.

 Árið 1976 kom upp órói í eldfjallinu Soufriere á Frönsku eyjunni Guadeloupe í Karíbahafi. Jarðhiti jókst mjög hratt á svæðinu og gufusprengingar í topp fjallsins. Þá bjuggu 73.600 manns á hættusvæðinu og menntamálaráðherra Frakklands gaf út skipun um almenna rýmingu og lokun svæðisins umhverfis eldfjallið, sem varði í marga mánuði. Ráðherrann var reyndar sjálfur Claude Allegre, fremsti jarðefnafræðingur Frakklands, fyrr og síðar. Brottflutningur fólks í burt frá La Soufriere eldfjalli er sennilega mesta röskun á byggð tengd eldfjallsvá.

Það kom nú upp hatrömm deila milli Tazieff og Allegre. Sá fyrri hélt því fram að þetta væru einungis gufusprengingar og engin kvika á ferðinni. Hann mælti með að opna svæðið strax og hleypa fólkinu heim.  Allegre sat fastur við sinn keip og lýsti því yfir að það væru glerkorn í öskunni sem væri sönnun um að hraunkvika ætti þátt í gufusprengingunum. Allegre réði og lokunin hélt áfram.

Skömmu síðar komst ég að hinu sanna í þessu máli. Jarðfræðingur sem ég hafði starfað með í Vestur Indíum var einn af ráðgjöfum Allegre. Hann rannsakaði leirinn sem slettist upp í gufusprengingunum og lýsti því yfir að í honum væru glerkorn, og þar með sönnun um að kvika væri fyrir hendi.  Þetta var sönnun þess að eldgos væri yfirvofandi og réttlætti lokun hans Allegre á byggðinni.  Seinna komst ég yfir þær þunnsneiðar sem glerið átti að finnast í og athugaði þær undir smásjá. Ég rakst ekki á eitt einasta glerkorn, en aftur á móti var töluvert af kornum og kristöllum af steindinni epídót, sem er algeng í bergi sem hefur verið ummyndað af jarðhita við um 300 stig. Það er vægast sagt klaufalegt að ruglast á gleri og epídót kristöllum í smásjá, en fyrir þessi mistök voru yfir 73 þúsund íbúar fluttir frá heimilum sínum í tæpt eitt ár. Allegre var samt ekki af baki dottinn. Hann beitti valdi sínu sem ráðherra og lét reka Tazieff úr starfi í hefndarskyni.

Tazieff setti eldfjallafræðingum þrjár reglur til að vinna eftir í sambandi  við hættu frá eldgosum.  (A. McBirney, Nature. 392, 444, 1998). Hér notum við heitið eldfjallafræðingur í mjög breiðum skilningi fyrir vísindamenn, sem hafa sérhæft sig í myndun og þróun kviku og jarðskorpuhreyfingum í gosbeltum.  

1, Fyrsta regla Tazieffs er að aðeins sérfræðingar séu færir um að meta vá eða áhættu sem gæti stafað af virkni eldfjalla. Slíkt sé utan verksviðs hins almenna jarðfræðings og auðvitað ekki á hæfi þeirra sem stýra bæjarfélagi eða lögreglu. 

2. Fyrsta verk sérfræðingsins er ekki að spá fyrir um eldgos, heldur er það fyrst og fremst áhættumat varðandi umhverfið og mat á þeim skaðlegu áhrifum sem eldgos kynni að valda á menn og byggð.  

3. Hlutverk sérfræðingsins er að vera ráðgjafi fyrir opinbera starfsmenn, sem þurfa að bregðast við og ráðast í framkvæmdir sem eru byggðar á hans ráðgjöf.

Agung bætir í

Fjórir hindú prestar frá Balí klifu Agung eldfjall í gær í leyfisleysi og tóku þessa mynd.  Við þeim blasti heldur ógnvekjandi sjón þegar litið var niður í gíginn:  mörg hvæsandi gufuaugu, þar sem brennisteinsgas streymdi út af miklum krafti. Prestarnir færðu fjallinu fórnir (sennilega kastað kjúklingum og ávöxtum niður í gíginn) áður en þeir snéru við.  Sennilega er þetta síðasta ferðin á fjallið fyrir gos, sem virðist vera alveg á næstunni. Agung er miðja alheimsins í fornri trú íbúa á Balí. 

Þessi mikli vöxtur á gasútstreymi bendir til að miklar breytingar séu að gerast. Tæknilega séð, þá er gos ekki hafið í Agung, en gos er talið hafið þegar kvika í einhverju formi kemur upp á yfirborðið. Það getur verið í ýmsu formi: sem aska, vikur, gjall eða hraun. Það sem nú er að gerast er að kvika rís undir fjallinu og myndar innskot í jarðlögum undir toppnum. Þetta leiðir til þess að jarðvatn í berglögunum hitnar snöggt og er byrjað að sjóða. Það myndar gufuna sem sést í hvæsandi gufugötum inni í gígnum. Auk gufunnar ferst einnig mikið magn af brennisteini upp á yfirborðið. Kvikan er á leiðinni, en hún er mjög seig eins og deig og tekur tíma að koma sér upp í gíginn.

