Enn ein ferð í Holuhraun

Það var afar fróðlegt að koma inn á gosstöðvarnar í Holuhrauni dagana 7. til 10. nóvember. Ég hafði þá ekki séð gígana og hraunið síðan hinn 3. október. Nú var ég á ferð með Grími Björnssyni, ásamt tveim frábærum fjallamönum frá Akureyri, þeim Smára Sigurðssyni og Anton Erni Brynjarssyni. Það var afar þung færð frá Möðrudal og inn að Drekagili í Dyngjufjöllum vegna mikilla snjóa, en breyttir jeppar þeirra Antons og Smára komu okkur á leiðarenda. Það tók til dæmis 7,5 tíma að aka þessa 85 km leið. Færð batnaði mikið þegar við komum á sandana sunnan Vaðöldu og á Flæðurnar í grennd við Holuhrun hið nýja.  Virku gosstöðvarnar eru nú í um 400 metra langri gosrás, sem er allt að 100 metrar á breidd. Fyrsta myndin er radarmynd frá Fjarkönnun ehf, tekin 7. október, sem sýnir gosrásina mjög vel. Þar kemur einnig fram hraunáin, sem streymir út um skarð í norðaustur hluta rásarinnar. Fyrir neðan er nýrri mynd af gosrásinni frá 21. október, tekin úr lofti af Milan Nykodym. Gosrásin er samruni nokkura gíga og videó tekið úr lofti af Jóni Gústafssyni (sjá hér http://vimeo.com/111344670) sýnir vel að uppstreymi kviku er aðallega á fjórum eða fimm stöðum í gosrásinni. Það kraumar í allri gosrásinni, en kvikan skvettist lítið upp og sjaldan upp fyrir gígbrúnirnar. Hraunáin streymir út um skarð til norðausturs og langt út yfir nýja hraunið. Það er mikill hraði á hraunrennsli í ánni, með flúðum og busli og gusur af kviku kastast upp í loft í nokkra metra hæð. Allt bendir til að seigja kvikunnar sé mjög lág, eins og ég hef fjallað um hér áður. Hraunið virðist nú breiðast út aðallega til austur og suðausturs, en tvær tungur eru virkar til norðvesturs og mjakast nú í áttina að þjóðveginum F910, sem fer yfir Flæðurnar. Hraunið er hætt að breiðast út til norðausturs og hefur ekki enn náð mótum Jökulsár og Svartár. Fossinn Skínandi er því ekki í beinni hættu í augnablikinu. En hraunrennsli til suðausturs út í farveg Jökulsár er virkt og myndar mikinn gufumökk, sem rís hátt og sameinast gosmekkinum efra. Við vorum útbúnir gasgrímum og gasmælum, en aldrei skráðu mælar okkar annað en núll, allt í kringum gosstöðvarnar. Uppstreymi var mikið og því enginn gosmökkur nærri jörðu. Gosmökkurinn yfir gosrásinni er áberandi bláleitur eða sannkölluð blámóða, vegna brennisteins tvíoxíðs. Ekki urðum við heldur varir við koldíoxíð.

Við suður enda nýju gígaraðarinnar rákumst við á nýjar sprungur með NNA stefnu. Á þeim er gliðnun um 40 til 80 cm á hvorri. Þær geta því verið hættulegar fyrir bæði gangandi og akandi. Suður endi virku gossprungunnar er fast við gjall og klepragíga, sem eru frá 1797, þegar Holuhraun eldra rann. Þessir eldri gígar eru þaktir snjó á neðri myndinni. Það er því greinilegt að nýja gosið er í sprungu eða yfir gangi, sem er samhliða og mjög nærri sprungunni sem gaus árið 1797. Ferð okkar til byggða gekk mjög vel, enda slóðin nú vel troðin.

Ris í Bárðarbungu?

Síðan á hádegi hefur sigið snúsit við í Bárðarbungu og nú er ris. Eru þetta truflanir eða sveiflur í GPS mælinum, eða er hér breyting í hegðun Bárðarbungu?  Ef til vill krítiskur tími fram undan. Risið virðist vera meir en 1.5 metrar. Ekki er svo að sjá að nein breyting hafi orðið í skjálftavirkni. Ef til vill er þetta aðeins hreyfing í íshellunni, en ekki á botni öskjunnar. Ef til till eru ísflekar að haggast og vagga í öskjunni.

