Nýjasta ferðin á Fimmvörðuháls

Vegna fjaðrafoks í fjölmiðlum sem orðið hefur út af ferð minni á Fimmvörðuháls í þetta sinn, er ég ekkert viss um að hann Víðir Reynisson hjá Almannavörnum hleypi mér á Hálsinn aftur. Ferðin á Fimmvörðuháls var nokkuð söguleg í þetta sinn, enda var hún gerð í samfloti með teymi frá BBC sjónvarpsstöðinni í Bretlandi, til upptöku á efni fyrir þáttinn Top Gear. Það mun vera eitt vinsælasta efni sem BBC stöðin sendir út, með um 350 miljón manna áhorfun um heim allan (mér leiðist þetta nýyrði áhorfun… léleg bein þýðing á enska orðinu “viewership”). Undirbúning ferðarinnar annaðist Arctic Trucks í Reykjavík, með ágætum árangri og miklum dugnaði. Hér er ferðasagan, í stuttu máli:6. apríl: Ekið var frá Reykjavík rétt fyrir hádegi með sex breytta jeppa, aðallega frá Arctic Trucks. Nóttina áður höfðu starfsmenn Arcitc Trucks unnið að undirbúningi ferðarinnar. Með í ferð var sjónvarpsmaðurinn James May, sem hefur meðal annars ekið íslenskum “breyttum” jeppa til norður pólsins og víðar. Það vakti töluverða undrun mína að sjá rauða bílinn sem James ók. Ofan á hann var komin bárujárnsplata til varnar gjóskufalli, og fjórar svartar slöngur fluttu kælivatn úr stórri tunnu á pallinum til hjólbarðanna, til að kæla þá við akstur á heitu yfirborði. Alls voru um 15 manns í leiðangrinum, og þar á meðal frábært og duglegt teymi frá Hjálparsveit Kópavogs, en þeir mættu okkur á Mýrdalsjökli með tvo kraftmikla snjóbíla og tvo jeppa. Á leiðinni var stoppað hér og þar til videó myndatöku. Loks komumst við að skálanum við suður rætur Mýrdalsjökuls, skammt fyrir ofan Sólheima, þar sem ferðin á jökulinn byrjaði fyrir alvöru. Það varð strax ljóst að ferðin yrði erfið, því stórhríð og hvassvirði skall á strax og kom upp á jökulinn. Alla leið varði blindbylur á jöklinum, og skyggni var varla meir en tveir metrar á milli afturljósanna á bílunum. Ég var í farþegasætinu hjá James May, en beint fyrir framan okkur var jeppi með opinn afturglugga þar sem ein myndavélin var í gangi allan tímann á jöklinum til að mynda okkur. Þegar á leiðarlok kom var myndatökumaðurinn pikkfastur í snjóskafli sem hafði safnast fyrir innum gluggann aftan a bílnum. Þetta var einmitt veðrið sem Top Gear vildi fá: eins erfitt og hugsast getur. Ekið var eftir GPS leiðum, enda svarta myrkur og útsýni ekki neitt. Nokkrum sinnum þurftu snjóbílar Björgunarsveitarinnar að kippa okkur upp úr djúpum snjósköflum. Fyrst var ekið norður á miðjan Mýrdalsjökul, og þar snúið til vesturs, yfir Goðabungu, og á Fimmvörðuháls. Strax sjást gosbjarminn þegar kom á Hálsinn og loks um kl. 4 að morgni var komið í efri skálann (Fimmvörðuskáli, í eign Útivistar), eftir meir en tíu tíma erfiða ferð. Allir voru uppgefnir og farið var stax í bælið. 7. apríl:Ég vaknaði klukkan sjö að morgni eftir um 3 tíma svefn og fór að líta í kringum mig á Fimmvörðuhálsi. Nú var komið hið besta veður, logn og sólskin, en dálítið frost. Þegar farið var út fyrir húsvegg var eldgosið í fullum krafti og enginn tími til frekari hvíldar. Enda er BBC teymið eitt hið duglegasta sem ég hef ferðast með. Ekki var nokkurn mann að sjá hér á fjöllum þar til seinni part dagsins, og við höfðum eldstöðvarnar alveg fyrir okkur. Það var strax ljóst að “gamli gígurinn” á fyrstu sprungunni var útdauður. Engin eldvirkni var í honum, gufa reis frá toppnum. Hann var þakinn græn-gulri skán af brennisteinsútfellingum, sem leit út eins og rjómaskreyting á súkkulaðitertu. Aftur á móti var töluverð virkni á nýju sprungunni, sem myndaðist um 200 m vestar að kvöldi hinn 31. marz. Syðri hluti sprungunnar var mest virkur, og tveir gígar, aðskildir þunnu hafti, vörpuðu upp kvikuslettum og gjóskustrókum sem risu allt að 100 metra í loftið. Hraun rann frá gígunum til vesturs og norðvesturs, niður í drögin á Hvannárgili. Hraunið er úfið apalhraun, og víða meir en 10 m á þykkt. Það stafar nokkur hætta af hraunrennslinu, þar sem hraunkanturinn er mjög brattur og stór glóandi heit björg skríða fram af brúninni fyrirvralaust og geta fallið á ferðamenn sem eru að forvitnast fast við hraunbrúnina. Fólk á það til að hlaupa fast að hraunbrúninni, snúa baki í hraunið og láta taka að sér mynd. Það gæti orðið síðasta myndin fyrir einhvern… Allt svæðið í grennd við gígana er orpið svörtum vikri frá gjóskustrókunum. Ég tók eftir því að öðru hvoru rekst maður á hvíta frauðkennda steina í svarta vikrinum. Öll áferð þeirra minnir helst á sykurmola sem er dálítið laus í sér, en við nánari skoðun kemur í ljós að efnið er frauðkennt hvítt gler, eins og myndin til hliðar sýnir. Þetta eru svokallaðir frauðlingar, og gamlir kunningjar mínir. Þegar Surtsey gaus, þá rakst ég á samskonar frauðlinga í svörtu gjóskunni í Surtsey og hóf rannsókn á þeim. Árið 1968 birti ég eftirfarandi grein í bresku vísindariti: Sigurdsson, H., l968. Petrology of acid xenoliths from Surtsey, Geological Magazine, l05, 5, 440-453. Frauðlyngar og skyldir hnyðlingar eru aðskotasteinar sem hafa rifnað úr jarðlögum þar sem hraunkvikan fer um á leið sinni upp á yfirborðið.  En frauðlingarnir eru hvítir vegna þess að þeir innihalda mjög mikið af kísil, SiO2, um 70%, og ekkert teljandi járn. Þannig eru þeir með svipaða efnasamsetningu og líðparít, eða granófýr. Eru frauðlingarnir á Fimmvörðuhálsi tengdir innskotum af súru bergi undir Eyjafjallajökli?  Eru þeir skyldir kvikunni sem kom upp í gosinu 1821 til 1823? Bergfræði rannsóknir munu skera úr um það.  Á meða ég var að grúska í frauðlingunum í svörtu gjóskunni og minnast Surtseyjargossins, þá var James May kominn með breytta bílinn að hraunkantinum. Hann skellti sér með framendann upp á hraunbrúnina og lét kælivatnið streyma úr fjórum vatnsslöngum á hjólbarðana til að kæla þá. Mikið gufuský myndaðist umhverfis bílinn þegar vatnið streymdi á heitt hraunið, eins og myndin til hliðar sýnir. Hann bakkaði fljótlega aftur, en hitinn var svo mikill að eitt augnablik kviknaði í einum hjólbarðanum, en það ver stax slökkt. Ragnar Axelsson ljósmyndari Morgunblaðsins var nærri, og hann gerði þessa skemmtilegu mynd, sem sýnir gjósandi gíginn og breytta bílinn að rembast við kanntinn. Þar með var upptöku sjónvarpsefnis fyrir Top Gear lokið. Við komum aftur til Reykjavíkur um klukkan þrjú að morgni hinn 8. apríl, eftir erfitt en spennandi ferðalag. Gosið heldur áfram af svipuðum krafti og fyrr. Eitt er athyglisvert og nýtt í dag, varðandi grunna skjálftavirkni, sem er nú dálítið austar en fyrr. Skjálftar eru nú mjög grunnt undir Fimmvörðuhálsi, og einnig í átt að Goðabungu. Þeir eru allir grynnra en 2 km. Órói á mælum Veðurstofunnar helst svipaður og fyrrri daga. Að lokum þetta varðandi gasið. Ég fjallaði fyrr um magnið af gasi sem berst út í andrúmsloftið frá eldgosinu á Fimmvörðuhálsi  hér.  Nú hefur hópur jarðvísindamanna gert mælingar á gasmagni og gastegundum yfir gígununum, og eru niðurstöður þeirra birtar hér á vef Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands. Þær eru í stórum dráttum þær sömu og ágizkanir mínar. Til dæmis taldi ég heildarmagnið af brennisteinsgasi SO2 sem losnar frá kvikunni vera um 50 miljón kg fyrstu tvær vikur gossins. Niðurstöður þeirra eru 3000 tonn af SO2 á dag, sem er 42 miljón kg SO2 fyrstu tvær vikurnar.

