Jarðspá og Galapagos

Markmið vísindanna er að kanna og skilja náttúruna. Þegar því takmarki er náð, þá eru vísindin fær um að beita samansafnaðri reynslu og upplýsingum  til að spá um framvindu mála á hverju sviði náttúrunnar.  Við spáum til dæmis í dag bæði veðurfari, þróun hagkerfa, þroskun fiskistofna og uppskeru. Spáin er það sem gefur vísindastarfsemi gildi. Vísindi sem eingöngu lýsa hegðun og ástandi náttúrunnar eru ónýt, ef spágildi er ekki fyrir hendi.  En stóri vandinn er sá, að stjórnmálamenn, yfirvöld og jafnvel almenningur hlusta oft ekki á spár vísindanna. Besta dæmið um það eru nær engin viðbrögð yfirvalda við spá um loftslagsbreytingar og hlýnun jarðar.  Ef vandamálið er hægfara og kemst ekki inn í fjögurra ára hring kosningabaráttunnar í hverju landi, þá er það ekki vandi sem stjórnmálamenn skifta sér að.  Ég hef til dæmis aldrei heyrt íslenskan stjórnmálaflokk setja loftslagsbreytingar framarlega á stefnuskrá sína.

 

Jarðvísindamenn hafa safnað í sarpinn fróðleik í meir en eina öld um hegðun jarðar, en satt að segja tókst þeim ekki að skilja eðli og hegðun jarðar fyrr en í kringum 1963, þegar flekakenningin kom fram.  Þá varð bylting í jarðvísindum sem er sambærileg við byltingu Darwinskenningarinnar í líffræðinni um einni öld fyrr.  Nú er svo komið að við getum spáð fyrir um flekahreyfingar á jörðu, þar sem stefna og hraði flekanna eru nokkuð vel þekktar einingar.  Þannig er nú mögulegt til dæmis að spá fyrir um staðsetningu og hreyfingu meginlandanna.  Önnur svið jarðvísindanna eru ekki komin jafn langt með spámennskuna. Þannig er erfitt eða nær ógjörlegt ennþá að spá fyrir um jarðskjálfta og eldgosaspá er aðeins góð í nokkra klukkutíma í besta falli. 

 

Við getum notað jarðspá til að segja fyrir um breytingar á jarðskorpu Íslands í framtíðinni og um stöðu og lögun landsins.  Ég gerði fyrstu tilraun til þess í kaflanum “Galapagos – Ísland framtíðar?”  í bók minni Eldur Niðri, sem kom út árið 2011 (bls. 261-269).    Þar nýtti ég mér upplýsinar um þróun jarðskorpunnar á Galalapagos svæðinu í Kyrrahafi, en þar er jarðfræðin alveg ótrúlega lík Íslandi, eða öllu heldur hvernig Ísland mun líta út eftir nokkrar milljónir ára. 

Á Íslandi og Galapagos eru tvenns konar hreyfingar jarðskorpunnar í gangi.  Annars vegar eru láréttar hreyfingar, eða rek flekanna, en hins vegar eru lóðréttar hreyfingar, sem hafa auðvitað bein áhrif á stöðu sjávar og strandínuna.  Á báðum svæðunum eru einnig tvö fyrirbæri, sem stýra þessum hreyfingum, en það eru úthafshryggir (í okkar tilfelli Mið-Atlantshafshryggurinn) og heitir reitir eða “hotspots” í möttlinum undir skorpunni.  Á Galapagossvæðinu hefur úthafshryggurinn færst stöðugt frá heita retinum, sem illug undir vestustu eyjunum.  Afleiðing þess er sú, að jarðskorpan kólnar, dregst saman, lækkar í hafinu og strrandínan færist inn á landið. Myndin fyrir neðan sýnir strandlínu Galapagos eyja í dag (til vinstri) og fyrir um 20 þúsund árum (myndin til hægri).  Það er ljóst að eyjarnar eru að síga í sæ vegna þess að jarskorpan er að kólna.  Þetta er bein afleiðing af því, að úthafshryggurinn er smátt og smátt að mjakast til norðurs og fjarlægjast heita reitinn undir eyjunum.  Áður var töluvert undirlendi sem tengdi allar eyjarnar sem þurrt land, en nú eru eingöngu fjallatopparnir uppúr sjó.   Eins og ég greindi frá í bók minni Eldur Niðri, þá tel ég að svipuð þróun eigi sér stað á Íslandi, en hun er komin miklu skemur á veg heldur en í Galapagos.

Hekla óróleg?

