Uppruni Íslands liggur undir Baffinseyju

Það er ekki oft sem við heyrum minnst á Baffinseyju, en samt er hún um fimm sinnum stærri en Ísland, og rétt vestan Grænlands. Ef til vill komu forfeður okkar við á Baffinseyju á leið sinni vestur til Vínlands hins góða á söguöld, og nefndu eynna þá Helluland. Nálægt suðaustur odda Baffinseyjar er Nanook, en fornleifarannsóknir þar árið 2002 hafa hugsanlega leitt í ljós minjar af norrænum uppruna. Það eru þó ekki þessi fornsögulegu þættir sem tengja okkur íslendinga við Baffinseyju, heldur er það uppruni landsins. Nú hefur nefnilega komið í ljós, að möttulstrókurinn sem liggur undir Íslandi hóf sögu sína undir Baffinseyju fyrir um sextíu og tveimur milljón árum síðan. Eldvirknin á Baffinseyju var basalt kvika sem átti uppruna sinn í möttulstrók djúpt í jörðu. Myndin fyrir ofan sýnir eitt af þeim svæðum á Baffinseyju, þar sem þykkar myndanir af basalthraunum hafa gosið fyrir um sextíu og tveimur milljón árum. Nú hefur komið í ljós, að basaltið hér er upprunnið úr möttulsbergi undir eynni, sem er um 4500 milljón ára gamalt. Þar með er þessi möttull undir Baffin nú elsta berg sem hefur fundist til þessa á jörðinni. Það er mjög ólíklegt að eldra berg finnist nokkurn tíma á jörðu, þar sem aldur jarðar og sólkerfisins er nú talinn 4568 milljón ár, og er skekkjan á þessari aldursgreiningu talin aðeins ein milljón ára, plús og mínus. Það er jarðefnafræðin sem hefur sýnt fram á mikilvægi basaltsins á Baffinseyju. Í basaltinu finnst til dæmis óvenju mikið af gasinu helíum-3. Helíum gas er mjög ríkt í sólkerfinu, en mest af því hefur þegar tapast út úr jörðinni. Varðandi jarðefnafræðina er rétt að geta þess, að atóm eða frumeindir efnis geta haft mismargar nifteindir. Slíkar frumeindir nefnast samsætur. Helíum hefur tvær samsætur: He3 og He4. He3 samsætan einkennir sólkerfið, en nú hefur fundist helíum í basaltinu á Baffinseyju með 3He/4He hlutfall sem er 50 sinnum hærra en í andrúmslofti jarðar. Þetta helíum undir Baffinseyju er því óbreytt allt frá fyrstu milljónum ára jarðarinnar. Frekari greiningar jarðefnafræðinganna sýna að önnur frumefni eða samsætur gefa aldur möttulsins undir Baffinseyju sem um 4500 miljón ár. Þessi hluti möttuls jarðar tók að bráðna fyrir um 62 milljón árum, og bráðin er basaltkvikan, sem þá gaus á Bafinseyju.  Ekki er enn ljóst hvað kom þessum möttli á hreyfingu til að mynda möttulstrók, en hann hefur verið virkur æ síðan, og nú er þessi möttulstrókur staðsettur undir Íslandi. Saga hans er merkileg á ýmsan hátt. Með tímanun færðust flekarnir til vesturs fyrir ofan möttulstrókinn, og Baffinseyja rak frá, en Grænland lenti beint fyrir ofan hann. Þá tók að gjósa á Diskóeyju með vesturströnd Grænlands, og síðar færðist virknin enn austar, þegar möttulstrókurinn var staðsettur undir austur strönd Grænlands fyrir um 50 milljón árum, eins og myndin sýnir. (Á myndina hef ég dregið rauða ör, sem sýnir lauslega feril möttulstróksins sl. sextíu milljón ár, en takið eftir að það er ekki möttulstrókurinn sem hreyfist, heldur jarðskorpuflekarnir fyrir ofan.) Þá klofnar Evrasíuflekinn fyrir ofan möttulstrókinn, og Grænland rekur með restinni af Norður Ameríku flekanum til vesturs, og Norður Atlantshafið opnast. Þótt staðsetning möttulstróksins sé stöðug í möttlinum, þá mjakast flekamótin smátt og smátt til vesturs, og af þeim sökum hefur strókurinn myndað mjög víðtækt belti af basaltmyndunum, allt frá Baffin, til Diskó, undir allt Grænland frá vestri til austurs, og loks undir Norður Atlantshafið og myndað Ísland. Þannig eigum við margt og mikið sameiginlegt með Baffinseyju, þótt það séu meir en sextíu milljón ár líðin síðan við vorum í nánu jarðbundnu sambandi.

