Innskot eru algengari en eldgos

Kvika sem leitar upp úr möttlinum og í átt að yfirborði Íslands getur annað hvort gosið á yfirborði eða myndað innskot í jarðskorpunni rétt undir yfirborði. Við hverju má búast, þegar órói hefst í skorpunni, eins og nú gerist við Þorbjörn á Reykjanesskaga? Reynslan undanfarin ár sýnir að einkum tvennt kemur til greina. Annað hvort leitar kvikan frekar fljótlega upp á yfirborð og gýs, oftast sem sprungugos af basalt kviku. Eða þá að kvikan treðst inn á milli jarðlaga í efri hluta skorpunnar og myndar innskot, án þess að gos verði, en myndar bólu eða landris á yfirborði. Tvennt ber að hafa í hug í þessu sambandi. Annað er, að eðlisþyngd kvikunnar er frekar há (um 2.75 g á rúmc.) og mun því kvikan oft leita sér leiða innan skorpunnar og finna sér farveg, án þess að gjósa. Mörg dæmi þess eru nú vel kunn. Einkum vil ég benda á atburðina við Upptyppinga fyrir austan Öskju árin 2007 til 2009, en þar var mikið landris og skjálftavirkni á 15 til 17 km dýpi. Mikill titringur var þá lengi í öllum jarðvísindamönnum á Íslandi, en ekki kom gos. Sennilega myndaði kvikan stóran gang af basalti á þessu dýpi. Sömu sögu er að segja með atburði undir Hengli árin 1994 til 1998 og svo nýlega í Krísuvík árið 2009: staðbundin skjálftavirkni, landris og merki um að innskot hafi orðið í skorpuna án þess að gjósa. Oft eru slík innskot lóðréttir berggangar, eða þá lárétt innskot og keilugangar, en það fer eftir spennusviði í skorpunni hvort gerist. Það verður fróðlegt að fylgjast með gangi mála í grennd við Þorbjörn, en mig grunar að kvikan fari öll í innskot í efri hluta skorpunnar.

Stóra öskjusigið

Stærsta öskjusigið til þessa undir Bárðarbungu varð um kl. 5 í morgun.  Þá seig miðja jökulsins yfir Bárðarbungu um meir en einn meter, samkvæmt GPS mælinum, sem er staðsetur yfir miðri öskjunni.  Sjá mynd hér með, sem er af vef Veðurstofunnar.  Ekki er enn ljóst hvort jarðskjálfti hefur verið þessu samfara, en sennilega er þó svo.  Eftir er að yfirfara jarðskjálftagögnin áður en þau birtast á vefnum. Þetta boðar einhverja rúmmálsbreytingu í kvikuþrónni og ef til vill aukið streymi kviku í ganginum og upp á yfirborð.

Viðbætir: Skömmu síðar hefur yfirborð jökulsins hækkað, og er því heildarsigið í þessu atviki um 30 cm.  En þessi sveifla er einkennandi um meiri óróa í lóðréttum hreyfingum jökulsins  undanfarinn sólarhring.  Ef til vill er þaðvegna þess að jökullinn er bæði að brotna og síga.

Af hverju er meiri kvika á ferðinni en nemur sigi öskjunnar?

 

 

Einfaldsasta líkan af virkni í Bárðarbungu er eftirfarandi:

1.     Kvika streymir út úr kvikuþró á einhverju dýpi undir öskjunni og út í ganginn til norðurs.

2.     Askjan sígur niður í samræmi við rennsli út úr kvikuþrónni og jarðskjálftar verða við sigið.  Ef kvikustreymi út úr kvikuþrónni er jafnt og sigið, þá er það um 0,8 rúmkílómetrar. 