haraldur i toppgir

er a leid a fimmvorduhals med bbc top gear

Útbreiðsla Hraunsins á Fimmvörðuhálsi

Mér hafa borist fyrirspurnir varðandi útbreiðslu hraunsins. Ég vil benda á landakort og myndir sem Eyjólfur Magnússon hefur gert og birtast á vef Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands. Hér fylgir með kort Eyjólfs frá 31. marz, en það er síðasta kortið sem hann birtir.  Þar kemur vel fram rennsli niður Hrunagil og einnig í Hvannárgil. En þar vantar ennþá nýju sprunguna sem myndaðist rétt fyrir vestan fyrri sprunguna.  Auk þess læt ég fljóta með aðra mynd frá Eyjólfi Magnússyni, en hún er landslagsmynd, séð frá norðri, yfir gilin tvö og hraunið. Þann dag var flatarmál hraunsins orðið 0,95 ferkílómetrar. Nú í dag er það tvímælalaust vel yfir einn ferklílómetri að flatarmáli.

Hvað kemur mikið Gas uppúr Fimmvörðuhálsi, og hver er Efnasamsetning þess?

Gjóskustrókarnir sem dansa í gígunum á Fimmvörðuhálsi myndast vegna mikils gasútstreymis ásamt kvikunni sem er kringum 1200 stiga heit, eins og ég hef bloggað um hér.

En hvaða gas er þetta og hvert er magnið af gasi sem streymir hér út í andrúmsloftið? Það er eitt erfiðasta verkefni eldfjallafræðinga og jarðefnafræðinga að svara slíkum spurningum. Eins og sjá má af fréttamyndum, þá er ekki auðvelt og alls ekki hætulaust að komast að gjóskustrókum og ná í sýni af gasinu. Auk þess er kerfið svo dýnamískt eða breytilegt að gasið er að breytast mikið og blandast strax andrúmslofti á uppleið. Samt sem áður má koma með nokkuð gáfulegar getgætur um gasið og efnasamsetningu þess.

Þegar ég var ungur jarðfræðistúdent, þá starfaði ég á Atvinnudeild Háskólans, sem síðar varð Rannsóknarstofnun Iðnaðarins í grennd við Háskóla Íslands. Þar voru ágætir jarðfræðingar að störfum, svo sem Sigurður Þórarinsson, Þorleifur Einarsson, Tómas Tryggvason og Guðmundur E. Sigvaldason. Ég var aðstoðarmaður þeirra meðal annars í ferðum út í Surtsey, strax og hægt var að lenda á eynni eftir gosið sem hófst 1963.  Meðal annars var unnið við söfnun og greiningu á gasinu sem kom upp úr gígnum og hrauni í Surtsey. Hér til hliðar er mynd af Guðmundi við sýnatöku á eynni.  Oft var þetta hættulegt og erfitt starf vegna hitans og lofts sem blandað var miklu magni af brennisteinsgasi, en ég spyr: hvað gera menn ekki fyrir vísindin? 