 

 

Í dag berast fréttir þess efnis, að Almannavarnir hafa lýst yfir óvissustigi í Heklu vegna jarðskjálfta á svæðinu.  Að sjálfsögðu verða menn órólegir og velta fyrir sér hvort eldgos sé í nánd. Ekki eru þessi gögn sýnd á vef Veðurstofunnar.  Hins vegar má nálgast gögn varðandi þenslumælingar í bergi í Heklu í dag.  Fyrsta myndin sýnir þau gögn. Þensla í berginu breytist við eldgos, og kann að gefa vísbendingu um yfirvofandi gos. Samþjöppun bergsins eykst og minnkar samfara hreyfingu kviku í berginu. Ekki er að sjá neina breytingu á þenslu á línuritinu í dag á þessari mynd.

Aðrar upplýsingar má sjá á vefsíðu, sem Jón Frímann heldur úti um jarðskjálftavirkni.  Hann hefur staðsett jarðskjálftamæli nærri Heklu (í Heklubyggð) og er neðri hluti línuritsins fyrir daginn í dag, hinn 26. mars.  Takið eftir að hver lárétt lína sýnir einn klukkutíma. Neðsta línan er síðasta klukkustundin.

Það er greinilega nokkur órói á jarðskjálftamælinum, bæði í gær og í dag, en það er ekki ljóst hvort óróinn er vegna hreyfinga í jarðskorpunni, eða vegna vinda og veðurs. Eins og Jón hefur bent á, þá er þetta hávaðasöm jarðskjálftastöð vegna vinda.  Það var vindur á svæðinu í gær, en minni í morgun, eins og þriðja mynd sýnir. Þetta getur að hluta til skýrt óróann á jarðskjálftamæli Jóns Frímanns.  Fylgjumst með framhaldinu…

Lítill (1,4) en fremur djúpur (11,2 km) jarðskjálfti varð un dir Heklu hinn 21. mars, sem kann aþ benda til kvikuhreyfinga.

 

Jörðin er stærsti kjarnorkuofninn

 

Eldgos eru aðeins einn þáttur í þeim hita, sem streymir út úr jörðinni.  Allt yfirborð jarðarinnar leiðir út hita út í hafið og inn í andrúmsloftið. Þetta er hiti, sem á uppruna sinn bæði í möttlinum undir og einnig í kjarnanum.  Hitamælingar í um tuttugu þúsund borholum víðs vega á jörðinni sýna, að jörðin gefur frá sér um það bil 44 terawött af hita (terawatt er eitt watt eða vatt, með tólf núllum á eftir, eða 44 × 10¹² W).   Þetta er stór tala, en það samsvarar samt sem áður aðeins um 0,075 wöttum á hvern fermeter af yfirborði jarðar.  Eins og önnur myndin sýnir, þá er hitastreymið aðeins minna frá meginlöndunum (um 65 milliwött á fermeter) en dálítið hærra upp úr hafsbotninum (um 87 milliwött á hvern fermeter).  Takið eftir að hitaútstreymið út úr jörðinni er hæst á úthafshryggjunum (rauðu svæðin á mynd 2), enda er skorpan þynnst þar og stutt niður í heitan möttulinn. Ef við tökum fyrir eitt þúsund fermetra svæði á jörðinni, þá gefur það frá sér heildar hitaorku, sem samsvarar aðeins 75 watta ljósaperu.

En samt sem áður er heildarorkan sem streymir frá jörðinni mjög mikil. Hún er þrisvar sinnum meiri en öll orkan, sem mannkynið notar á einu ári. Hvaðan kemur þessi innri hiti og hvernig verður hann til?  Það hefur lengi verið skoðun jarðeðlisfræðinga að hann væri af tvennum  rótum. Annars vegar er hiti, sem myndast vegna geislavirkra efna inni í jörðinni. Þetta er eins konar kjarnorkuhiti.  Hins vegar er frumhiti (primordial heat), sem er tengdur myndun og uppruna jarðarinnar.

Þar til nýlega var ekki vitað hvort geislavirki hitinn eða frumhitinn væri mikilvægari í orkubúskap jarðarinnar. Nýlega gerðu vísindamenn í Japan mælingar á magni af örsmáum frumeindum, sem nefnast neutrinos, en þær streyma upp úr jörðinni og eru mælikvarði á magn af geislavirkum hita.  Grafinn djúpt í jörðu undir fjalli í Japan er geymir fullur af steinolíu, með rúmmál um 3000 rúmmetra. Umhvefis hann eru tæki, sem skynja og telja neutrinos.  Flestar þeirra koma utan úr geimnum, sumar frá kjarnorkuverum í nágrenninu, en nokkrar af þessum neutrinos koma djúpt ur jörðu, þar sem þær myndast vegna geislavirkra efna eins og þóríum og úraníum.