 

OK.  Skyringin er komin: Veðurstofan hækkaði loftnet GPS mælisins um 1,5 metra.  Ekkert að óttast. Engin breyting.

Koldíoxíð frá Bárðarbungu

Nýlega var sagt frá því að tveir verðir laganna hefðu átt í erfiðleikum með að anda í grennd við gosstöðvarnar í Holuhrauni. Ég tel líklegast að það hafi verið koldíoxíð gas sem olli því, en ekki brennisteinstvíoxíð. Koldíoxíð er algeng gastegund í eldgosum. Hún er ekki eitrandi, en ef koldíoxíð eða CO2 er fyrir hendi í miklum mæli, þá dregur úr súrefni í loftinu og af því orsakast vandi við öndun og jafnvel köfnun. Þannig fórst einn maður í kjallara sjúkrahússins í Vestmannaeyjum í gosinu árið 1973.

Þetta verkur spurningar um magnið af koldíoxíði, sem berst upp í gosinu í Holuhrauni. Mér er ekki kunnugt um neinar beinar mælingar á því, en við getum samt farið nærri um útlosun á þessu gasi í gosinu til þessa.   Til samanburðar var magnið af CO2 í basalt kvikunni sem gaus á Fimmvörðuhálsi árið 2010 um 0,15%. Magn af koldíoxíði er nokkuð þekkt í basalt kviku almennt, en uppleysanleiki þess er háður þrýstingi eða dýpi. Fyrsta myndin sýnir uppleysanleika á CO2 í kvikum af ýmsum gerðum við mismunandi þrýsting. Lóðréti ásinn sýnir CO2 í ppm (partur úr milljón), en sá lárétti sýnir þrýsting í kílóbörum. Eitt kílóbar er þrýstingurinn á um 3 km dýpi niðri í jarðskorpunni. Það er viðeigandi að álíta að kvikan undir Bárðarbungu, sem nú kemur upp í Holuhrauni hafi verið á um 8 til 10 km dýpi, samkvæmt dýpi jarðskjálfta. Þá er magn af CO2 í kvikunni um 1500 ppm eða 0,15% af kvikunni. Það er á bilinu milli kvikutegundanna basanít og þóleíit, eins og rauði hringurinn sýnir.

Nú er talið að um einn rúmkílómeter af basalt kviku hafi komið upp í Holuhrauni. Það mun vera um 2,8 gígatonn af kviku (gígatonn er einn milljarður tonna). Ef kvikan inniheldur 0,15% CO2, þá er útlosun af koldíoxíði í gosinu því orðin um 4 milljón tonn (0,004 gígatonn). Hvað er þetta mikið, miðað við útblástur allra eldfjalla á jörðu af CO2 á einu ári? Nú er áætlað að heildarútblástur allra eldfjalla á jörðu sé um 300 milljón tonn á ári (0,3 gígatonn). Gosið í Holuhrauni er því búið að losa meir en eitt prósent af árlegum skammti eldfjallanna.

Er þetta mikið magn, í samhengi við útblástur mannkyns af koltvíoxíði vegna bruna á olíu, kolum og jarðgasi? Mannkynið losar um 35 gígatonn af CO2 á hverju ári. Eldfjöllin losa aðeins um eitt prósent af þessu magni á ári hverju, til samanburðar. Þetta er vel þekkt staðreynd, en samt sem áður koma stjórnmálamenn og sumir fjölmiðlar oft fram með alvitlausar staðhæfingar um, að eldgos dæli út miklu meira magni af koldíoxíði en mannkynið. Hvar fær slæikt fólk þessar upplýsingar? Eða eru þær ef til vill einungis heimatilbúnar, til að henta stjórnmálamönnum í hvert sinn?