Með Guðmundi starfaði Gunnlaugur Elísson efnafræðingur. Árið 1968 birtu þeir félagarnir grein í vísindaritinu Geochemica and Cosmochemica Acta um gasið í Surtsey.  Þetta var lengi ein merkasta vísindagreinin um eldfjallagas og Surtseyjargasið varð heimsfrægt --- meðal vísindamanna. 

Gasið í kvikunni í Surtsey hefur eftirfarandi efnasamsetningu:  80–90% H2O, 1–10% CO2, 2–4% SO2, 1.5–3% H2 0.1–0.7% CO, 0.1–0.9% H2S and 0.01–0.25% S2.   Sem sagt: vatnsgufa er láng hæst.  Ef til vill er hluti af henni þó kominn úr hafinu umhverfis, inn í möbergið sem myndar eynna, og sogast inn í kvikuna í gígnum.  Koltvíoxíð virtist minnka þegar dró á gosið,  eftir 1964 til 1967.   En þessi efnagreining er ágæt til að sýna okkur hlutföllin milli hinna ýmsu gastegunda í kvikunni. Hins vegar segir þetta okkur ekki neitt um MAGN af þessum gastegundum í kvikunni eða heildarmagn gassins.  Er gasið 1 eða 10% af þunga kvikunnar?   Upplýsingar um slíkt hafa komið úr öðrum áttum frá öðrum eldfjöllum.   Ein aðferð, sem ég hef sjálfur beitt mikið, er að efnagreina gastegundirnar í örsmáum glerdropum sem  berast upp á yfirborðið innan í steindum eða kristöllum af ólivín, pyroxen eða feldspati í kvikunni. Hér fyrir neðan er ein mynd af slíku, tekin í gegnum smásjá,  en þetta er grænleit pyroxen steind eða kristall frá gosinu í Tambora í Indónesíu árið 1815. Þarna má sjá fallega brúnleita glerdropa inni í kristallinum.  Glerdroparnir voru áður kvikudropar, sem lokuðust inni í steindinni þegar steindin kristallaðist í kringum kvikudropann  í kvikuþrónni fyrir gosið.  Um leið og steindin kastaðist upp á yfirborð jarðar í gosinu “fraus” heitur kvikudropinn í gler við snögga kólnun.  En glerdropinn varðveitir mjög vel gas innihald eins og það var í kvikunni á miklu dýpi.  Síðan greinum við efnasamsetningu gler dropans með tæki sem nefnist örgreinir.   Þannig höfum við greint til dæmis brennisteinsmagn kvikunnar sem barst upp í Skaftáreldum árið 1783 og mörg önnur gos frá eldfjöllum víðsvegar um heim.   Slíkar greiningar sýna að úthafsbasalt (sem kemur upp við eldgos á úthafshryggjum eins og Mið-Atlantshafshrygg) inniheldur um 0.1–0.2  % H2O, um 0.01 til 0.1 CO2 (allar tölur eru prósent af þunga),  og um 0.01 til 0.03 % SO2.  Einnig er vottur af H2, HF og HC tegundum.   Basalt sem gýs í eldfjöllum fyrir ofan sigbeltin á jörðu hefur allt annað gasinnihald. Þar er vatn til dæmis miklu hærra (H2O allt að 6 til 8 %).  Enda eru gos í sigbeltunum miklu meiri sprengigos af þeim sökum.    En kvikan á Fimmvörðuhálsi er alkalí ólivín basalt, og þvi hvorki lík úthafsbasalti né basalti sem gýs í sigbeltum.  Hins vegar er hún svipuð og kvikan sem kemur upp í sumum eldfjöllum á Havaíí eyjum, og á eldfjallinu Loihi á hafsbotni rétt hjá Havaíí.  Þar inniheldur kvikan 0.38 –til 1.01 %  H2O og  0.001 til 0.63% CO2. Einnig er kvikan í eldfjallinu Kilauea á Havaíí með um 0.65 % CO2.   Ég álít að nýja kvikan á Fimmvörðuhálsi hafi því svipaða efnasamsetningu gastegunda og sú á Havaíí:  Vatn um 1% af kvikunni, koltvíoxíð um 0.1%, og brennisteinsoxíð SO2 um 0.1% af þunga. 

Við skulum þá líta á hvað mikið af gasi berst frá gosinu á Fimmvörðuhálsi út í andrúmsloftið, samkvæmt þessum ágizkunum um efnasamsetninguna.  Hraunið í dag þekur um einn ferkílómeter lands. Ég áætla að meðal þykkt þess sé um 20 metrar. Þá er heildarmagn kvikunnar sem hefur borist upp á yfirborð um 0.02 km3 eða tuttugu miljón rúmmetrar. Eðlisþyngd kvikunnar er senilega nálægt 2700 kg á hvern rúmmeter (getur verið allt að 2900 kg), og er þá heildarmassinn um 54 miljarðar kílógramma. Koltvíoxíð CO2 í kvikunni í mesta lagi 1000 ppm eða 0,1 % af þunga kvikunnar. Þá er losun gossins til þessa orðin um 54 miljón kg af CO2.   Eins og ég fjallaði hér um í pistli mínum um efnið “Hvað Kemur Mikið Koltvíoxíð upp í Eldgosum?”  þá er heildarlosun allra íslendinga, bíla og álvera þeirra um 5200  miljón kg á ári. 

Gosið er því á þessu stigi búið að “menga” jafn mikið af koltvíoxíði og eitt prósent af árslosun alls iðnaðar og mannlífs á  Íslandi.  En þetta er ekki mengun, heldur er náttúran sjálf að verki, og hún má gera allt.   Sennilega er magnið af brennisteini sem berst út í gufuholf frá gosinu svipað, eða um 50 miljón kg. Það kemur út sem SO2 gas, en myndar fljótlega örsmáar agnir  eða “ryk”  af H2SO4 brennisteinssýru sem svífa í loftinu. Að lokum falla agnirnar til jarðar sem “súrt regn”.  Hætt er við að bílar ryðgi nú fyrr á Suðurlandi  en á öðrum landshlutum, og ef til vill hefur súra regnið áhrif á gróður á meðan á gosinu stendur.