Þessar mælingar sýna að um helmingur af jarðhitanum er vegna geislavirkni í möttli jarðar, þar sem efni eins og úraníum og þóríum klofna niður í önnur frumefni og gefa af sér hita. Ég hef fjallað hér áður um hvernig þóríum kjarnorkuver kunna að bjarga okkur í framtíðinni, en í þeim er hgt að framleiða orku, sem losar ekkert koltvíoxíð út í anrdúmsloftið, hefur engin neikvæð áhrif á loftslag og skilar engum geislavirkum úrgangi.

Við mælingarnar í Japan kom í ljós að geislavirkni frá úraníum-238 gefur af sér um 8 terawött, og sama magn myndast vegna geislavirkni á þóríum-232.  Í viðbót gefur geislavirka efnið kalíum-40 af sér um 4 terawött.   Það er því ljóst að geislavirkni og kjarnorkukraftur dugar ekki til að skýra innri hita jarðar. Um helmingur af hitanum, sem berst út frá jörðinni er því frumhiti.  Jörðin hefur því ekki enn tapað öllum hitanum, sem varð til við myndun plánetunnar.  Eftir 4,5 milljarða ára frá uppruna sínum er jörðin því ennþá heit. Það er talið að hún kólni aðeins um 100 stig á milljarði ára, svo eftir nokkra milljarða ára mun hún kólna hið innra, eldvirkni og flekahreyfingar hætta.

ldvirkni og flekahreyfingar hætta. na geislavirkra efna eins og þni eins og ta fþeir rostung, nærri þisröndinni..vi mæali her

Yfirleitt er álitið að geislavirki hitinn myndist að langmestu leyti í möttlinum.  Flest eða öll líkön um kjarna jarðar eru á þann hátt, að þar sé aðeins járn og dálítið af brennisteini, en ekki neitt af geislavirkum frumefnum.

 

 

Sjávarborð hækkar hraðar

 

Loftslagsbreytingar eru nú viðurkennd staðreynd og jafnvel forseti Bandaríkjanna er loksins farinn að fjalla um málið.  Mest hefur umfjöllunin verið um hlýnun, en ein megin afleiðing hnattrænnar hlýnunar er hækkandi sjávarmál vegna bráðnunar jökla og útþenslu hafsins þegar það hitnar.  Alþjóðaskýrslur gerðar af IPCC árin 1990 og 2000 héldu því fram að sjávarmál heimshafanna hækkaði að meðaltali um 2.0 mm á ári.  Nýrri gögn, fyrir tímabilið 1993 til 2011 sýna hins begar að hækkunin er 3.2 ± 0.5 mm á ári, eða 60%  hraðar en fyrri tölur.  Það er segin saga með allar spár um loftslagsbreytingar: þær eru alltaf of lágar og verstu eða hæstu tölurnar eru því miður oftast nærri lagi.  Þetta er staðan í dag, en hvað um framtíðina?  Stefan Rahmstorf og félagar hafa tekið saman spár um sjávarborð framtíðarinnar, eins og sýnt er á línuritinu.  Hér eru sýnd líkön af hækkun sjávarborðs, sem eru byggð á mismunandi tölum um losun koltvíoxíðs út í andrúmsloftið.  Það eru bláu línurnar, sem eru trúverðugastar að mínu áliti og passa best við það sem á undan er gengið.   Allt bendir til að sjávarborð muni rísa hraðar í framtíðinni og sennilega ná allt að 6 til 10 mm á ári fyrir lok aldarinnar, samkvæmt könnun Rahmstorfs. 

Áhrifin af slíkum breytingum verða gífurlegar víða úti í heimi, þar sem stórar borgir hafa risið á áreyrum og öðru láglendi.  Á Íslandi er málið flókið, meðal annars vegna skorpuhreyfinga, sem eru óháðar hnattrænni hlýnun. Á  Reykjavíkursvæðinu sígur jarðskorpan, eins og mórinn í Seltjörn sýnir okkur.  Talið er að Seltjarnarnesið hafi sigið af þessum sökum um 0,6 til 0,7 mm á ári hverju síðan land bygðist.  Sennilega er þetta sig tengt því, að Seltjarnarnesið og reyndar allt Reyjavíkursvæðið fjarlægist hægt og hægt frá virka gosbeltinu, en þá kólnar jarðskorpan lítið eitt,  dregst saman og yfirborð lands lækkar.  Ofaná þetta sig bætist síðan hækkun heimshafana.  Hverjar verða þá helstu breytingarnar hér? Tökum Tjörnina í Reykjavík sem handhægt dæmi.  Nú er yfirborð Tjarnarinnar um 2,2 metra fyrir ofan sjávarmál. Með 3,2 mm hækkun sjávar á ári tæki það 680 ár áður en sjór fellur inn í Tjörnina, en þetta er greinilega allt of lág tala samkvæmt athugunum Rahmtorfs of félaga. Með líklegri hækkun um10 mm á ári í framtíðinni eru það aðeins um 220 ár þar til sjór fellur inn í Tjörnina og yfir miðbæinn.