Sprungukerfið í móbergi Kerlingarfjalls

Kerlingarfjall á Snæfellsnesi er móbergsfjall, sem er merkilegt fyrir margra hluta sakir. Ég hef áður bloggað um útilegumannshellin Grímshellir í austanverðu Kerlingarfjalli hér: http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1090938/  Einnig hef ég bloggað um einstakar móbergskúlur, sem koma fyrir víða í fjallinu, hér: http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/951989/ Fjallið er myndað við eldgos undir jökli, sennilega á síðasta jökulskeiði, og þá um fimmtíu þúsund ára að aldri.  Þegar gengið er upp í fjallið frá gamla þjóðveginum í Kerlingarskarði er oftast farið upp gil, sem opnast í víðan og hringlaga dal, umgirtan lóðréttum hömrum að austan verðu. Við norður enda hamranna er mjög þröngt gil, þar sem hægt er að klifra upp til kerlingarinnar, sem gefur fjallinu nafn.  Einnig er besta svæðið til að skoða móbergskúlurnar fyrir ofan gilið. Í gilinu eru nokkrir basalt gangar, og hefur gilið skorist niður með göngunum. Hamrarnir í dalnum fyrir neðan gilið eru mjög sérkennilegir, eins og myndin til hliðar sýnir. Hamarinn er nærri eitt hundrað metrar á hæð og lóðréttur.  Það sem vekur strax athygli er, að hamarinn er þakinn þéttu neti af sprungum í móberginu.  Nærmyndin sýnir sprungunetið vel. Þar kemur fram, að sprungurnar hafa tvær höfuðstefnur: nær lóðréttar og nálagt því láréttar.  Þriðja sprungustefnan er ólósari, og ligur skáhallt niður. Einnig er ljóst, að eftir sprungumyndunina hefur móbergið í sprungunum harðnað meir en móbergið í kring.  Þess vegna stendur sprungunetið út úr hamrinum, og er upphleypt.  Það er ekki óvenjulegt að bergið harðni meir í og umhverfis sprungur. Það sem er óvenjulegt hér er hvað netið af sprungum er þétt og einstaklega reglulegt.  Bilið milli sprungna er aðeins nokkrir cm eða tugir cm.  Ég hef hvergi séð slíkt sprungunet í móbergi eða öðru bergi og er ekki ljóst hvað veldur myndun þess. Ef til vill er það tengt því, að hamarinn er rétt við aðalgíg Kerlingarfjalls og kann að vera, að sprengingar samfara gosum í gígnum hafi valdið sprungumynduninni. Allavega er hér einstakt og mjög óvenjulegt fyrirbæri sem ferðalangar þurfa að taka eftir og skoða náið.