Gjóskustrókarnir á Fimmvörðuhálsi

Allir þeir sem hafa komist í návígi við eldgosið á Fimmvörðuhálsi hafa tekið eftir hávaðanum í gosinu.  Það er eins og tíu risastórir þotuhreyflar séu sífellt í gangi.  Tætlur af glóandi bráðinni kviku þeytast 100 til 200 metra upp í loftið í strókunum. Hins vegar sést ekki hraun renna beint frá gígunum, heldur kemur hraunið fram rétt utan gíganna.  Slettur, kleprar og heitt rautt gjall sem fellur niður úr gjóskustrókunum hleðst upp og safnast saman þar til það byrjar að renna sem mjög úfið og þykkt  apalhraun.  Hvers vegna er ekki samfellt hraunrennsli beint frá gígunum, eins og til dæmis í Kröflugosunum frá 1975 til 1984?  Gjóskustrókarnir  eru bein afleiðing af háu gasinnihaldi kvikunnar.  Við skulum athuga hvernig þeir myndast, en í því felst einn lykillinn að þessu gosi.  Hugsum okkur að við séum í litlum og eldtraustum  kafbát niðri í upptökum kvikunnar. Við byrjum með kvikunni í möttlinum, á um 30 km dýpi undir Eyjafjallajökli. Hér fjallaði ég í bloggi mínu um möttulin undir Íslandi.

Á þessu dýpi er möttullinn eins og svampur, og hraunbráðin eða kvikan streymir upp í gegnum hann. Basalt kvikan er um 1200 stiga heit C, og  leitar upp á við vegna þess að hún er dálítið eðlisléttari en möttullinn umhverfis.  Frá því í byrjun janúar 2010 hefur kvikan safnast saman á um 5 til 12 km dýpi beint undir Eyjafjallajökli. Þar hafa orðið mörg kvikuinnskot, þegar kvikan treðst inn lárétt á milli jarðlaga og myndar lagganga. Þeir eru sennilega einn til fimm metrar á breidd, og á heildina litið er kvikukerfið þarna sennilega í laginu eins og jólatré, með ótal greinum útfrá einum stofni.   Það er töluvert gas í kvikunni, sennilega um eitt prósent af þunga hennar, en við háan þrýsting er gasið uppleyst í kvikunni.  Þið kannist við gasið sem kemur fram sem bólur þegar þið opnið kampavínsflösku eða gosdrykk?  Í drykknum er gasið undir þrýstingi þar til þið opnið flöskuna, en þá losnar það úr læingi og myndar gasbólur.  Einn fleygurinn  af kviku skautst upp til norðausturs og náði yfirborði um nóttina 20. marz.   Þar byrjaði gosið sem um 250 m löng sprunga, og allt að 15 gjóskustrókar þeyttu kvikunni og gasi  hátt í loft. 

Hér er mynd sem sýnir hegðun kviku sem inniheldur gas. Lóðrétti ásinn er að sjálfsögðu dýpi í jarðskorpunni, í km.  Myndin er dálítið flókin fyrir þá sem ekki hafa stundað eðlisfræði eða efnafræði, en hún er vel þess virði að skoða nánar.  Aðal atriðið er, að kvikan breytist algjörlega rétt áður en hún kemur upp á yfirborðið.  Í dýpinu er kvikan samfelldur vökvi, en þegar þrýstingur minnkar þá kemur gasið út úr kvikunni, fyrst sem litlar bólur, en þær vaxa hratt og breyta kvikunni fyrst í einskonar froðu, og síðan springa bólurnar rétt áður en kvikan er kominn upp í gíginn, en þá tætist kvikan í sundur og myndar glóandi heitt gjall og  kvikuslettur, sem eru á stærð við pönnukökur, strigapoka eða rúmdýnur. Slettugangurinn fer hátt í loft áður en sletur og heitt gjall fellur til jarðar á gígbarminum. Það er enn svo heitt að þegar slettur og gjall safnast saman byrjar það að renna sem hraun. 

Á mynd (a) efst til vinstri sést hvernig rúmmál gassins (volume fraction gas) eykst frá núlli á um 1,8 km dýpi og upp undir 65% við yfirborð. Þessi gífurlega aukning á rúmmáli gassins er einfaldlega vegna minnkandi þrýstings á kerfinu. Þegar rúmmálið vex, þá getur gasið bara farið í eina átt: beint upp gosrásina og upp í loftið. Þannig myndast gjóskustrókurinn.  Um leið hrapar eðlisþyngd gosefnisins (gas plús kvika) eins og mynd (b) sýnir, frá um 2500 niður í um 500 kg á rúmmeter  á gígbrúninni í þessu tilfelli.  Myndir (c) og (d) sýna breytingar á þrýstingi og bylgjuhraða á sama máta. 

Þessi mynd er gerð fyrir ákveðið gasmagn, en því miður vitum við ekki enn gasmagn kvikunnar sem gýs á Fimmvörðuhálsi, og ekki heldur hvaða gastegundir eru ríkjandi. Ég held að CO2 sé ef til vill aðal gastegundin, en einnig er töluvert af SO2 og H2O. Sennilega er heildar gasmagn í kvikunni um 1% af þyngd. Rannsóknir bergfræðinga og jarðefnafræðinga munu vonandi skera úr því á næstunni hvað gasið er mikið og ákvarða efnasamsetningu þess.

 

 

 

Er samband við Kötlu?