Sjö Ítalskir jarðvísindamenn dæmdir sekir um manndráp

Ítalir hafa aldrei farið vel með sína vísindamenn og gera ekki enn. Á Ítalíu býr þjóðin, sem brenndi Giordano Bruno á bálkesti árið 1600  vegna hugmynda hans um heimsmyndina og um grundvallaratriði í stjörnufræði, sem braut í bága við kenningar kaþólskrar kirkju.  Árið 1633 var stjörnufræðingurinn Galileo Galilei dæmdur í fangelsi fyrir að aðhyllast kenninguna að sólin væri hin rétta miðja kerfisins, sem jörðin snýst um.  Í gær dæmdi ítalskur dómstóll sjö jarðvísindamenn seka um manndráp í tengslum við jarðskjálftann undir borginni L´Aquila árið 2009. Það var hinn 6. apríl árið 2009 að jarðskjálfti varð beint undir L´Aquila, en hann var af stærðinni 6,3.  Hann var á aðeins 9,5 km dýpi og að minnsta kosti 308 manns fórust og borgin var lögð í rúst.  Ég hef bloggað um skjálftan og umdeild viðbrög jarðvísindamanna áður hér:

http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1154541/

 Smáskjálftar voru tíðir undir L´Aquila í byrjun ársins 2009 og sjö manna nefnd jarðvísindamanna var skipuð til að rannsaka málið.  Íbúar voru mjög órólegir og áhyggjufullir, einkum þegar jarðeðlisfræðingurinn Giampaolo Giuliani spáði stórum jarðskjálfta á grunni radon gas mælinga sinna. Sjömanna nefndin hélt almennan fund með borgurum hinn 31. mars 2009 og birti yfirlýsingu þess efnis, að það væri engin hætta á stórum skjálfta. Sex dögum síðar reið stóri skjálftinn yfir, 6,3 að stærð, með hörmulegum afleiðingum, eyðileggingu og dauða.   Nú hafa meðlimir nefndarinanr verið fundnir sekir um manndráp og fengið sex ára fangelsisdóm fyrir að hafa ekki varað íbúana við yfirvofandi hættu.  Sjömenningarnir sem hlutu fangelsisdóminn voru öll ítalska ríkisnefndin um spá og forvörn frá jarðvá.     Ég þekki vel einn af hinum dæmdu.  Hann heitir Franco Barberi og er eldfjallafræðingur, sem hefur á seinni árum orðið einn áhrifamesti jarðvísindamaður á Ítalíu.  Við höfum áður starfað saman að málum sem snerta eldgos og eldgosahættu frá Vesúvíusi.   Dómurinn í L´Aquila vekur margar spurningar og þær snerta okkur hér á Íslandi einnig. Er hægt að ætlast til að jarðvísindamenn geti spáð fyrir um stóra jarðskjálfta eða eldgos? Eiga vísindamenn yfirleitt að vera að gefa út yfirlýsingar til almennings um mál sem snerta hættuástand, þegar þeir hafa ekki nægileg gögn í höndum?  Þessi dómur mun vafalaust hafa mikil áhrif á hegðun jarðvísindamanna á Ítalíu varðandi jarðvá á næstunni. Ég tel líklegt að enginn ítalskur fræðimaður fáist nú til að gefa yfirlýsingar eða spá um jarðvá í kjölfar þessa dóms.    Allir aðilar þurfa nú að hugsa vandlega sinn gang og ákvarða hvaða ráðgjafar er óskað eftir frá jarðvísindamönnum og hvaða ábyrgð henni fylgir.   Enn er ósvarað stórum spurningum varðandi vísindin og skjálftann mikla undir L´Aquila. Var radon gasið sem Giampaolo Giuliani mældi góð vísbending um yfirvofandi hættu? Voru smáskjálftarnir undan þeim stóra einnig góð vísbending, sem nefndin tók ekki með í reikninginn? Jarðskjálftafræðingar telja almennt, að smáskjálftar séu ekki áreiðanleg vísbending um yfirvofandi stórskjálfta. Á Ítalíu eru smáskjálftar áberandi á undan um helmingi af öllum stórskjálftum, en aðeins í um 2% af öllum tilfellum fylgir stórskjálfti í kjölfarið á smáskjálftahrinu. Ég mun nú samt halda ótrauður áfram að birta mínar skoðanir á jarðvá, enda er Kvíabryggja hér alveg í næsta nágrenni við Stykkishólm og virðist vistin þar vera nokkuð góð.