Seinni myndin sýnir hvernig CO2 hefur vaxið stöðugt (rauða línan) í lofthjúp jarðar, frá 1960 til dagsins í dag. Blái ferillinn sýnir stærstu eldgosin á þessu tímabili, en sýndar eru breytingar á brennisteinstvíoxíði í lofthjúpnum. Er það ekki alveg augljóst, að eldgosin hafa ekki haft nein áhrif á CO2 í lofthjúpnum?

 

Sviðsmynd af gosi undir jökli

Ég tel líklegast að gosið í Holuhraun haldi áfram, þar til þrýstingsjafnvægi er komið í kvikuþró Bárðarbungu og í kvikuganginum.  Þá lýkur gosinu.  En það er samt vert að velta fyrir sér annari sviðsmynd um framhaldið.  Sú sviðsmynd er að gos hefjist undir jökli,  á botni öskju Bárðarbungu, eins og margir virðast óttast.  Þar er nú yfir íshella, sem er um 600 til 800 metrar á þykkt.  Við skulum því setja upp þá sviðsmynd, að kvika komi upp í botni öskjunnar á þessu dýpi.  Það er þó ekkert nú í skjálftagögnunum sem bendir til að svo sé, til dæmis enginn aukinn órói.  Samspil kviku og vatns undir jökli er yfirleitt þannig, að vatnið breytist snögglega í gufu, sem þenst út mörg hundruð eða þúsund sinnum að rúmmáli.  Við þessa skyndilegu þenslu gufunnar, sem er sprengingu lík, þá tætist upp kvikan og aska (tephra á mynd) myndast.  Sífelldar gufusprengingar af þessu tagi halda áfram á meðan kvikan og vatnið eru í snertingu. En þessi lýsing hér fyrir ofan á við um samspil kviku og jökuls á litlu dýpi, eða undir lágum þrýstingi.  

Þegar kvika, sem er um 1175 ^oC heit  mætir jökulís á dýpinu 600 til 800 metrar, eins og til dæmis á botni öskju Bárðarbungu, þá mætti einnig halda, að gufusprenging verði.  En svo er ekki, því þrýstingurinn er mjög hár.  Fyrsta myndin sýnir hvernig hlutfallið milli vatnsgufu og vatns breytist með þrýstingi eða dýpi við suðumark. Hlutfall vatns og gufu fylgir gulu kúrvunni.    Gula kúrvan sýnir okkur að á um 600 til 800 metra dýpi  er gufan aðeins tíu til tuttugu sinnum meiri að rúmmáli en vatnið.  Gufan þenst að vísu út á því dýpi, en rúmmálsaukningin er of lítil til að valda gufusprengingum.  Kvikan heldur því áfram að flæða út í vatnið og storknar. Þá myndast sú bergtegund, sem við köllum bólstraberg (pillow lava á mynd).   Kvikan storknar í kúlulaga bólstra, sem eru um einn meter í þvermál, oft aflangir eins og bjúgu. Utan um bólstrana er glerskán, vegna snöggrar kælingar kviku í snertingu við kalt vatnið.  Bólstrarnir hlaðast upp á þann hátt sem sýnt er á annari mynd.  Slíkar bólstrabergsmyndanir eru ríkjandi á úthafshryggjum, þar sem eldgos verða á hafsbotni á nokkra kílómetra dýpi.  Þess vegna er bólstraberg algengasta tegund af gosbergi, sem finnst á jörðu.  En við sjáum það sjaldan á yfirborði, nema hér á Íslandi.  Hér á landi hefur bólstraberg myndast á ísöld, einkum við gos á eldfjöllum, sem við nefnum stapa. Það eru fjöll eins og Herðubreið, sem hafa byrjað gos djúpt undir jökli, ef til vill á 1000 metra dýpi, þar sem þrýstingur er hár og gufusprengingar verða ekki. 