 

Nú í byrjun árs 2010 birti Erik Sturkell og félagar við Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands grein um Kötlu og Eyjafjallajökul í merku vísindariti.  Í henni er fjallað um niðurstöður jarðeðlisfræðilegra rannsókna á þessum miklu eldstöðvum.  Með greininni fylgir teikning sem sýnir hugmyndir höfunda um innri gerð eldfjallanna. Slík þversnið í jarðfræðinni eru byggð á öllum fáanlegum upplýsingum og dálitlu hugmyndaflugi, en þau eru mjög gagnleg sem byrjun eða útgangspúnktur fyrir frekari umfjöllun.  Undir Eyjafjallajökli er kvikukerfið sýnt sem einskonar “jólatré” með nokkrum greinum, en stór kvikuþró er hins vegar sýnd grunnt undir Kötlu.  Nú eftir að gosið hófst hefur Páll Einarsson jarðeðlisfræðingur aukið við myndina til að sýna hugsanleg tengsl nýju gosrásarinnar á Fimmvörðuhálsi við jólatréð undir Eyjafjallajökli.  Teikningin birtist á vefsíðu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands, og er sýnd hér fyrir ofan, en hún er fyrst og fremst bygð á dreifingu jarðskjálfta, eins og þeir hafa verið staðsettir af Veðurstofunni.   Hinn fjórða mars fjallaði ég hér um dreifingu skjálfta undir Eyjafjallajökli, en þá teiknuðu skjálftarnir  vel útlínur jólatrésins á um 5 til 12 km dýpi undir fjallinu.

Í grein Sturkels og félaga er bent á hugsanleg tengsl milli Eyjafjallajökuls og Kötlu, og hefur þetta atriði fengið töluverða umræðu nú þegar gos er hafið.  Kemur þá Kötlugos rétt á eftir?  Það er bent á, að eftir sum eða jafnvel öll gos í Eyjafjallajökli hefur Katla gosið skömmu síðar.  Þannig hófst Kötlugos árið 1823, um einu og hálfu ári eftir að Eyjafjallajökull byrjaði að gjósa. Ég læt fylgja hér með mynd sem sýnir gossögu Kötlu og Eyjafjallajökuls á hentugan hátt, en myndin er af  vefsíðu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands.  Mig grunar að upprunalegu gögnin komi að mestu leyti frá Guðrúnu Larsen.  Nú er gott að bera saman gossögu eldfjallanna tveggja og leita að hugsanlegu sambandi þeirra á milli.  Þeir sem eru fullir efasemdar og ekki sannfærðir um sambandið milli eldfjallrisanna benda á að Katla gýs svo oft (um 23 gos síðan land byggðist) og að það komi alltaf Kötlugos hvort sem er fyrr eða síðar á eftir Eyjafjallajökulsgosum.  Þá er þetta bara tilviljun í þeirra augum. En aðrir telja að það sé eitthvað  óþekkt samband milli þessara stóru eldfjalla.  Sagan sýnir að Kötlugos eru stórhættuleg og skaðleg og við verðum hreinlega að taka þennan möguleika mjög alvarlega.  Málið er sambærilegt við deiluna um loftslagsbreytingar:  við höfum ekki efni á að láta sem ekkert sé, því ef breytingarnar eru í gangi, þá verður að bregðast við strax nú til að draga úr skaðanum sem bíður okkar í framtíðinni.  

En ef það er samband milli Kötlu og Eyjafjallajökuls, í hverju felst það þá?  Geta kvikuinnskot eða laggangar rekist eins og fleygar af kvikubráð frá jólatrénu undir Eyjafjallajökli og til austurs um 15 km  inni í skorpunni, þar til kvikuinnskotið brýst inn í kvikuþró Kötlu?  Árið 1977 birtum við þrír félagar  grein í vísindaritinu Nature þar sem við stungum fyrstir manna uppá að kvikuinnskot í kvikuþró getur hleypt af stað miklu eldgosi, en þessi grein var afleiðing af störfum okkar í eldstöðinni  Öskju. Hér er tilvitnunin:  Sparks, R.S.J., H. Sigurdsson and L. Wilson, l977. Magma mixing: a mechanism for  triggering acid explosive eruptions.  Nature 267, 3l5-3l8.

Annar möguleiki er sá, að þegar kvika streymir upp í Eyjafjallajökul, þá sé einnig kvikustreymi upp undir rótum Kötlu rétt í nágrenninu.  Það kann að vera, en þá er rétt að benda á að nú er engin skjálftavirkni undir Kötlu – amk. ekki ennþá.  Því er fyrri möguleikinn sennilegri að mínu viti, ef eitthvað samband er mili eldfjallanna.  Að lokum er rétt að geta þess að gosin í Kötlu sem hafa orðið skömmu eftir gos í Eyjafjallajökli hafa verið fremur lítil. 

 

 

Saga Sementsins

Tvö elstu gerviefnin hafa breytt sögu mannkynsins. Það gerðist með uppgötvun glersins og sements.  Hvar væri íslenskur arkitektúr staddur ef steinsteypan hefði ekki verið uppgötvuð?  Ennþá í torkofunum?  Ég fjalla hér um sögu sementsins, sem byrjar reyndar með uppfyndingunni á aðferð til að búa til kalk.   Árið 2008 var ég að vinna við rannsóknir á norður strönd eyjarinnar Krítar í Miðjarðarhafi, ásamt grískum fornleifafræðingi.  Ströndin er nokkur hundruð kílómetrar á lengd og fjölbreytt.  Öðru hvoru rakst ég á leifar af fornum byggingum frá Bronzöld við ströndina,  sem voru reistar fyrir um þjú til fjögur þúsund árum fyrir Krists burð.  Þetta voru litlir turnar eða hringlaga ker, sem líktust helst gömlum súrheysturnum á Íslandi.  Litlu turnarnir eru rústir af kalkofnum, þar sem forn-Grikkir brenndu kalkstein til að búa til kalk.   Ofnarnir voru yfirleitt um 4 metrar í þvermál, sívalir og fjórir til fimm metrar á hæð.  Þegar ég var á ferð í Indónesíu í nóvember 2009 rakst ég á nokkra kalkofna sem enn eru virkir, eins og þessi hér fyrir ofan á eynni Sumbawa.    Eins og oft gerist, þá hefur aðferðin til að búa til kalk sennilega verið hrein tilviljun eða slys. Kalksteinn er mjög alengur víða um heim, þótt hann sé ekki til í neinu magni á Íslandi.  Kalksteinn myndast aðallega úr leifum skeldýra  og kórals á hafsbotni, en efnasamsetning hans er að mestu leyti CaCO3. Stundum er töluvert af Mg í stað Ca, en þá nefnist steinninn dólómít.  Ef kalksteinn er malaður niður og  hitaður allt að 1000 stig C verða eftirfarandi efnahvörf CaCO3 + hiti  ----- CaO + CO2