Katla skelfur

Tíðni smáskjálfta á Kötlusvæðinu eða í Mýrdalsjökulsöskjunni hefur verið mjög mikil í ár og í fyrra. Fyrsta myndin hér sýnir fjölda skjálfta í Mýrdalsjökulsöskjunni á fyrri hluta árs (janúar til júlí) hvert ár frá 1991 til 2012. Toppurinn í tíðni skjálfta í ár kemur vel fram og ástandið alls ekki venjulegt. Eru þetta ísskjálftar, sem orsakast vegna hreyfingar og bráðnunar jökulsins, eða eru þetta skjálftar í jarðskorpunni undir, tengdir eldfjallinu sjálfu? Það er nú einmitt þess vegna, að ég valdi að sýna aðeins fyrri hluta ársins á þessari mynd. Það er vel þekkt, einkum á Goðabungu, rétt vestan við Kötlu, að það eru miklar árstíðasveiflur í fjölda smáskjálfta á þessu svæði, eins og til dæmis Kristín Jónsdóttir hefur ritað um.  Önnur myndin sýnir þessa árstíðabundnu sveiflu í fjölda smáskjálfta fyrir árin 1998 til 2000. Það verður stökk í fjölda skjálfta um september eða október ár hvert, eins og myndin sýnir og hefur það verið túlkað sem svörun við bráðnun og þynningu jökulsins, sem léttir þunga af skorpunni. En nú er þessi háa tíðni smáskjálfta í ár og í fyrra ekki tengd slíkum fyrirbærum, og því ef til vill tengd eldfjallinu sjálfu. Eða er það jarðhiti í Kötluöskjunni, undir íshellunni, sem veldur meiri fjölda ísskjálfta? Katla heldur þannig áfram að valda töluverðum taugaspenningi meðal okkar allra.

Hver uppgötvaði Kjarnann?