3.     Kvika streymir út í kvikuganginn til norðurs, en hann inniheldur um 1,0 rúmkílómeter af kviku.

4.     Hluti af kvikunni kemur upp á yfirborð í hinu nýja Holuhrauni, sem er nú um 0,5 rúmkílómetrar.

Samkvæmt þessum tölum er sigið og þar með kvikurennsli út úr þrónni aðeins um helmingur af rúmmáli kviku, sem hefur komið upp í gosinu og plús þeiri kviku, sem er í ganginum.  Dæmið gengur því ekki upp.  En það er alls ekki óvenjulegt, og reyndar næstum regla í hegðun eldfjalla.  Rúmmál kviku sem fer út úr kvikuþróm er oftast aðeins hluti af rúmmáli kviku sem kemur upp á yfirborð og er eftir í ganginum.  Margir jarðvísindamenn hafa fjallað um þetta vandamál eða ráðgátu, til dæmis Eleonora Rivalta, og það má kalla þetta ráðgátuna um aukakvikuna.  Af hverju virðist vera meiri kvika í gangi og hrauni til samans, en hefur komið út úr kvikuþrónni? Tvær tilgátur koma fram til að skýra málið.  Önnur er sú, að kvikan komi upp úr kvikuþrónni á miklum þrýstingi, þar sem hún er þjöppuð saman.  Hér er átt við gaslausa kviku.  Síðan þenst hún út nær yfirborði við minni þrýsting.  Þetta dugar ekki, því kvika þenst út um til dæmis aðeins 2% þegar hún berst frá 100 km dýpi og upp á yfirborð.   Hin kenningin er sú, að gas þenjist út í kvikunni við lágan þrýsting nær yfirborði.  Við þær aðstæður losnar gasið úr læðingi, bólur af gasi myndast í kvikunni við lægri þrýsting (minna dýpi í jarðskorpunni) og rúmmál kvikunnar vex mikið.  Þetta er líklegasta skýringin á því, að rúmmál kvikunnar í ganginum er miklu meiri en hefur streymt út úr kvíkuþrónni. Þetta sýnir okkur að það er eiginlega villandi að ræða um kvikuflæði í einingum rúmmáls.  Við eigum að fjalla um það í einingum massa, eins og til dæmis vigt, kíló eða tonn  (milljónir tonna í þessu tilfelli).  En rúmmálið er eina einingin sem við höfum upplýsingar um, þar sem við vitum ekki um eðlisþyngd kvikunnar í ganginu, þegar gasbólur byrja að myndast.   Það er augljóst að það er töluvert gas í kvikunni, sem styrkir þessa kenningu. Gasið er sennilega blanda af koltvíoxíði, brennisteinstvíoxíði, vatnsgufu, klór og flúorgasi.  Mig grunar að koltvíoxíð sé þó mikilvægast en greiningu vantar. 

Erindi hjá Ferðafélagi Íslands um Bárðarbungu

Haraldur Sigurðsson flytur myndskreytt erindi um eldfjallið Bárðarbungu í sal Ferðafélags Íslands fimmtudaginn 25. september. Erindið hefst klukkan 20 að Mörkinni 6, Reykjavík.  

Stórkostleg mynd af öskjusigi í rauntíma

Það sem nú gerist í öskju Bárðarbungu gefur sennilega bestar upplýsingar um hvað er að gerast í kvikuþrónni undir öskjunni. Er kvikuþróin að tæmast? Hvenær hættir kvika að renna út úr henni og út í ganginn?  Hvenær byrjar þrýstingur aftur að vaxa í kvikuþrónni?  Hættir gosið, þegar askjan hættir að síga?  Þetta eru spurningar, sem hreyfingar á öskjunni geta svarað.  Nú er hægt að fylgjast með siginu í öskju Bárðarbungu í rauntíma á vef Veðurstofunnar hér:  http://www.vedur.is/photos/volcanoes/barc_gps_3d_is.png

Línuritið sýnir lóðrétta færslu á GPS tæki, sem komið var fyrir á jöklinum í miðri öskjunni. Fyrir neðan línuritið er einnig sýnd skjálftavirknin. Í sumum tilfellum, eins og til dæmis nétt fyrir hádegi hinn 21. september,  fylgist sig of skjálftavirkni vel að (5,5 skjálfti og skyndilegt 25 sm sig), en það er ekki algild regla.  Veðurstofan á miklar þakkir skilið fyrir að færa okkur þessi gögn í rauntíma og hvet ég alla lesendur til að fylgjast með þessu línuriti.

GPS hreyfingin er fyrst og fremst hreyfing á yfirborði jökulsins, en hreyfingin getur átt tvær höfuð orsakir.  Önnur orsökin er sig á botni öskjunnar niður í kvikuþróna, en því fylgir skjálftavirknin. Hin orsökin á hreyfingunni getur verið bráðnun jökuls í botni öskjunnar vegna hitastreymis upp úr kvikuþrónni eða jafnvel vegna eldgoss á botninum, undir ísnum.  Bráðnun getur haldið áfram um langan tíma á botni öskjunnar án þess að það komi fram í hlaupvatni eða í jökulám. Ég tel líklegast að bráðnun sé aðeins minni háttar og að sigið sé þá nær eingöngu vegna þess að þak kvikuþróarinnar er að síga niður.  En samt sem áður er nauðsynlegt að velta því fyrir sér hvort bráðnun sé í gangi.  