Kalksteinninn hverfur við brennsluna en eftir verður kalkduft (CaO) og koldíoxíð rýkur út í loftið.  Kalkið tekur strax í sig vatnsraka úr andrúmsloftinu og myndar steindina portlandít eða Ca(OH)2.  Þegar kalkduftinu er blandað saman við vatn þá myndast leðja sem harðnar í stein vegna efnhvarfa og virkar sem ágætt steinlím.   Bæði forngrikkir á Krít og Egyptar voru byrjaðir að brenna kalk og nota sement  fyrir um 2500 fyrir Krist, en það voru rómverjar sem gerðu sement og notuðu steinsteypu í stórum stíl um og eftir 300 fyrir Krist.  Ein elsta og merkasta bygging úr steinsteypu er Pantheon musterið í Róm á Ítalíu, en mynd af steinsteyptu hvelfingunni er hér til hliðar.  Það var byggt árið 27 fyrir Krist, og loftið er steinsteypt hvelfing sem er um 43 metrar í þvermál. Þetta er enn í dag stærsta hvelfing á jörðu sem gerð var úr steinsteypu sem ekki er járnbundin. Í miðri hvelfingunni er gat sem er níu metrar í þvermál, og það er ógleymanleg tilfinning að standa inní Pantheon á rigningardegi í Róm, og leita skjóls um leið og regnið streymir niður um mitt gatið, niður á gólfið.  Steypan í hvelfingunni er um 6 metrar á þykkt á jöðrunum en um 1,2 metrar við gatið í miðri hvelfingunni.   Rómverjar uppgötvuðu að þegar eldfjallaösku var blandað út í kalkið og hrært með vatni, þá myndaðist frábær steinsteypa sem var miklu sterkari.   Öskuna fengur þeir í grennd við Vesúvíus og önnur eldfjöll nálægt Napólí, einkum nálægt bænum Puteoli, sem í dag nefnist Pozzuoli (fæðingarstaður leikkonunar  Sofíu Loren).  Af þeim sökum nefnist slík steypa pozzolana, en rómverjar gátu jafnvel beitt henni við byggingu á mannvirkjum neðansjávar, eins og höfnina í Ostia. 

Hvað gerist þegar kalk og sement mynda steinsteypu?  Algengasta sementið í dag er svokallað portland sement.  Það er einnig framleytt  við brennslu á kalksteini í blöndu við steinefni sem inniheldur kísil.  Þegar sementsdufti er blandað við vatn þá myndast steypa, sem harðnar vegna efnahvarfa í einhverskonar kalsíum sílikat hydrat: Ca –Si - OH. En það var ekki fyrr en alveg nýlega að menn uppgötvuðu hvað virkilega er að gerast við hörðnun steinsteypunnar.  Steindin sem myndast þegar sement harðnar er sýnd í myndinni til hliðar, þar sem atóm skipan eða innri bygging efnisins kemur vel fram.  Hér eru vetnisatóm sýnd hvít á lit, súrefni fjólublá,  kalsíum grá, kísilatóm gul og súrefni rauð.  Nú þegar að innri gerð sementsins er orðin þekkt, þá má gera ráð fyrir að í framtíðinni verði miklar framfarir í gerð nýrra og betri sementstegunda.  Framleiðsla sements á jörðinni er um 3 miljarðar tonna á ári og fer nær öll framleiðslan til Kína, eins og myndin fyrir ofan sýnir.  En sementsframleiðslan hefur mikil neikvæð umhverfisáhrif.  Eins og efnajafnan efst í pistlinum sýnir, þá myndast koldíoxíð þegar kalk er brennt, og rýkur  það út í andrúmsloftið.  Sementsiðnaðurinn í heiminum myndar um 5% af allri losun á koldíoxíði, bæði vegna gas myndunarinnar og vegna koldíoxíðs frá eldsneytinu sem er notað við brennsluna.  Við hvert tonn af sementi myndast um 222 kg af kolefni sem rýkur út í loftið. Þannig er sementsframleiðsla  nokkuð stór þáttur í loftslagsbreytingum. 

Kalk er til á Íslandi en er fremur sjaldgæft. Flestir kannast við silfurberg, sem er afbrigði af steindinni kalsít.  Hvítar æðar af kalsíti myndast í sprungum í blágrýtismynduninni  víða um land, vegna forns jarðhita, og geta slíkar æðar veriða allt að 50 sm á breidd.  Það mun hafa verið um 1863 að kalkæðar fundust í Esjunni hjá Mógilsá, og framkvæmdir hófust til að vinna kalksteininn og brenna hann í kalk.  Þetta var tilraun til að koma Reykvíkingum út úr torfbæjunum og í hús sem væru hlaðin úr steini sem var límdur saman með kalki.   Egill Egilsson kaupmaður  í verzluninni Glasgow  stýrði verkinu,  og lét byggja kalkofn í Reykjavík 1876. Hann var reistur nálægt ósnum á Læknum sem rann frá Tjörninni, og við Batteríið. Slóðinn sem lá að kalkofninum varð Kalkofnsvegur.  Sjö menn störfuðu í námunni í Esjunni, hestar fluttu grjótið til sjávar og bátur kom því til Reykjavíkur í kalkofninn.  Myndin til hliðar sýnir gamla kalkofninn,  við fjöruna á bak við hús Siemsens kaupmanns.  Ekki þótti íslenska kalkið samkeppnisfært og kalkvinnslan lagðist niður árið 1879.  Nú er kalkofninn horfinn fyrir löngu, en þessum merkilegu menningarminjum var sennilega rutt á brott þegar hús Seðlabanka Íslands var byggt.  Hin forna staðsetning kalkofnsins var þar sem rauði díllinn er á myndinni fyrir ofan. Hér fyrir neðan er gamalt Reykjavíkurkort frá 1876, þar sem kalkofninn er merktur inn (rauður hringur) fyrir neðan Arnarhól. 