Ef til vill er ykkur farið eins og mér, þegar þið drekkið kaffibollann á morgnana, að þið veltið fyrir ykkur hver uppgötvaði kjarna jarðarinnar. Nú vitum við að kjarninn er engin smásmíð, því hann er um 30% af þyngd jarðar. Sagan um uppgötvun hans hefst reyndar í Egyptalandi fyrir Krists burð. Þar var það gríski fræðimaðurinn Eratosþenes (276 til 195 f.Kr.) sem reiknaði út ummál og þar með stærð jarðarinnar. Hann fékk út töluna 39690 km, sem skeikar aðeins um 1% frá réttri tölu, sem er 40075 km. Næst kemur við sögu enski lávarðurinn Henry Cavendish (1731–1810), en hann vigtaði jörðina. Vigtin sem við hann er kennd er reyndar dingull, sem mælir aðdráttarafl jarðar og út frá því má reikna þyngd plánetunnar, þar sem rúmmálið er þekkt frá mælingu Eratosþenesar. Cavendish fékk þá niðurstöðu, að eðlisþyngd allrar jarðarinnar væri 5.48 sinnum meiri en eðlisþyngd vatns, en niðurstaða hans er mjög nærri réttu (5.53). Nú er eðlisþyngd bergtegunda á yfirborði jarðar oftast um 2.75, og það var því strax ljóst að miklu þéttara og mun eðlisþyngra berg leyndist djupt í jörðu, sennilega í einhverskonar kjarna. Nú líður og bíður þar til árið 1906, þegar framfarir í jarðskjálftafræði gera kleift að kanna innri gerð jarðar. Þeir Emil Wiechert og Richard Dixon Oldham komast að raun um það að hraði jarðskjálftabylgna breytist mikið á um 2900 km dýpi, og að S bylgjur komast ekki í gegnum jarðlögin þar fyrir neðan og þar hlyti því að vera efni í kjarnanum í fljótandi ástandi: sem sagt bráðinn kjarni. Wiechert hafði stungið upp á því árið 1896 að innst í jörðinni væri kjarni úr járni. Einn af nemendum Wiecherts var Beno Gutenberg, sem kannaði frekar ytri mörk kjarnans árið 1914. Það kom eiginlega ekkert annað efni til greina, sem hefur þessa eðlisþyngd og væri bráðið við þennan þrýsting. Til þess að vera bráðinn á þessu dýpi og undir miklum þrýstingi og gerður úr járni, þá hlaut hitinn í kjarnanum að vera að minnsta kosti fimm þúsund stig! Önnur myndin sýnir hitaferil inni í jörðinni. En undir enn meiri þrýstingi þá kristallast járn, jafnvel undir þessum hita, og svo kom í ljós, árið 1936 að jarðskjálftabylgjur endurköstuðust af einhverju kristölluðu yfirborði á um 5100 km dýpi. Það var danski jarðeðlisfræðingurin Inge Lehman sem uppgötvaði innri kjarnann. Nú vitum við að kristalliseraður innri kjarninn snýst dálítið hraðar en fljótandi ytri kjarninn, sem kann að hafa áhrif á segulsvið jarðar, en ytri kjarninn er svo þunnfljótandi við þetta hitastig að hann líkist helst vatni. Hitinn í kjarnanum er um það bil sá sami og á yfirborði sólarinnar, en þar er hitinn um 5500 oC. Eins og önnur myndin sýnir, þá eru ofsaleg hitaskil á milli heita kjarnans og kaldari möttulsins fyrir ofan. Þarna breytist hitinn um þrjú þúsund stig á nokkrum kílómetrum! Mikið af hita kjarnans er arfleifð frá myndun jarðar og frá árekstrum af stórum loftsteinum snemma í sögu jarðar. Einnig er nú talið að eitthvað sé enn af geislavirkum efnum í kjarnanum, sem gefa frá sér hita, og auk þess er dálítill (1 til 3%) kísill og brennisteinn í kjarnanum. En hvað gerist þá á þessum miklu hitaskilum á um 2900 km dýpi? Þriðja myndin sýnir að það er um 100 til 200 km þykkt lag, sem jarðskjálftafræðingar kalla D” lagið, utan um kjarnann og á botni möttulsins. Hér viðrist vera mikið um að vera. Hér rísa heil fjöll upp í möttulinn, og ef til vill myndast straumar af heitu bergi hér, sem rísa hátt upp, jafnvel alla leið að yfirborði jarðar. Sumir jarðfræðingar halda því fram, að hér í D” laginu sé að finna uppruna á möttulstrókum, eins og þeim sem kann að hafa myndað Hawaii og jafnvel þeim möttulstrók sem sumir telja að rísi undir Íslandi. Alla vega er kjarninn og einkum ytri mörk hans eitt mest spennandi vandamál jarðvísindanna.

Uppruni Íslands: möttulsstrókur eða fornir flekar?