En bólstrabergseldfjallið hleðst upp undir jökli, eða öllu heldur í vatnsfylltri geil, sem gosið hefur myndað við bráðnun í jökulinn.  Þegar gígurinn hefur vaxið og er kominn á dýpi sem nemur um 200 til 300 metrum undir yfirborði, þá breytist hegðun gossins (ástand milli rauðu og bláu brotalínanna á fyrstu mynd). Á því dýpi er þrýstingur það lágur að rúmmál gufu við suðu er orðið meir en hundrað sinnum meira en rúmmál vatnsins.  Þá byrja gufusprengingar, sem tæta upp kvikuna og mynda ösku.  Askan fellur til jarðar, harðnar skjótt og myndar móberg.  Slíkar sprengingar ná upp á yfirborð og senda öskuský  upp í lofthjúp jarðar.

Þessi sviðsmynd er sett upp samkvæmt þekkingu okkar á gosum undir jöklum Íslands og er því hugsanleg.  En á einn hátt er sviðsmyndin ósennileg og það er staðsetning gígsins í miðri öskjunni, eins og sýnt er á myndinni.  Reynslan sýnir að gos verða yfirleitt ekki inni í miðjum öskjum á Íslandi, heldur fyrst og fremst á öskjubrúnum, fyrir ofan misgengi sem liggja meðfram öskjuröndinni.  Þannig er málum háttað í Grímsvötnum og einnig í Öskju. 

Gos undir jökli er flókið ferli, sem tekur nokkurn tíma áður en gosið kemur upp á yfirborð.  En vísbendingar um gos undir jökli munu sennilega koma strax í ljós á óróa og skjálftamælum.  Svo er ekki enn, enda hefur kvikan úr Bárðarbungu greiða útrás um ganginn til norðurs og út í Holuhraun. 

Framrás atburða í Bárðarbungu og Holuhrauni

Fjöldi skjálfta er einn mælikvarði á virkni Bárðarbungu.  Fyrsta myndin sýnir uppsafnaðan fjölda skjálfta undir eldstöðinni frá upphafi óróans hinn 16. ágúst 2014.   Betri mæling væri að skoða uppsafnað skjálftavægi, því skjálftarnir eru að sjálfsögðu misstórir,  en ég hef ekki aðgang að þeim gögnum.  Í þessu tilfelli skiftir það ekki svo miklu máli, því stóru skjálftarnir (um 5 til 5,5) hafa alltaf verið fyrir hendi.   Það er greinilegt að eftir umbrotin miklu í lok ágúst og byrjun september, þá hægði mikið á,  og skjálftavirkni var nokkuð stöðug  þar til hægði á henni enn meir í kringum 13. október.   

Annað línurit sem ég læt fylgja hér með, er þróun á flatarmáli hraunsins í Holuhrauni. Gögnin eru frá Fjarkönnun ehf.,  TerraSAR gervihnetti og vef Veðurstofunnar.  Eins og myndin sýnir, þá óx flatarmál hraunsins nokkurn veginn línulega í september, en í október hefur kúrvan greinilega beygt af og vex nú flatarmálið hægar en áður. Það geta verið tvær orsakir á því: (1) að meira magn af kviku fari í að gera hraunið þykkara, eða (2) að framleiðsla á kviku upp á yfirborð sé að minnka.  Aðeins upplýsingar um þykkt hraunsins geta skorið úr um það, en ég hyllist að því að það hafi smátt og smátt dregið úr hraunrennsli.  Það verður fróðlegt að fylgjast með þessari þróun, því hægt er að nota þessa kúrvu til að spá fyrir um hvenær hraun hættir að renna.  Það gerist þegar kúrvan er orðin lárétt.   Verður það samtíma því, að sig íshettunnar yfir Bárðarbungu hættir?  Enginn veit, en við fylgjumst spennt með.

 

Sigdalurinn í Holuhrauni

Þegar kvikugangur brýtur sér leið í gegnum jarðskorpuna, þá myndast sprunga og jarðlögin sitt hvoru megin við ganginn þrýstast til hliðar.  Gangurinn tekur meira pláss.  Af þeim sökum gliðnar landið fyrir ofan, eins og fyrsta myndin sýnir. Landið gliðnar og spilda dettur niður fyrir ofan ganginn, sem við köllum  sigdal.  Slíkur sigdalur hefur myndast í syðri hluta Holuhrauns.   Ein besta myndin af þessum sigdal er radar mynd, sem var tekin úr gervihnettinum TerraSAR-X.   Það er Íslenska fyrirtækið Fjarkönnun ehf. sem er samstarfsaðili í verkefninu IsViews með Ludwig-Maximilians-Universität í Munich.  Myndir þeirra eru sérstakar, þar sem þær ná allt að 11 cm upplausn.  Sjá frekar hér:  http://www.isviews.geo.uni-muenchen.de/index.html