Eldgosið í Mont Pelée árið 1902

Árið 1902 varð eitt frægasta eldgos sögunnar, þegar eldfjallið Mont Pelée gaus á eynni Martinique í Karíbahafi. Það gos er frægt af endemum, ekki vegna þess að gosið hefði verið sérlega stórt, heldur vegna hins mikla mannfalls, en um 28 þúsund manns fórust.  Eldfjallið Pelée hafði gosið áður árin 1792 og 1851.  Pelée þýðir sá sköllótti, sem vísar til þess, að í sögunni hefur efri hluti eldfjallsins jafnan verið gróðurlaus, vegna tíðra eldgosa.Samt sem áður hafði blómgast allstór borg við rætur þess. Það var borgin Saint Pierre, sem var oft nefnd París Karíbahafsins. Þar var mikil náttúrufegurð, gleði, fjör og blómleg verzlun.  Enda var Saint Pierre þá höfuðborg eyjarinnar Martinique, sem enn er ein af nýlendum Frakka í Karíbahafi.  Ég kynntist Mont Pelée náið árin 1970 til 1974, þegar ég starfaði við rannsóknir á eldfjöllum í Karíbahafi.  Það var í febrúar árið 1902 að  tekið var eftir því að gas streymdi í vaxandi mæli frá eldfjallinu og vart var við jarðskjálfta.  Í lok apríl höfðu smásprengingar hafist, og er sennilegt að þá hafi hraungúll verið að myndast á fjallstoppnum.  Slíkir hraungúlar verða til þegar mjög seig kvika hleðst upp yfir gígnum, og skriður af mjög heitu bergi og ösku kunna að falla úr hlíðum hraungúlsins.  Jarðhræringarnar orsökuðu óróa meðal borgarbúa, en yfirvöld gerðu lítið úr þessu og vildu fyrir alla muni halda borgurum í Saint Pierre þar til almennum kosningum þar hinn 11. maí væri lokið. Svo virðist sem að yfirvöld hafi komið í veg fyrir flótta frá borginni til að hafa góða þáttöku í kosningunum, en gígurinn er aðeins um 8 km fyrir norðan Saint Pierre. En áhrif eldgoss á sveitir umhverfis borgina orsökuðu það, að fjöldi fólks streymdi inn í Saint Pierre. Fyrstu fórnarlömb í gosinu fórust hinn 5. maí, þegar gjóskuflóð náði niður í sveitir fyrir norðan borgina. Samt voru viðbrögð hins opinbera lítil eða engin, og landstjórinn yfir Martinique flutti til borgarinnar til að róa almenning.  Það var skömmu eftir kl. 8 að morgni hinn 8. maí, að hörmungarnar skullu yfir.  Gjóskuflóð úr hlíðum fjallsins streymdi á miklum hraða til suðurs og skall yfir borgina. Sennilega var gjóskuflóðið myndað þegar stór hluti af hraungúlnum hrundi fram, heit kvikan myndaði mikla skriðu af glóandi heitum bergbrotum, vikri, ösku og gasi. Gjóskuflóðið náði til Saint Pierre á nokkrum mínútum þennan Uppstigningardagsmorgun.  Að minnsta kosti 28 þúsund mans fórust í Saint Pierre af völdum gjóskuflóðsins. Þau fórust í fyrsta lagi vegna hitans, sem var gýfurlegur, og einnig vegna þess að anda að sér mjög heitri ösku sem brenndi slímhúð og leiddi strax til dauða. Aðeins tveir komust af í borginni. Annar var skósmiðurinn Leon Compere, en honum tókst að komast út úr borginni, mikið brenndur.  Hinn var fanginn Louis Cyparis (1875-1929), sem var í dýflisunni undir fangelsi borgarinnar þegar gjóskuflóðið gekk yfir. Hann fanst á lífi í rústunum, og varð síðan frægur um heim allan, en hann var sýndur í hinum vinsæla sirkusi Barnum & Bailey sem fanginn frá Saint Pierre.  Við gosið í Mont Pelée árið 1902  varð mesta mannfall sem orðið hefur í eldgosi síðan gosin miklu í Krakatá árið 1883 (um 35 þúsund fórust) og í Tambóra í Indónesíu árið 1815 (um 117 þúsund fórust). Frakkar hófu strax rannsóknir á eldgosinu og orsökum þess og sendu jarðfræðinginn Alfred Lacroix (1863-1948) til Martinique.  Rit hans, sem kom út árið 1904, markar að nokkru leyti upphaf eldfjallarannsókna, en hann er sá fyrsti sem skilur mikilvægi gjóskuflóða.  Hann gaf þeim nafnið nuées ardentes, eða glóandi flóð.  En Mont Pelée var ekki búinn að ljúka sér af, heldur hélt áfram að gjósa.  Fljótlega eftir gjóskuflóðið tók að rísa risavaxin súla af bergi eða kviku upp af gígnum. Þessi mikla nál af bergi reis um 15 metra á dag, og náði alls 350 metra hæð yfir umhverfið.  Súlan myndaðist vegna þess að kvikan var mjög seig og rann ekki, heldur ýttist beint upp og storknaði til að mynda nálina.  Það minnir því helst á tannkrem sem er kreist upp úr túbunni. Þegar súlakólnaði þá brotnaði hún og sprakk í mola og lækkaði smám saman. Gos hófst aftur í Mont Pelée árið 1929 og varði þar til 1932. Hér með fylgja tvö listaverk úr Eldfjallasafni í Stykkishólmi, sem sýna eldfjallið í þessu gosi. Það fyrra er olíumálverk eftir Edward Kingsbury, sem sýnir allt fjallið snjókvítt af ljósri ösku. Hin myndin er eirstunga eftir Charles H. Woodbury, sem sýnir rjúkandi hraungúlinn á toppi eldfjallsins.  Síðan hefur Mont Pelée ekki gosið, en borgin Saint Pierre hefur aldrei náð sinni fornu frægð.