Ísland er ein af stóru ráðgátunum í jarðfræði jarðarinnar. Hvers vegna er hér þessi stóra eyja, mitt í úthafinu, umlukin miklu landgrunni? Eins og fyrsta myndin sýnir, þá er landgrunnið umhverfis Ísland eins og stór kringlótt kaka í miðju Norður Atlantshafinu, tengd við Mið-Atlantshafshrygginn og einnig tengd við neðansjávarhryggi til Grænlands og Færeyja. Allir jarðvísindamenn eru sammála um, að Ísland sé heitur reitur, þar sem mikil eldvirkni hefur myndað nýtt land. En hvers vegna einmitt hér? Ein hugmyndin er sú, að djúpt undir landinu sé heitur strókur af möttulsefni, sem nær ef til vill alla leið niður að mörkum möttulsins og kjarna jarðar.   Þetta er möttulstrókskenningin (mantle plume hypothesis), sem fyrst kom á sjónarsviðið í kringum árið 1971. Hin hugmyndin er sú, að í möttlinum undir Íslandi séu leifar af fornum jarðflekum, sem hafa sigið djúpt í jörðina í sigbelti, sem var í gangi í grennd við Bretlandseyjar fyrir um 400 milljón árum. Skorpan sem kann að hafa sigið niður í möttulinn á þeim tíma gæti bráðnað auðveldlega og framleitt kvikuna sem kemur upp á yfirborðið á Íslandi. Þannig eru tvær andstæðar og gjörólíkar kenningar í gangi varðandi uppruna Íslands, og miklar deilur geisa milli jarðfræðinga varðandi þær. Reyndar er möguleiki að íslenski heiti reiturinn sé af völdum beggja þessara fyrirbæra, sem vinna í sameiningu til að skapa hér sérstakar aðstæður. Sneiðmyndir af möttlinum undir Íslandi hafa verið gerðar með svipaðri aðferð og sneiðmyndir eru gerðar af mannslíkamanum, en þessar myndir nýta geislana frá jarðskjálftum um allan heim til að “gegnumlýsa” möttulinn. Þessi aðferð sýnir að heiti reiturinn nær að minnsta kosti niður á 660 km dýpi í möttlinum undir Íslandi og að miðja hans er undir Vatnajökli. Önnur myndin sýnir slikan þverskurð af Íslandi og efri hluta möttulsins undir okkur, niður á 400 km dýpi. Gult og brúnt á myndinni sýnir þau svæði, þar sem jarðskjálftabylgjur ferðast 2 til 8% hægar í gegnum möttulinn en í “venjulegum” möttli. Hægari jarðskjálftabylgjur þýða sennilega að möttullinn hér er partbráðinn, þ.e.a.s. það er lítilsháttar hraunkvika inni í berginu, sem hægir á jarðskjálftabylgjunum. En er það vegna þess að möttullinn er heitari, eins og möttulstrókskenningin telur, eða er það vegna þess að möttullinn hér bráðnar frekar auðveldlega, vegna þess að hann er að hluta til gömul jarðskorpa sem hefur sigið niður í sigbelti undir Bretlandseyjum fyrir 400 milljón árum? Í fyrstu fylgdu margir jarðvísindamenn möttulstrókskenningunni, vegna þess að hún kom með einfalda og elegant lausn, sem virtist ágæt. En nú eru margir komnir á aðra skoðun og tilbúnir til að taka til greina að ef til vill er möttullinn undir Íslandi frábrugðinn vegna þess að forn sigbelti hafa smitað hann með gamalli jarðskorpu og þá er auðveldara að bræða hann. Þetta er flókið og umdeilt efni, en ég hef gert mitt besta hér að reyna að skýra það fyrir lesendanum á einfaldan hátt. Auðvitað er uppruni Íslands grundvallarmál, sem skiftir alla máli sem vilja fylgjast með vísindum og menningu. Meira seinna um það…

Demantsgluggin sem sér djúpt inn í Jörðina

Jarðskorpan undir fótum okkar á Íslandi er um 20 til 40 km á þykkt. Undir henni er möttullinn, sem nær niður á 2900 km dýpi, en þar undir tekur kjarninn við. Við vitum ekki mikið um þessi innri lög jarðarinnar og sjáum þau aldrei. Jafnvel skorpan er ekki vel könnuð. Á Íslandi ná dýpstu borholur aðeins um 3 km niður í skorpuna, og hvergi í heimi hefur verið borað niður í möttulinn. Til allrar hamingju kastast upp stykki af möttlinum í sumum eldgosum, eins og þetta á myndinni til hliðar. Dæmi um það eru möttulstykki sem ég hef fundið í gígum í Kameroon í Vestur Afríku og einnig á Hawaii, en þessi möttulstykki má sjá í Eldfjallasafni í Stykkishólmi. Þar sem borun niður í möttul og kjarna er útilokuð, þá beita vísindamenn öðrum aðferðum til að kanna þessi innri lög jarðarinnar. Það eru tilraunir, þar sem líkt er eftir hita, þrýstingi og öðrum aðstæðum sem ríkja djúpt í jörðinni. Það er hér sem demantar koma við sögu. Fyrir um þrjátíu árum fengu jarðfræðingar þá snjöllu hugmynd að líkja eftir þeim háa þrýstingi sem ríkir djúpt í jörðinni með því að þrýsta tveimur demöntum saman, eins og myndin til hliðar sýnir. Demantar myndast í möttlinum, á um 150 til 300 km dýpi, og eru því vanir miklum þrýstingi. Það er sennilega best að ræða þrýsting í sambandi við einingu eins og kg/cm2 eða kílógrömm á fersentimeter. Þegar 50 kg þung kona stígur niður á annan hælinn á háhæla skóm (þvermál hælsins 1 cm), þá er þrýstingurinn á þann púnkt á gólfinu um 63 kg á fersentimeter. Hins vegar er þrýstingurinn undir einum fæti á 4 tonna fíl aðeins um 2.5 kg/cm2. Þetta minnir okkur rækilega á, að í tilraunum er þrýstingurinn (þ) í hlutfalli við flatarmál (F) yfirborðsins sem þrýst er á: þ = A/F, þar sem A er aflið. Þrýstingurinn í kjarnanum eða miðju jarðar er alveg ótrúlega há en samt vel útreiknanleg tala, sem er um 330 GPa eða 3.3 milljón kg/cm2. Þrýstingur sem hægt er að ná með demantspressu í dag er jafn mikill og þrýstingurinn í miðri jörðinni, eða 364 GPa, og hitinn í slíkum tilraunum getur einnig verið mjög hár, eða allt að 5500 stig Celsíus.  Myndin sýnir hvernig hiti breytist í jörðinni með dýpinu, og einnig mörkin á milli hinna ýmsu megin laga jarðar. Slíkar tilraunir með demnatspressum hafa varpað ljósi á innri gerð jarðar og frætt okkur um hvaða steindir eða mineralar eru ríkjandi innst inni í plánetu okkar.