Radarmyndin sýnir nýju hraunin (rauðar útlínur) og norður jaðar Dyngujökuls neðst.  Bláu örvarnar benda á misgengin, sem afmarka sigdalinn. Takið eftir að vestara misgengið virðist ná inn á Dyngujökul og hefur sennilega orsakað hliðrun á yfirborði hans. Þetta misgengi kemur einnig fram á radarmynd sem var tekin úr TF-SIF hinn 1. September.  Snörun á þessum misgengjum er sögð vera allt að 8 metrar.  Sigdalur af sömu gerð umlykur einnig gígaröðina, sem Lakagígar mynda frá Skaftáreldagosinu árið 1783. 

Magn og flæði gosefna frá Holuhrauni

Blámóðan, sem kemur upp í gosinu í Holuhrauni inniheldur mikið magn af brennisteinstvíoxíði (SO2).   Þessi móða berst yfir landið og getur verið hvimleið þegar hún berst í byggð.   Hvað er mikill brennisteinn í basalt kvikunni?  Ég hef ekki séð neinar greiningar á því ennþá, en við getum farið nærri um það út frá efnasamsetningu kvikunnar. Fyrsta myndin sýnir hlutfallið milli járns í basalti og brennisteins.  Basalt af því tagi, sem nú gýs í Holuhrauni inniheldur yfirleitt um 13% járn oxíð, en það bendir til að brennisteinsmagn uppleyst í kvikunni sé um 1500 ppm  S, eins og myndin sýnir, eða 0,15%.  Til að áætla flæði af brennisteini, þá þurfum við að vita hraunflæðið.

Meðalhraunflæðið hefur verið áætlað á bilinu 230-350 m³/s.  Þetta getur verið nærri lagi. Við vitum að flatarmál hraunsins er um 56 ferkílómetrar, og gosið hefur staðið yfir í um 46 daga. Þá ætti að vera komið upp á yfirborðið um eða yfir 914 milljón rúmmetrar.  Samkvæmt þessum tölum ætti þykkt hraunsins að vera um 16 metrar að meðaltali.  Þetta er nokkuð há tala fyrir hraunþykkt, en sennilega er hraunflæði um 230 m³ á sekúndu samt nærri lagi.

Eðlisþyngd kvikunnar er um 2,75 g/cm³, en eðlisþyngd hraunsins er töluvert minni, vegna holrýmis og gasblöðrumyndunar. Sennilega er eðlisþyngd hraunsins um eða rétt rúmlega  2 g/cm³.  Þá er hraunrennsli um 500 til 700 tonn á sekúndu.  Hraunrennsli er því um 500,000 til 700,000 kg á sekúndu.  Brennisteinn S, sem leysist  úr læðingi úr kvikunni þegar hún kemur upp á yfirborðið í gosinu er sennilega um helmingur af öllum brennisteini.  Þá berst út í andrúmsloftið um 0,08% af 500 til 700 þúsund kg af kviku á sekúndu. Þá er brennisteinsmagnið S sem fer út í andrúmsloftið í mesta lagi 0,37 til 0,5 þúsund kg á sek., eða  0,7 til  1 þúsund kg af SO2.  Það er um 60 til 86 þúsund tonn af SO2 á dag. 

TOMS gervihnötturinn frá NASA mælir SO2 magn í lofthjúpnum daglega yfir Íslandi og síðan gosið hófst eru tölurnar eins og myndin sýnir, frá 5 og upp í 20 þúsund tonn af SO2 á dag.     Vefsíða Veðurstofunnar og Háskóla Íslands telur hinsvegar að SO2 sé allt að 35 þúsund tonn  á dag.  Við höfum því tölur um flæði á brennisteinstvíoxíði frá þremur stöðum: (1) líklegu brennisteinsmagni í kvikunni, (2) frá TOMS gervihnetti, (3) frá áætlun Veðurstofu og Háskólans. Tölurnar sýna að losun brennisteinstvíoxíðs er tugþúsundir tonna á dag.  Ég treysti tölunni, sem er byggð á uppleysanleika brennisteins í kvikunni, best: losun af SO2 um 60 þúsund tonn á dag.