Djúpalónsperlur og Benmorít

Einn af vinsælustu viðkomustöðum ferðamanna  undir Snæfellsjökli er Djúpalón.  Þar er náttúrufegurð, sérstakt og stórbrotið landslag – og einn af fáum stöðum umhverfis Jökul þar sem ferðamenn komast á klósett! Djúpalón hefur myndast í dalverpi, þar sem tvö hraun frá Snæfellsjökli hafa runnið saman. Loftmyndin, sem er frá kortasjá Landmælinga Íslands, sýnir Djúpalón, og hraunin tvö. Það eldra er fyrir austan, vel gróið, mjög þykkt og gamalt hraun.  Það yngra er fyrir vestan og norðan, þynnra, og mun minna gróið.  Þetta basalthraun nefnist Beruvíkurhraun, og er talið um 2000 ára, runnið úr toppgíg Snæfellsjökuls.  Hraunið fyrir austan Djúpalón er Einarslónshraun, og er talið vera um 7000 ára gamalt.  Sennilega hefur það einnig runnið úr toppgíg.  Það er þetta hraun sem Atlantshafið brýtur og molar niður við ströndina og slípar í fagurgerða möl, sem ber nafnið Djúpalónsperlur.  Þær eru nú orðnar vinsælt hráefni í skartgripi, eins og myndin sýnir. Það eru góðar og gildar jarðfræðilegar ástæður fyrir því, að Djúpalónsperlur myndast. Efri hluti hraunsins er kolsvartur, þar sem hann hefur kólnað hratt og orðið glerkenndur. Hinsvegar er innri hluti hraunsins gráleitur og fullkristallaður.  Þetta sérstaka hraun er mjög líkt Hellnahrauni, sem rann úr gíg á Jökulhálsi fyrir um 3900 árum.  Þessi hraun hafa sérstaka efnasamsetningu sem bergfræðinar nefna benmorít.  Það er eitt af mörgum bergtegundum sem hafa runnið sem hraun frá Snæfellsjökli, en eru mjög sjaldgæfar í öðrum eldfjallalöndum. Jarðfræðingar flokka hrauntegundir eftir efnasamsetningu þeirra, og hefur hver tegund vel afmörkuð einkenni. Línuritið sem fylgir hér með sýnir  innihald af alkalí málmum (natríum og kalíum oxíð) og kísil (SiO2)  í hraunum frá Snæfellsjökli. Hér eru hraunin flokkuð eftir því í hvaða „kassa‟ þau falla á myndinni samkvæmt efnagreiningu.  Hraunin mynda röð af tegundum, sem byrjar með alkali basalti, þá  hawaíit (trakíbasalt), síðan mugearit og benmorit og að lokum trakít, með hæst kísilmagn.  Háahraun í grennd við Dagverðará er dæmi um trakít, og einnig Ljósuskriður. Eins og að ofan getur er Hellnahraun dæmi um benmorít, Klifhraun í grennd við Arnarstapa er mugearít, Hnausahraun er hawaíit, og Búðahraun er alkalí basalt.   Sum þessi óvenjulegu nöfn á tegundum hraunanna  koma frá Skotlandi, sem var vagga bergfræðinnar í byrjun tuttugustu aldarinnar.  Nafnið mugearít var gefið bergtegundinni árið 1904 af Alfred Harker (1859-1939) eftir þorpinu Mugeary á skosku eynni Skye, þar sem bergtegundin er algeng. Nafnið á bergtegundinni benmorít var hins vegar eftir forna eldfjallinu Ben More á skosku eynni Mull.  Það er enn ráðgáta hvernig hraunkvikan, sem storknar á yfirborði Snæfellsjökuls í þessar bergtegundir, myndast, en þessar kvikur eru greinilega náskyldar.  Jarðefnafræðingurinn Thomas Kokfelt og félagar hans hafa sýnt fram á árið 2009, að hraunkvikan sem hefur hæst magn af kísil og alkalí málmum (trakít, benmorít og mugearít kvika) gýs frá toppgíg eða gígum mjög ofarlega á Snæfellsjökli.  Hins vegar gýs alkalí basalt kvikan á láglendi umhverfis Jökulinn.  Þeir hafa stungið upp á tveimur líkönum um innri gerð Jökulsins til að skýra þetta merkilega fyrirbæri, eins og sýnt er á þversniðinu í gegnum Snæfellsjökul. Í öðru líkaninu (til vinstri) er sýnd ein stór og lagskift kvikuþró undir Jöklinum.  Þá væru kísilríkari kvikan efst, og alkalí basalt kvikan neðst í þrónni. Þetta líkan verður að teljast sennilegra.  Í hinu líkaninu, (til hægri á myndinni) eru margar litlar kvikuþrær, með mismunandi kviku.  Nú er svo komið, að við vitum töluvert mikið um jarðefnafræði kvikunnar undir Snæfellsjökli, og uppruna hennar.  Hins vegar er nær ekkert vitað um jarðeðlisfræði þessa mikla eldfjalls. Það er mikil þörf á að bæta úr því og setja upp varanlegt kerfi af jarðskjálftamælum og öðrum skynjurum til að fylgjast með innri gerð eldfjallsins.  Það eru um 1750 ár, og ef til vill aðeins 1500 ár, síðan síðast gaus í Jöklinum, og verður það því að teljast virk eldstöð.

Keilugangar í Setbergseldstöð

Ég hef fjallað um keiluganga hér fyrir ofan, en hér vil ég gefa frekari upplýsingar um dreifingu þeirra í Setbergseldstöðinni á Snæfellsnesi, fyrir þá sem hafa áhuga á að skoða þessi merkilegu fyrirbæri sjálfir.  Fyrri myndin er lauslegt jarðfræðikort af eldstöðinni.  Litlu strikin eru keilugangar í berggrunni Setbergseldstöðvarinnar.  Strikið sýnir stefnu keilugangsins, en litla hakið sýnir þá hlið sem hallar niður. Það kemur strax í ljós, að þeir mynda hringlaga þyrpingu í kringum eldstöðina, með þvermál um 10 km.  En ef að er gáð, þá kemur í ljós að það er önnur þyrping eða hringlaga myndun af keilugöngum sunnar, og ná þeir yfir fjallgarðinn og suður í Staðarsveit. Þar eru einnig innskot af djúpbergi, gabbró og granófyr, sem fylgja sömu hringlaga myndun.  Hér eru rætur af annari eldstöð, sem ég kallaði  Setberg II.  Hún er aðeins yngri en nyrðri Setbergseldstöðin. Gabbróið og keilugangana má skoða í Þorgeirsfellshyrnu, og granófýrinn er í Lýsuskarði.  Sennilega hefur granofýrinn gefið skarðinu þetta nafn.  Granófýr er ljósleitt berg og gefur skarðinu hinn ljósgráa lit.