Minnumst þess að vatn, sem myndast vegna bráðnunar á  jökli tekur um 9% minna rúmmál en ísinn.  (Eðlisþyngd íss er um  0.9167 gm/cm³ og eðlisþyngd vatns er um 0.9998 gm/cm³  en hún er dálítið breytileg eftir hita þess).  Bráðnun veldur því sigi í öskjunni, jafnvel þótt vatnið safnist saman á botni öskjunnar. 

Helgi Björnsson hefur kannað lögun eldfjallsins, sem hvílir undir Bárðarbungu og lýsir því vel í bók sinni Jöklar á Íslandi (2009). Askjan er um 700 m djúp og um 11 km í þvermál frá SV til NA en um 8 km frá NV til SA.  Rúmmál íss í öskjunni er að hans mati um 43 rúmkílómetrar. Hæstu rimar öskjunar eru um 1850 m en riminn er lægstur að austan, eða 1450 m. Lægsta skarðið er á austurbarminum, í um 1350 m hæð, en tvö önnur skörð í suðvestri og í norðaustri.  Hlaupvatn út úr öskjunni um þetta skarð á austurbarminum færu sennilega undir Dyngjujökul til norðurs.  En botn öskjunnar er í um 1100 m hæð og mikil bráðnun þarf að eiga sér stað áður en flæðir yfir skarðið til austurs.  Sigið kann að vera mæling á magni kviku, sem hefur runnið út úr kvikuþrónni og inn í ganginn og að hluta til upp á yfirborð í hrauninu.  Ég tel að sigið samsvari um 800 milljón rúmmetrum hingað til.  Hraunið er nú um 400 til 600 milljón rúmmetrar. Gangurinn (um 50 km langur, 2 m á breidd og 10 km hár) inniheldur um 1000 milljón rúmmetra af kviku. Skekkjan getur verið mikil í áætlun á rúmmáli sigsins, þar sem hæð miðjunnar á öskju Bárðarbungu fyrir sig er ekki vel þekkt stærð.

Kólnun og storknun gangsins

Kvikugangurinn sem hefur myndast innan jarðskorpunnar frá Bárðarbungu og undir Holuhrauni hægir á sér fyrr eða síðar og byrjar að kólna þegar kvikurennsli stöðvast.  Kólnunin er mjög mikilvæg, því einnig hún hægir á og stöðvar kvikustreymi og stöðvar þá einnig eldgosið.  Kólnun og storknun kviku í slíkum gangi er háð ýmsum þáttum:  (a) hita kvikunnar (um 1175 oC fyrir Holuhraun), (b) breidd gangsins (sennilega um 3 metrar í þessu tilfelli), (c) hita bergsins umhverfis, (d) hitaleiðni eða einangrun bergsins umhverfis, og (e) hita bergsins umhverfis ganginn.   Hiti bergsins umhverfis er háður því hvað gangurinn hefur verið virkur lengi.   Því meiri kvika sem hefur runnið um ganginn og því lengur, því heitara verður bergið umhverfis.  

Myndin sýnir kólnun á fremur stórum kvikugangi, sem er 10 metrar á breidd. Hann er í upphafi um 1150 oC heitur, svipað og kvikan úr Bárðarbungu.  Það tekur hann um rúmt ár (400 daga) að kólna um helming. Þá er kvikan orðin svo seig, að hún rennur treglega eða ekki. Annars er til nokkuð einföld jafna, sem gerir okkur kleift að reikna út lauslega kólnun gangs.  Hún er þannig:  dt = 3,15  x  w²             Hér er dt tíminn, í dögum, sem tekur fyrir ganginn að kólna um helming í miðjunni, en w er breidd gangsins, í metrum.   Tíu metra gangur tekur samkvæmt því  um 315 daga að kólna um helming í miðju, eða um eitt ár.  Hins vegar kólnar 3 metra breiður gangur um helming miklu hraðar, eða aðeins um 28 daga.  Sem sagt: þegar gosið í Holuhrauni stöðvast, þá tekur það ganginn um eða innan við einn mánuð að kólna niður að því marki, þegar kvikan er orðin of seig til að renna og byrjar að storkna. Þessi gangur gýs aldrei aftur eftir að ahnn storknar  og hann myndar fast berg, sem er mjög sterkt.  En að sjálfsögðu getur annar gangur myndast síðar samhliða honum.  