Gasið brennisteins tvíoxíð (SO2) breytist á endanum í brennisteinssýru (2 H2SO4), eins og þessi jafna sýnir:

2 SO2 + 2 H2O + O2 → 2 H2SO4

En það er flókin keðja af efnahvörfum og þar á meðal myndast brennisteins þríoxíð (SO3) á þeirri leið.  Þessi keðja efnahvarfa tekur eina til þrjár vikur í lofthjúpnum, en að lokum myndast svifryk eða aerosol af ögnum eða dropum af brennisteinssýru H2SO4 sem  getur svifið nokkuð lengi, valdið sárindum í augum og fleiri vandamálum.   

Bláa móðan frá Holuhrauni

Hvers vegna er móðan frá eldstöðvunum í Holuhrauni blá? Myndin fyrir ofan er dæmi um blámóðuna, eins og hún lítur út frá geimnum.  Hún er reyndar blá á sama hátt og himininn er blár. Litur á efni eða hlut er að mestu leyti ákvarðaður af því hvernig efnið drekkur í sig litrófið.  Rauður bolti er rauður vegna þess að hann drekkur í sig alla liti litrófsins NEMA þann rauða.  Rauða ljósið endurkastast frá boltanum og það er því liturinn sem við sjáum.   Ljósið sem kemur frá sólinni er hvítt, en er reyndar í öllum regnbogans litum, eins og Isaac Newton sýndi fram á, fyrstur manna.   Lofthjúpurinn inniheldur margar tegundir gaskenndra efna.  Þegar sólarljósið berst inn í lofthjúpinn, þá dreifist hluti af ljósinu, en efni í lofthjúpnum drekka í sig annan hluta ljóssins.  Aðeins um 75% af ljósinu berst alla þeið niður að yfirborði jarðar.   Himinninn er blár vegna þess að gas og frumefni í lofthjúpnum drekka í sig flestar bylgjulengdir litrófsins nema bláa litinn.  Sá blái er á þeim hluta litrófsins sem hefur mun styttri bylgjulengd (um 400 nm) en til dæmis rautt og grænt.    Hvort það eru mólekúl, agnir eða gas frumefni í lofthjúpnum, þá hafa þau sömu áhrif á litróf sólarljóssins.  Móðan frá eldgosinu samanstendur af bæði dropum, mólekúlum og gaskenndum frumefnum, sem dreifa og drekka í sig itróf sólarljóssins á ýmsan hátt.  En eldfjallsmóðan drekkur ekki í sig bláa hluta litrófsins og því er móðan bláleit.

Besta myndin af Holuhrauni

NASA gaf út nýlega þessa mynd, en hún er tvímælalaust besta myndin af Holuhrauni hinu nýja.  Drullugur Dyngjujökull er í suðri, í norðri er Askja, með Öskjuvatn og þar skammt frá er dyngjan Vaðalda. Rétt fyrir vesta Holuhraun er dyngjan Urðarháls í norður rönd Dyngjujökuls og þar rétt hjá er Kistufell. Móðuna ber til austurs, en takið eftir að móðan kemur öll upp frá virku gígunum, ekki hinu renanndi hrauni, sem streymir í norðaustur átt.

Sambandslaust við Bárðarbungu

Það gerðist um kl. rúmlega sex í gærmorgun.  GPS mælirinn, sem situr á miðri íshellunni yfir Bárðarbungu hætti að senda, eins og sjá má á myndinni til vinstri.  Við skulum vona að hann komist aftur í gang sem fyrst, því án hanns vitum við ekkert um sigið í öskjunni.  Myndin sýnir að það var töluverður órói á GPS mælinum áður en hann hætti að senda.  Enginn veit hvaða sögu hann hefur að geyma.