Háhitasvæðin og Grænsteinn

Hafið þið tekið eftir því hvað Hafnarfjall er skriðum orpið? Og hvað bergið í sumum fjöllunum í Staðarsveit á Snæfellsnesi, eins og Þorgeirsfelli, er furðulega blágrænt?  Þessi fyrirbæri eru mjög algeng í blágrýtismynduninni á Íslandi og eiga sér eina og fremur einfalda skýringu, en hún er ummyndun eða  myndbreyting bergsins.   Megineldstöðvar á Íslandi eru flestar háhitasvæði, þar sem kvikuinnskot og hiti sem leitar út frá kvikuþró undir eldfjallinu orsakar mjög virkan jarðhita. Hringrás jarðvatns milli heitra innskota og kaldari jarðmyndana nær yfirborði flytur hita og uppleyst efni í vatninu, og með tímanum  breytist efnasamsening bergsins af þessum sökum, og einnig gerð og tegundir steinda eða kristalla í berginu. Við ræðum um ummyndun bergsins eða myndbreytingu.  Nær allt bergið á háhitasvæðunum var basalt í upphafi, en eftir langvarandi breytingar í háhitasvæðinu á eins til tveggja kílómetra dýpi ummyndast basalt í berg sem kallast greenstone eða greenschist á máli jarðfræðinga og mætti þýða sem grænstein.  Í basalti myndast kristallar eða frumsteindir  strax og basaltið kólnar og stirðnar úr bráðinni hraunkviku. Í háhitasvæðinu eru frumsteindir basaltsins ekki í jafnvægi við nýjar eðlis- og efnafræðilegar aðstæður,  og frumsteindir breytast í aðrar steindir, sem kallast síðsteindir.  Þanig valda efnahvörf myndbreytingu og ummyndun bergsins í aðra bergtegund, grænstein.  Meðal síðsteinda er klórít, sem myndast við um 230oC og er grænt á lit.  Einnig myndast steindin epídót við hærri en 250oC hita, og er einnig græn, eins og myndin sýnir.  Steinninn sem myndin er af er frá Axlarhyrnu á sunnanverðu Snæfellsnesi.  Af þessum sökum breytist svart eða dökkgrátt basalt í grænleitt metabasalt eða grænstein við myndbreytingu bergsins djúpt  undir háhitasvæðinu.  Það er fjöldi annarra seinda sem myndast við þessar aðstæður, og þar þa meðal granat, sem finnst í grænsteininum í Eyrarsveit og Staðarsveit.  En um leið og begið myndbreytist, þá tekur það í sig vatn og verður veikara fyrir. Þá veðrast bergið auðveldar á yfirborði jarðar, springur greiðlega vegna áhrifa frosts, molnar og myndar miklar skriður í fjöllum.  Flestar fornar og útkulnaðar megineldstöðvar í blágrýtismynduninni á Íslandi hafa orðið fyrir miklu rofi af völdum jökla á ísöld.  Rofið hefur tekið einn eða tvo kílómetra ofan af elstöðinni og afhjúpað rætur megineldstöðvarinnar, sem er aðallega grænsteinn og innskotsberg, eins og gabbró og dólerít, og stundum granófýr.

Þegar ég bloggaði hér fyrir neðan um jarðskorpuna hinn 20. janúar 2010 þá fjallaði ég lítið eitt um myndbreytingu bergs undir Íslandi og hitaferilinn, eða hvernig hitinn eykst eftir því sem dýpra er farið. Myndin hér sýnir aftur hlutfallið milli hita og dýpis í skorpunni, og rauðu breiðu línurnar sýna hugsanlegan hitastigul undir Íslandi. Annar hitastigullinn á myndinni fer einmitt í gegnum reit á myndinni sem er merktur greenschist, eða grænsteinn. Samkvæmt því ætti hitinn á um 2 km dýpi að vera 250 til 400oC, sem er nákvæmlega það sem steindirnar af epídót og klórít segja okkur um grænsteininn á Snæfellsnesi og víðar. 

Takið eftir að þar undir, á enn meira dýpi og við hærri hita, ætti að vera mikið belti af bergtegundinni amfibólít, sem er einnig myndbreytt afbrigði af basalti.  Ef myndin er rétt, þá er amfíbólít ein mikilvægasta bergtegund Íslands hvað varðar magnið, en samt er hún nær algjörlega óþekkt hér á landi.  Ef til vill mun djúpborun varpa ljósi á það í framtíðinni hvort amfíbólít er ein aðal uppistaðan undir landinu.