Þeir sem kunna að hafa áhuga á að skoða keiluganga er bent á strandlengjuna í botni Grundarfjarðar.  Ég mæli með því að ganga í fjörunni (sætið sjávarföllum) frá Grund og fyrir neðan Hamra.  Þar eru ágætar opnur í nær samfellda þyrpingu af keilugöngum, bæði af þykkum keilugöngum úr líparíti, og þynnri basalt keilugöngum.  Þar sést einnig mjög vel hvað blágrýtismyndunin, gömlu basalt hraunlögin, er mikið ummynduð af háhita hér.  Steindir sem finnast hér í blágrýtismynduninni, á milli keiluganganna, eru meðal annars laumontít (hvítir og frekar mjúkir eða jafnvel loðnir kristallar), og einnig epídót (fallega grænir kristallar) og að lokum granat (smáir og rauðleitir kristallar).  Þessar steindir benda til þess, að hér hafi verið um 400oC hiti í jarðskorpunni, eða virkt og kraftmikið háhitasvæði.  Síðari myndin er hluti af jarðfræðikortinu sem ég birti 1966 af svæðinu.

Geimkorn eða Chondrules eru elstu steinarnir í sólkerfinu

Flestir halda að heimurinn hafi alltaf verið svona, eins og hann lítur út í dag, og að einu breytingarnar í heiminum séu þegar við spörkum út vissum stjórnmálamönnum og  lyftum öðrum upp í hásæti.  En því fer víðs fjarri: heimurinn var allt öðruvísi fyrir um 4,6 milljörðum ára. Þá var sólkerfið okkar eitt risastórt ský.  Öll líkön af uppruna sólkerfisins byrja með miklu skýi af efni sem snýst af miklum hraða.  Síðan byrjar skýið að þéttast, og smátt og smátt safnast agnir af ryki og dufti, sem mynda fremur laust og brothætt efni. Síðar þéttist það frekar og myndar steina sem safnast saman í plánetur.  Fyrstu hugmyndir um frumskýið komu frá  Emanuel Swedenborg árið 1734 og Immanuel Kant árið 1755, en fyrirbærið er oftast nefnt nebular hypothesis.  Frumstæðustu og jafnframt elstu steinarnir sem við vitum um í sólkerfi okkar eru kolefnisríkir kondrítar (carbonaceous chondrites).  Þessir frumstæðu steinar innilhalda hnöttóttar eða dropalaga kúlur, sem eru nefndar kondrules, en það er dregið af gríska orðinu chondros eða korn.  Kúlurnar voru upphaflega bráðnir dropar í geimnum, sem söfnuðust saman til að mynda fyrstu steinana í sólkerfinu.  Þær eru yfirleitt 1 til 2 millimetrar í þvermál og nálægt því hnöttóttar, eins og fyrsta myndin sýnir.  Það er talið að geimkornin eða kondrules hafi upphaflega verið bráð, sem síðan storknaði í gler eða einskonar tinnu. Síðan hafa steindir vaxið í glerinu og nú eru kondrules samansettar af ýmsum tegundum kristalla, sem eru aðallega ólivín og pýroxen.   Þegar við skerum þessi geimkorn í sundur, og rannsökum þau í smásjá, þá sjást litríkar og fagrar steindir af ólivíni og pyroxen greinilega, eins og á annari myndinni.  Þessir dropar hafa myndast við mjög háan hita, þar sem steindirnar mynda gler fyrir ofan um tvö þúsund stig á Celsíus.  En síðar söfnuðust geimkornin saman og aðrar steindir og smáagnir röðuðu sér umhverfis kornin, til að mynda fyrstu steinana í sólkerfi okkar.  En þessir steinar voru jafn lausir í sér og ullarlagði. 

Stærsti kolefnisríki kondrít loftsteinninn sem fallið hefur til jarðar er Allende loftsteinninn, en hann féll árið 1969 í Mexíkó. Hann var upphaflega á stærð við bíl, en brotnaði í mðrg stykki þegar hann kom inn í lofthjúp jarðar.  Brotin dreifðust yfir svæði sem er um 50 km á lengd og 8 km á breidd. Nú er búið að safna um 3 tonnum af steinum, og fólk er enn að finna steina af þessum merkilega loftsteini. Hann féll til jarðar í norður hluta Mexíkó, skammt fyrir norðan borgina Durango.  Ég var hér á ferð árið árið 1990, en ég og félagar mínir hurfu strax frá svæðinu, þegar fréttist að eiturlyfjasmyglarar færu hér um daglega á leið til Bandaríkjanna, og öll umferð væri stórhættuleg af þeim sökum.  Annars hefði ég sennilega fundið stykki af þessum merkilega loftsteini.  En fjórða myndi sýnir part af Allende steininum, og takið eftir að það er fullt af litlum kúlum eða geimkornum (kondrules) í honum: elsta efni sólkerfis okkar, um 4,6 milljarðar ára að aldri.  