Agung á nippinu

Fjöldi skjalfta undir eldfjallinu Agung á Balí hefur aukist verulega, eins og meðfylgjandi mynd sýnir. Núer búist við gosi á hverri stundu, en byrjað er að rjúka úr gígnum, sem er hæsti topur eyjarinnar Bali.  Agung gýs andesít kviku, sem er millistig milli basalts og líparíts, með um 55% kísil.  Þessi kvika er mjög seig, eða meir en tíu sinnum seigari en basaltkvikan sem gýs á Íslandi. Einnig innheldur andesítkvika meira vatn.  Af þeim sökum eru gosin oft sprengigos í upphafi, þegar gasríkasta kvikan kemur upp, en breytast síðan í gos sem hlaða upp seigum og háum hraungúl yfir gígnum. Öðru hvoru falla stórar spildur úr hlíðum gúlsins og mynda heitar gloandi skriður af vikri, ösku og heitu grjóti niður hliðarnar. Stórhættulegt ástand!

Agung á Balí er að ókyrrast

Agung eldfjall austast á eynni Balí í Indónesíu gaus miklu gosi árið 1963. Þá fórust meir en eitt þúsund manns í flóðum og gjóskuflóðum. Í dag berast þær fréttir að mikil skjálftavirkni hefur hafist undir fjallinu (676 skjálftar) og allar líkur eru á að gos sé í aðsigi. Stór svæði á eynni hafa verið rýmd, en Agung er eitt mesta aðdráttarafl túrista á þessum slóðum.   Um fimmtíu þúsund manns búa á hættusvæðinu. Sprengigosið árið 1963 var stórgos, og aska og gas frá því gosi barst víða í háloftum og kann að hafa haft loftslagsáhrif (kólnun). Ég vona að vinur minn Rik Stoedman og fjölskulda i þorpinu Ubud séu ekki í hættu.

Svona eiga bændur að vera

Uppáhaldsmynd mín af íslenskum bónda er þessi hér af Markúsi Loftssyni (1828 – 1906). Góðmennskan og gáfurnar skína út úr andlitinu, sem skeggkraginn rammar svo lisitlega inn. Hatturinn er svo kórónan á allt saman. Skeggkragi af þessari gerð ber nafnið “chin curtain” á ensku máli og gerði sjálfur Abraham Lincoln þennan stíl heimsfrægan. Lincoln lét sér skeggkraga vaxa eftir að ellefu ára stúlka skrifaði honum bréf árið 1860, þar sem hún benti honum á að hann fengi fleiri atkvæði ef honum tækist að fela sinaberan hálsinn og kinnfiskasogna vánga með skeggi. Það reyndist rétt.

En nóg með þennan útúrdúr með skeggið. Snúum okkur að manninum Magnúsi. Hann var lengst af bóndi á Hjörleifshöfða, í skotlinu frá eldstöðinni Kötlu. Þessi staður á Suðurlandi er eiginlega eldfjallseyja að uppruna, eins og eyjar Vestmannaeyja, en Hjörleifshöfði tengdist meginlandinu fyrir tiltölulega stuttum tíma, vegna mikils framburðar gosefna, ösku og sands frá eldgosum í Kötlu undir Mýrdalsjökli.

Markús var fyrst og fremst bóndi, en var einnig sérmenntaður fræðimaður, sem hafði mikinn áhuga á jarðfræðum. Hann er einn af einstökum persónum í bændasamfélagi Íslands á nitjándu og tuttugustu öld, sem fylgdust með náttúruhamförum, skráðu niður lýsingar af eldgosum og gerðu mælingar. Má þar með telja auk Markúsar þá Kvískerjabræður, Jakob Líndal á Lækjamóti og Einar H. Einarsson á Skammadalshóli. Þeir birtu einnig niðurstöður sínar í tímaritinu Náttúrufræðingnum.

Árið 1880 birtist á prent merkileg bók eftir Markús: “Rit um Jarðelda á Íslandi”. Bókin kom aftur út árið 1930, aukin og endurbætt af Skúla, syni Markúsar. Markús tekur saman ýmsar sögulegar heimildir um eldgos á Íslandi, en auðvitað er mikil áhersla lögð á Kötlu í ritinu, enda var hún staðsett rétt við túnfótinn.

Campi Flegrei að rumska

 Rétt fyrir vestan borgina Napolí á Ítalíu, já, eiginlega í útjaðri borgarinnar, er eitt risastórt eldfjall, sem er að byrja rumska. Það heitir Campi Flegrei, eða Brunavellir. Þar er askja, sem er 12 km í þvermál, en hún myndaðist í miklu sprengigosi fyrir 39 þúsund árum. Annað stórgos varð fyrir um 15 þúsund árum. Lítið gos varð í Campi Flegrei öskjunni árið 1538 og er það síðasta gosið. Það gerði töluverðan ursla og þá hlóðst upp nýtt gígmyndað fjall: Monte Nuovo. Myndin sem fylgir er samtíma gosinu og er þessi trérista merk heimild.