Guðmundur Einarsson frá Miðdal málar Grímsvatnagos 1934

Eitt fyrsta gosið sem kannað var í Grímsötnumí Vatnajökli var árið 1934, en þó hefur þessi eldstöð gosið í margar aldir. Þá fóru þeir Guðmundur Einarsson frá Miðdal og Jóhannes Áskelsson, jarðfræðingur, þangað og fundu þeir eldstöðvarnar við norður brún Grímsfjallss. Jóhannes gaf fyrstu lýsingu á gosinu í grein árið 1936 í riti Vísindafélags Íslendinga og færði rök að því, að þarna væru hin einu og sönnu Grímsvötn, sem áður voru kennd sagnablæ. Gosið í apríl 1934 stóð yfir í meir en tvær vikur, en þar voru þrír gígar virkir innan öskjunnar og eyja myndaðist í Grímsvötnum. Um Grímsvötn og Grímsvatnagos hefur verið ítarlega fjallað af Magnúsi Tuma Guðmundssyni og félögum á vefsíðunni http://www.jardvis.hi.is/page/jhgrimsvotn Guðmundur frá Miðdal hefur orðið fyrir miklum áhrifum af ferð sinni inn á jökulinn og af gosinu sem blasti við þeim Jóhannesi. Mér er kunnugt um tvö olíumálverk sem Guðmundur hefur málað af gosinu, ssennilega á staðnum. Annað þeirra er mynd í eigu Listasafns Íslands, sem er sýnd hér fyrir ofan, en hún hefur lengi hangið uppi í skrifstofu á Ríkisútvarpinu. Það má nú sjá þessa mynd á Eldfjallasafni í Stykkishólmi. Þetta er einstaklega kraftmikil mynd og nær mjög vel stemmningunni í sprengigosi. Hún er sögulega mikilvægt verk, sem lýsing og túlkun listamanns af náttúruhamforum sem hann var vitni af. Gígurinn þeytir upp brúnni og svartri ösku og vikri upp úr jöklinum af miklum krafti, en bólstrar af gufu blandinni brúnni ösku bólgna upp í kringum strókinn. Hér er mynd gerð af listamanni sem varð vitni af atburðinum, og myndin er þess vegna skemmtileg andstæða við mynd Finns Jónssonar af Surtseyjargosi, sem ég sýndi og bloggaði um hinn 27. desember 2009. En sennilega sá Finnur ekki eldgosið sjálfur. Guðmundur málaði aðra mynd af Grímsvatnagosinu 1934 og hún er einnig sýnd hér. Sú mynd er olíumálverk sem er eða var í eigu Glitnis (nú Íslandsbanki). Hér er Guðmundur fjær eldstöðvunum, og myndin er meira færð í stílinn. Strókurinn uppúr gígnum er glóandi, og gjóskuskýið myndar reglulegri bólstra en í hinni mynd Guðmundar. Jökullinn er mikið sprunginn og brotinn í forgrunni. Litavalið er allt annað hér, og myndin er ekki nærri því eins dramatísk og sú fyrri. Hún er fremur vinaleg, með roða sólsetursins umhverfis gjóskuskýið, en ekki ógnandi, eins og fyrri myndin. Grímsvatnagosið 1934 var sprengigos vegna þess að kvikan kom upp undir jökli. Ef gosið hefði gerst  á auðu landi, utan jökulsins, hefði runnið basalt hraun. Þannig er Grímsvatnagos náskylt Surtseyjargosinu 1963 og öðrum gosum, þar sem kvikan leitar upp í vatn eða undir bráðinn ís.  Áhrif heitrar kvikunnar á vatnið er suða og breyting í gufu sem þenst út og tætir sundur kvikuna í sífelldum og miklum sprengingum, sem mynda ösku og gjall.  Grímsvatnagos og Surtsey hafa á þennan hátt kennt okkur mikið um myndun móbergs á Íslandi. 

Berghlaup úr Drápuhlíðarfjalli - í fortíð og í framtíð

Berghlaup nefnist það fyrirbæri þegar stór spilda eða fylling fellur eða skríður skyndilega fram úr fjallshlíð og myndar mikla breiðu af stórgrýti og moluðum jarðmyndunum á sléttlendi fyrir neðan. Forfeður okkar kölluðu slíkt fyrirbæri hraun, sem er sennilega dregið af orðinu hrun eða að hrynja. Yfirborð á berghlaupum er reyndar mjög líkt og yfirborð á hraunum þeim sem myndast við eldgos, og hafa forfeður okkar sennilega ekki gert mikinn greinarmun þar á. Sennilega eru Vatnsdalshólar mesta berghlaup á Íslandi, en það hlaup náði fram um 6,5 kílómetra. Eitt stærsta berghlaup á jörðu varð í Kaliforníu fyrir um 300 þúsund árum, þegar hlíð eldfjallsins Shasta hrundi, og þá fór berghlaup í allt að 45 km fjarlægð frá fjallinu og þakti um 450 ferkílómetra svæði. Berghlaup myndast í bröttum hlíðum þegar styrkur bergs eða jarðmyndana er ekki nægilegur til að vinna á móti hallanum og þyngdarlögmálinu. Sennilega hafa flest berghlaup á Íslandi myndast skömmu eftir eða um leið og skriðjöklar hopuðu í lok ísaldarinnar, fyrir um tíu þúsund árum. Úr norðvestur hluta Drápuhlíðarfjalls hefur orðið berghlaup, sennilega rétt eftir að ísöld lauk. Það myndar um eins km langa, bratta og ljósa skriðu út brotnu líparíti, sem er nokkrir tugir metra til eitt hundrað metrar á þykkt. Upptök berghlaupsins er hamar norðan í fjallinu, þar sem tvö þykk líparít lög hafa brotnað fram. Berghlaupið úr Drápuhlíðarfjalli var lengi notað sem náma fyrir hið landsþekkta Drápuhlíðargrjót: fallegar stórar flögur af gulu eða rauðleitu líparíti, sem voru fluttar í stórum stíl til Reykjavíkur á sjötta og sjöunda áratugnum, til að klæða veggi umhverfis arinninn í stofunni eða við útidyrnar í nýbyggingum í fúnkis stíl hjá efnuðum borgurum. Á þeim tíma var arinn í stofu og Drápuhlíðargrjót stöðutákn hinna nýríku. Nú er fjallið friðað og efnistaka bönnuð, enda hefur tískan víst breytst. Nú virðist að annað berghlaup kunni að falla úr Drápuhlíðarfjalli í framtíðinni. Um eins meters víð sprunga hefur myndast í fjallinu um eitt hundrað metra innar en hamarsbrúnin þar sem fyrra berghlaupið varð. Sjá mynd hér til hægri af sprungunni. Undir hamrinum, sem er mjög þykkt líparít hraun, er um 20 til 30 metra þykkt lag af gjóskuflóði. Það er um 3,5 miljón ára að aldri og hefur með tímanum og vegna áhrifa jarðhita breytst í mjúkan leir.  Í leirlaginu finnast oft leifar af steingerðum trjám, sem bera vitni um gróðurfar á Snæfellsnesi í lok Tertíera tímans. Hamarinn hvílir því á sleipu leirlagi og allar aðstæður eru því tilbúnar að hamarinn kastist fram og myndi nýtt berghlaup. Nú er kominn tími til að fylgjast með sprungunni, til að kanna hvort hér sé hreyfing á bergfyllingunni og hversu hröð hún er.