Seigja kviku

Seigja (viskositet) er eiginleiki efnis sem við hugsum oftast ekkert um, en hún er mjög mikilvæg varðandi hegðun allra vökva, eins og til dæmis hraunkviku.  Berum til dæmis saman tvö vökva sem þið þekkið vel: vatn og tómatssósu.  Seigja tómatssósunnar er einmitt  eitt hundrað sinnum hærri en vatnsins, þegar við berum þessa vökva saman með seigjumælingu og notum seigjugildi vísindanna, en það nefnist Pa s eða paskal-sekúndur. Tjara er ótrúlega seigur vökvi, og lengsta tilraun vísindanna er tilraun með seigju tjöru.  Þessi tilraun er enn í gangi í Queensland háskólanum í Brisbane í Ástralíu, eftir 84 ár, enda á tilraunin metið í Guinness Book of Records.  Prófessor Thomas Parnell setti tjöru í trekt árið 1927 og beið síðan eftir því að dropar af tjöru læku niður úr trektinni. Hann sá fyrsta dropann falla árið 1938, og annan dropann árið 1947, rétt áður en hann dó.  Tilraunin er enn í gangi í Brisbane (vonandi hafa flóðin þar nýlega ekki haft nein slæm áhrif) en nú hafa alls átta dropar fallið, sá síðasti í nóvember árið 2000.  Seigja tjöru hefur verið reiknuð út á grundvelli þessar tilraunar, og reyndist hún 230 milljörðum hærri en seigja vatns, eða 2,3x10⁸ Pa s.   Eðlisfræðideild Queensland Háskóla í Brisbane hefur vefmyndavél á tjörutilrauninni, svo þið getið, kæru lesendur, fylgst með því þegar næsti dropi fellur, ef þið þafið mikla þolinmæði og góðan tíma og yfirleitt nennið að bíða eftir þeim merka atburði.  Vefmyndavélin er hér http://www.smp.uq.edu.au/pitch/

Það er annars upplagt að rannsaka seigju einmitt heima í eldhúsinu, og gera sjálfur tilraunir varðandi áhrif hita á seigjuna. Eftirfarnadi gildi eru fyrir seigju ýmissa efna við 20 stiga hita, gefin í pascal-sekúndum eða Pa s: vatn  0,001, hunang 10, tómatsósa 100, bráðið súkkulaði 130, hnetusmjör 250.  Myndin til hliðar sýnir seigju á nokkrum tegundum rúðuglers, eða réttara sagt heita vökvans eða kvikunnar sem myndar  rúðugler.  Svarta kúrvan sýnir áhrif hita á seigju fyrir “venjulegt” rúðugler, en einingarnar eru í log Pa s.   Seigja glerkvikunnar við um 700 stiga hita er sem sagt mörgum milljörðum sinnum hærri en við 1100 stiga hita, samkvæmt línuritinu. 

Það sem við köllum föst efni, eins og ís, hafa líka seigjueiginleika, þegar litið er á efnið í nógu miklu magni.  Heill skriðjökull af ís rennur, og er seigja jökuls um 10¹³ Pa s.   Möttlull, jarðar, lagið undir jarðskorpunni, er enn seigari.  Venjulegur möttull, eins og undir meginlöndunum, er um 10²¹ Pa s.  Möttullinn undir Íslandi er alls ekki venjulegur, þar sem hann er óvenju heitur.  Seigja okkar möttuls er um það bil 10¹⁸ Pa s og þessi lága seigja hefur þau áhrif að  lóðréttar jarðskorpuhreyfingar eru mun hraðari á Íslandi en víðast hvar á jörðu.

En snúm okkur nú að aðalefninu: seigju hraunkviku.  Það er gífurlegur munur á seigju á ýmsum tegundum af kviku, en seigjan er háð bæði hita og efnasamsetningu og einnig innihaldi vatns og annara reikulla efna í kvikunni.  Seigja kviku  getur verið allt frá 100 Pa s fyrir mjög heita basalt kviku, og allt til 10¹¹ Pa s fyrir mjög kísilríka líparít kviku, og nær sviðið á seigju kviku því yfir um ellefu stærðargráður!  Auk þess er seigjan háð þrýstingi, og er seigja kviku djúpt í jörðu, undir háum þrýstingi, því enn lægri en á yfirborði.  Heitasta og þynnsta kvikan sem við þekkjum er kölluð komatiít, og hefur hún seigjugildi um 0,1 til 10 Pa s, eða álíka og hunang.  Komatiít hraun runnu á frumöld jarðar, fyrir meir en 2,5 milljörðum ára. Síðan hefur þessi kvika ekki komið upp á yfirborð hér á okkar plánetu.  En hins vegar gýs kómatiít hraunum á plánetunni Io, eins og ég hef bloggað um hér: http://vulkan.blog.is/admin/blog/?entry_id=997761

Ég hef mælt seigju kvikunnar sem kom upp í gosinu á Fimmvörðuhálsi í fyrra, og einnig kvikunnar sem gaus í toppgíg Eyjafjallajökuls.  Aðgerðin byggist á efnagreiningu glerdropa, sem finnast inni í kristöllum.  Þessir kristallar eða steindir  hafa myndast í kvikunni á miklu dýpi, og berast upp á yfirborðið með kvikunni. Þessar mælingar á efnasamsetningu veita upplýsingar um hita, sem ég hef einnig bloggað um hér http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1141566/