Miklar breytingar eru í gangi í hverum í öskjunni og land er að rísa. Gas streymi upp úr hverum í öskjunni hefur stöðugt aukist síðan mælingar hófust í kringum 1982. Samfara því hefur hiti í hverunum aukist, og landris í öskjunni er í gangi. Út frá þessum gögnum og öðrum hafa Giovanni Chiodini og félagar spáð því að líkur séu á gosi innan 100 til 120 ára. Þeir telja jafnvel að gos gæti hafist innan 4 til 5 ára, en líkur eru á að það verði síðar. Það er því mikil óvissa í gangi, en það er greinilegt að áhættuástand ríkir á svæðinu, þar sem þúsundir búa nú og mikil mannvirki eru fyrir hendi.

Dílar í bergi skrá sögu kvikunnar

Hraunkvika myndar stórar kvikuþrær í jarðskorpunni, en við vitum mjög lítið um hvað er að gerast þarna niðri í kvikunni fyrir eldgos. En það fljóta kristallar af ýmsum gerðum í kvikunni, og þeir eru ýmist að vaxa og stækka, eða bráðna og minnka í kvikuþrónni. Þessir kristallar eru nú að færa okkur upplýsingar um sögu kvikunnar, sem við getum lesið með efnagreiningum á hinum ýmsu lögum kristalla, eins og árhringir segja okkur sögu trjánna.  Hraungrýti sem við finnum á yfirborði jarðar inniheldur nær alltaf ýmsa stóra kristalla, sem við köllum díla. Algengastir eru ljosgráir eða hvítir kristallar af feldspati, en einnig grænleitir ólivín kristallar og svo svartir kristallar af pýroxen. Berg sem er mjög ríkt af stórum kristöllum er kallað dílaberg, eins og fyrsta mynd sýnir. Þegar við skerum kristallanna og skoðum þá í sérstakri smásjá, þá keur í ljós að innri gerð hvers kristalls er flókin. Þar skiftast á lög af mismunandi efnasamsetningu. Í smásjánni birtast þessi lög sem mismunandi litir. Þeir sem hafa kíkt í slíka smásjá verða vitni af hinu ótrúlegru fegurð og dýrð, sem býr í kristöllum og innri gerð hraungrýtis.   En það merkilega við þessi litbrigði og þessar sveiflur í efnasamsetningu kristalla er, að þær eru skrár fyrir breytingar í kvikuþrónni. Þessar breytingar eru margvíslegar. Þær geta til dæmis stafað af því að ný og heitari kvika berst inn í þróna úr djupinu. Þær geta einnig merkt eldgos, þegar hluta af kvikuþrónni gýs á yfirborði og þrýstingur eða hiti í þrónni lækkar. Við erum á frumstigi með að lesa sögu kvikuþrónna með þessari aðferð, en nú er ljóst að sveiflur í innir gerð kristalla, eins og sýnt er á myndinni, eru ef til vill að skrá breytinar í þrónni sem vara í nokkra daga eða vikur. Það er því mikilvægt að þróa frekar slíkar bergfræðirannsóknir til að skilja kvikuna betur.

Hvað gerðist árið 536?

Það gerðist eitthvað á jörðu árið 536, sem er enn dularfull ráðgáta. Ritaðar heimildir skýra frá miklu skýi á himni. Rannsóknir á fornum trjám sýna að trjáhringir eru óvenju þunnir á þessum tíma, í Norður Evrópu, Mongólíu, vestur hluta Norður Ameríku. Uppskerubrestur varð og hungursneyð ríkti, en sumir telja að hið síðara sé tengt plágunni, sem byrjaði að geisa á þessum tíma. Margir hafa stungið uppá að mikill loftsteinn hafi hrapað til jarðar þetta ár, en engin vegsummerki hafa fundist enn. L.B. Larsen og félagar hafa sýnt fram á að ískjarni frá Grænlandi inniheldur töluvert magn af brennisteini frá um árið 536 og 540. Það rennir stoðum undir þá kenningu að þá hafi tvö mikil eldgos haft djúp áhrif á veðurfar á norður hluta jarðar. Annað gosið varð þá um 536 en hitt um 540 A.D.  Trjáhringir benda til að árið 536 hafi verið kaldasta árið síðastíðin tvö þúsund ár.

Í Rómarborg og í Miklagarði tóku menn fyrst eftir skýinu mikla í mars árið 536, en það varði í 12 til 18 mánuði. Bæði gosin virðast hafa verið svipuð að stærð og gosið mikl í Tambora árið 1815. Matthew Toohey og félagar hafa reiknað út líkan af loftslagsár-hrifum frá þessum eldgosum og niðurstaðan er sýnd í fyrstu myndinni. Þar kemur fram um 2 stiga kólnun á norðurhveli jarðar eftir þessi gos. Ekki er vitað hvaða eldfjöll voru hér í gangi, en grunur leikur á að gos í El Chichon eldfjalli í Mexíkó hafi valdið hamförunum miklu árið 540 AD.

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.

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.