Hvað er að gerast undir Krýsuvík?

Ef til vill er ykkur farið eins og mér, að þið hafið heyrt nýlega um jarðhræringar undir Krýsuvík í fjölmiðlum, en verið engu nær. Hér er sumt af því sem ég hef rekist á varðandi þetta merkilega svæði á Reykjanesskaganum. Krýsuvík er megineldstöð, með sprungukerfi eða sprungurein sem teygir sig frá Selatöngum í suðri til Heiðmerkur í norðaustri, eins og fyrsta myndin sýnir. Græna línan á myndinni sýnir mörk háhitasvæðisins. Krísuvíkurkerfið liggur því næst höfuðborgarsvæðinu af öllum virkum eldfjallakerfum landsins. Sprungugos í norðurhluta Krísuvíkurkerfisins geta því hugsanlega komið upp í Heiðmörk eða í grennd við Elliðavatn. Það er því full ástæða til að kynna sér og fylgjast náið með því sem gerist í Krýsuvík. Krýsuvíkureldar geisuðu á 12. öld, en þá rann Ögmundarhraun, Kapelluhraum og Gvendarselshraun sennilega í sömu goshrinu, sennilega árið 1151 og voru eldsupptökin í um 25 km langri sprungu í Móhálsadal. Um þetta svæði má til dæmis fræðast frekar á vef ISOR, þar sem frábært jarðfræðikort er að finna, hér: http://isor.is/efni/ahugaverdir-stadir-jardfraedikort-af-sudvesturlandi    Þær Sigrun Hreinsdottir og Karolina Michalczewska við Háskóla Íslands hafa fjallað um niðurstöður frá fimm GPS mælistöðvum á Krýsuvíkursvæðinu undanfarin ár. Snemma árið 2009 byrjaði landris í Krýsuvík og hélt því áfram til hausts, en þá byrjaði land að síga til vorsins 2010. Í apríl 2010 hófst landris á ný. Þessar skorpuhreyfingar, sem einnig hafa veið mældar með radar, virðast eiga uppruna sinn að rekja niður á um 4 til 5 km dýpi í jarðskorpunni, en landris hefur á tímum verið yfir 5 cm á ári, mest í grennd við Seltún. Samtímis landrisinu hafa jarðskjálftar verið tíðir, en færri þegar landsig verður. Stærsta hrinan var í febrúar árið 2011, þegar átta skjálftar voru af stærðargráðunni 3 og sá stærsti var 4.2.  GPS gögnin varðandi landris má sjá hér:http://strokkur.raunvis.hi.is/~sigrun/KRIV.html   Myndin til hliðar sýnir lóðréttu hreyfinguna í Krýsuvík frá árinu 2007 til þessa árs, eins og fram kemur í GPS mælingum Háskóla Íslands.  Sveiflurnar í landrisi koma vel í ljós, en svo virðist sem í heildina sé land að rísa um eða yfir 2 cm í Krýsuvík undanfarin fimm ár. Hver er orsökin? Líklegast er að hreyfingin eða þenslan sé vegna hreyfingar á einhverjum vökva, annað hvort tengdum jarðhita eða hraunkviku, eða þá myndun á gaspúða, eins og þegar suða myndast í jarðhitakerfinu. Einn möguleikinn er því að basaltkvika sé að safnast fyrir undir Krýsuvík. Það væri þá líklegast kvika sem streymir upp frá möttli jarðar, sem til dæmis getur myndað bergganga, eða innskotslög undir Krýsuvíkursvæðinu. Ekki er útilokað að slík kvika geti ratað inn í sprungusveim Krýsuvikurkerfisins, og þannig fundið sér leið í norðaustur átt, eins og gerðist árið 1151, þegar sprungan gaus fyrir ofan Hafnarfjörð og Kapelluhraun rann.