og er þá hægt að reikna út seigjuna. Niðurstöðurnar eru sýndar á myndinni til hliðar. Alkalí basalt kvika frá Fimmvörðuhálsi hefur seigju frá 5 til 50 Pa s, og hún er sem sagt lapþunn.  Hins vegar er trakíandesít kvikan sem kom upp úr toppgíg með seigju á bilinu 1000 til 4000 Pa s, eða um eitt hundrað sinnum seigari!  Þessi mikli munur á seigju er að nokkru leyti skýringin á því, hvers vegna þessi tvö eldgos voru svo gjörólík í hegðun.  Alkalí basalt kvikan var heitari, mjög þunnfljótandi og myndaði hraun.  Hins vegar var trakíandesít kvikan svo seig, að gasbólur sem mynduðust í kvikunni gatu ekki risið og sloppið út, heldur bárust upp með kvikunni og sprungu á yfirborði.  Að sjálfsögðu átti samspil kviku og bráðnandi jökuls og gufusprengingar einnig mikinn þátt  í sprengivirkninni í Eyjafjallajökli, en seigja kvikunnar er mikilvægt atriði, sem taka verður inn í reikninginn.

Kort Helland af Lakagígum er merkilegt listaverk

 

Eitt af fyrstu listaverkum tengdum eldfjöllum Íslands er kort norska jarðfræðingsins Amund Helland af Lakagígum, sem var árangur af ferð hans til Íslands árið  1881.  Lakagígar  er 25 km löng sprunga þar sem yfir eitt hundrað gígar gusu miklu hrauni árið 1783, þegar Skaftáreldar geisuðu og mynduðu stærsta hraun sem hefur runnið á jörðu síðan sögur hófust.  Áhrif gossins voru óskapleg, bæði á Íslandi og í Evrópu.  Allir þekkja Móðuharðindin sem komu í kjölfar gossins, en þá var 24%  mannfækkun á Íslandi og um 75% af öllum búpening landsmanna fórst.  Ekki fór mikið fyrir rannsóknum á gosinu, en Sveinn Pálsson læknir kom fyrstur manna að Lakagígum árið 1794, rúmum tíu árum eftir gosið.   Tæpum eitt hundrað árum eftir gosið gerði norski jarðfræðingurinn  Amund Theodor Helland (1846-1918) út leiðangur til eldstöðvanna. Bræðurnir Leó og Kristján Kristjánssynir hafa fjallað um heimsókn Hellands til Íslands í grein í Náttúrufræðingnum árið 1996.    Helland kom til Seyðisfjarðar snemma sumars árið 1881, og komst svo loks til Lakagíga síðar um sumarið. Árangurinn af ferð hans var kort af eldsprungunni Lakagígar, en kortið eitt er meir en tveir metrar á lengd.   Kortið teiknaði norski málarinn Knud Gergslien undir leiðsögn Hellands.  Það er til sýnis í Eldfjallasafni í Stykkishólmi.   Hann áætlaði að gosið hefði myndað hraun sem væri 27 rúmkílómetrar, en það er nokkuð hærri tala en síðari rannsóknir telja: eða um 15 km³.   Eftir ferð sína til Íslands birti Helland merka grein með heitinu “Lakis kratere og lavastromme”, og kom hún út í  Kristiania (nú Osló) árið 1886.  Ekki eru allir hrifnir af framtaki Hellands. Sigurður Þórarinsson (1969) fer til dæmis frekar niðrandi orðum um Íslandsför Hellands og telur að hann hafi aðeins verið tvo daga við Lakagíga í ágúst árið 1881. Ef litið er á kortið, þá virðist ótrúlegt að Helland hafi afkastað þessu mikla verki á tveim dögum.   Grein Hellands sýnir reyndar að hann var í eina viku í ferðinni.  Hann mældi hæð og breidd flestra gíganna, og eru hæðartölur á flestum gígunum sýndar á kortinu.   Samkvæmt kortinu eru 56 gígar fyrir norðaustan Laka, og 49 gígar fyrir suðvestan Laka.  Hér eru sýnd smáatriði í byggingu jarðsprungunnar og gígana sýnd og vafalaust hefur þetta verk tekið töluverðan tíma.  Á kortinu koma fram alveg ný atriði í jarðfræði Íslands.  Til dæmis notar hann alþjóðaheitið “palagonit” fyrir móbergsmyndunina.  Í öðru lagi er hann fyrstur til að kenna gossprunguna við móbergsfjallið Laka, en það heiti hefur fylgt gosinu ætíð síðan.  Komið í Eldfjallasafn og sjáið þetta einstæða og merkilega kort af mestu gossprungu jarðar. Helland var sérstakur persónuleiki og skopmyndin sem fylgir gefur nokkra hugmynd um það.

Merkir molar

Hér eru myndir af steinbrotum úr einni hraunbombunni sem ég safnaði á gígbrúninni á Eyjafjallajökli hinn 26. maí.  Svarta efnið er glerkennt andesít úr bombunni.  Gráa efnið er gabbró eða kristalríkt berg. Það eru brot af djúpbergi sem kvikan ber upp. Ástæðan fyrir því að ég hef mikinn áhuga á þessum steinum er sú, að þeir geta varpað ljósi á eitt mikið vandamál:  kvikan sem kemur upp úr gígnum í Eyjafjallajökli í toppgíg er ekki sú sama og kvikan sem kemur upp í fjallið úr möttlinum.  Það er eitthvað sem gerist þar á milli.  Kvikan sem kemur upp úr möttlinum heitir alkalí basalt. Hún gaus á Fimmvörðuhálsi. Kvikan sem gýs í toppgíg Eyjafjallajökuls heitir andesít.  Ein hugmynd er sú, að alkalí basalt kvikan verði fyrir breytingum í jarðskorpunni og afleiðingin sé andesít. Það getur gerst á margan hátt, til dæmis með því að mikið magn af kristöllum vex í alkalí basalt kvikunni, og að hún breyti um efnasamsetningu af þeim sökum. En það eru margar aðrar kenningar sem gætu skýrt málið.  Við erum að kanna þetta atriði með ýmsum efnagreiningum á þessum steinum. Meira um það síðar....

Ferð á Eyjafjallajökul 16. maí 2010

 

Í gær tók ég þátt í leiðangri á Eyjafjallajökul með Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands,  í þeim tilgangi að safna sýnum og mæla þykkt á gjósku sem fallið hefur á jökulinn vestan gígs.  Við ókum í þremur jeppum frá Seljalandsfossi og upp Hamragarðaheiði.  Síðan var ekið upp á jökulin og gekk ferðin nokkuð vel. Þegar við vorum komnir rétt austur fyrir Skerin, í um 1000 metra hæð, var stanzað til að taka sýni af öskunni sem þekur jökulinn.  Rétt í þann mund hófst kraftmikil hrina af sprengingum, sem myndaði stóra og dökkgráa öskubólstra hátt í loft. Um leið blossuðu eldingar í mekkinum og þrumurnar skullu yfir okkur.  Eldingar og miklar rafmagnstruflanir eru eitt af einkennum sprengigosa, einkum ef vatn er í mekkinum. Þá virkar gjóskan eins og skammhlaup milli jarðar og háloftsins, og  stöðurafmagn eða static verður mjög mikið vegna mismunandi rafpóla í öskukornum og gufu í mekkinum. Lesið frekar um eldingar í gosinu hér.  

Rafmagnið var svo mikið að hárið stóð beint upp á höfði okkar, og ef við réttum upp handleggi hátt upp,  þá titraði loftið á fingurgómunum.  Við nálguðumst gígbrúnina, með hjálma á höfði, en tókum þá ákvörðun að fara ekki upp á Goðasein vegna hættu af eldingum.  Askan féll stöðugt og var svo þét að erfitt var að sjá út úr bílnum. Ég hafði áður komið á Goðastein undir allt öðrum kringumstæðum og glampandi sól, eins og ég bloggaði um hér.   Hávaðinn var gífurlegur í þrumunum, en þess á milli var hljóðið sem gosið gaf frá sér eins og mjög mikið brim. Mökkurinn reis hátt beint yfir höfðum okkar, en hann fór í um 8 km hæð þann dag.  Við færðum okkur nær, og stöðvuðumst rétt fyrir vestan Goðasein, sem er á brún stóra gígs Eyjafjallajökuls. Þá erum við um 1 km frá gígnum sem er nú virkur. Ekki var ráðlegt að fara upp á Goðastein vegna eldingahættu.  Hér vorum við komnir í stöðugt öskufall, og ringdi yfir okkur sandur og aska allt að 4 mm að stærð.  Liturinn á gjóskunni sem þekur jökulinn nálægt Goðasteini er nokkuð ljósgrar, eiginlega khaki litur. Einnig er mikið af gjóskunni vikur, nokkuð útblásinn.  Hér og þar lágu 10 til 15 sm gjallstykki á yfirborði, og skammt frá gígbrúninni eru stórir pyttir eða holur eftir “bombur” sem hafa fallið á jökulinn.  Í sprengingum kastast oft mjög stór flykki af hraunslettum í loft upp og þær geta verið á stærð við rúmdýnur eða jafnvel bíla.  Bomburnar skella á jökulinn og mynda gíga í ísinn.  Einn gígurinn er um 5 m í þvermál og rúmlega 2 m djúpur. Í botni hans var stór bomba sem er rúmlega 1 m í þvermál og sennilega um 2.5 tonn.  Sprenging hefur varpað henni hátt í loft og síðan féll hún til jarðar um 1 km fra gígnum.  Stór hluti hennar er nú kominn á Eldfjallasafn í Stykkishólmi, en afgangurinn er kominn í safn Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands.  Slíkar bombur eru mjög góð sýni af kvikunni sem nú berst upp á yfirborðið, og munu gefa verðmætar upplýsingar um gerð kvikunnar og gasinnihald hennar eftir rannsóknir jarðefnafræðinga og bergfræðinga.  En slíkar rannsóknir taka því miður nokkuð langan tíma.  Við vildum ekki dvelja lengur á hættusvæðinu en nauðsyn krefur, og héldum því frá gígnum. Guðrún Sverrisdóttir jarðfræðingur og félagar hennar gerðu síðan fjölda af mælingum á þykkt öskulagsins víðs vegar um vestanverðan jökulinn áður en við héldum til byggða.