Berggangur á Grænlandi

Ég skrapp til Grænlands, meðal annars til að skoða bergganga í Scoresby Sundi á Austur Grænlandi.  Og viti menn: á meðan hefst eldgos á Íslandi!   Myndin fyrir ofan er af um 2 m breiðum berggangi, sem sker hér rauð sandsteinslög frá Kolatímanum, eða um 300 milljón ára gömul.  Gangurinn er sennilega frá tertíer, eða um 50 milljón ára gamall. Á Grænlandi er mikill fjöldi bergganga, sem mynduðust þegar íslenski heiti reiturinn skreið frá vestri til austurs, undir Grænland, frá um 65 til um 50 milljón árum síðan.

Breidd bergganga

Jarðvísindadeild Háskóla Íslands telur að kvikugangurinn frá Bárðarbungu sé 1,1 til 4,1 meter á þykkt.  Það er algeng þykkt á berggöngum á Íslandi. Takið eftir, að hann er kvikugangur á meðan hann er bráðinn og um 1200 oC heitur, en verður berggangur eftir nokkur ár, þegar hann kólnar og storknar.   Hér með fylgir mynd, sem sýnir þykkt tæplega 500 ganga á Snæfellsnesi, sem við Jóhann Helgason höfum mælt.  Lárétti ásinn er í metrum, en sá lóðrétti er fjöldi ganga sem eru mældir.  Flestir eru um 1 meter á breidd, en margir frá 3 til 5 m. En gangar, sem eru allt að 20 m eru til, þótt sjaldgæfir séu. Kvikugangurinn frá Bárðarbungu er því af algengri gerð, hvað varðar þykkt hans.

Kröflumynstrið komið í Bárðarbungu

 

 

Ég hef verð að bíða eftir því að sjá Kröflumynstrið um breytingar á landhæð í Bárðarbungu.  Nú virðist það ef til vill vera komið. Þegar Kröflueldar geisuðu, frá 1975 til 1984,  þá var eitt höfuð einkenni þeirra að land innan öskjunnar og umhverfis reis hægt or rólega í nokkrar vikur eða mánuði, eins og fyrsta myndin frá Axel Björnssyni sýnir,  þar til landsig gerðist mjög hratt.  Þið sjáið að stundum skifti landris metrum í miðju öskjunnar.  Siginu fylgdu skyndileg kvikuhlaup neðanjarðar og á stundum lítil sprungugos á yfirborði.  Krafla orsakaði byltingu í skilningi okkar á virkni íslenskra eldstöðva, eins og Páll Einarsson hefu bent á.   Í dag rakst ég loks á gögn frá GPS mælum umhverfis Bárðarbungu, sem sýna svipað mynstur og Krafla gerði. Þau má finna hér, á vefsíðu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands: http://strokkur.raunvis.hi.is/gps/DYNC_3mrap.png

Önnur mynd sýnir lóðréttu hreyfinguna á GPS stöðinni á Dyngjuhálsi, norður af Bárðarbungu.   Lóðrétta hreyfingin er ekki mikil, enda er Dyngjuháls nokkuð langt frá öskju Bárðarbungu, en mynstrið kemur nú fram þrisvar lengst til hæfri á myndinni, með hægfara ris og síðan hratt sig.  Risið er að öllum líkindum tengt streymi kviku úr djúpinu og upp í grunna kvikuþró undir  öskjunni. Þegar vissri hæð, eða vissum þrýstingi er náð í kvikuþrónni, þá hleypur kvikan út í ganginn og askjan sígur.  Gögnin frá Dyngjuhálsi eru uppfærð á átta tíma fresti (rauðu púnktarnir).   GPS mælingarnar verða því mikilvægar til að meta hegðun gangsins. Búast má við að lítið gerist í ganginum á meðan landris er hægt og stöðugt, þar til landris nær krítískri hæð.  Þá verður kvikuhlaup úr þrónni undir öskjunni og inn í ganginn, sem getur valdið því að gangurinn rýkur áfram norður í gegnum jarðskorpuna – eða gýs. 

Hvað gerist ef gangurinn nær alla leið til Öskju?

 

Það er ljóst að mikil breyting varð á skjálftavirkni undir Vatnajökli hinn 23. ágúst.  Þá tók skjálftavirknin mikið stökk til norðurs, eins og fyrsta myndin sýnir.  Hún er byggð á skjálftagögnum frá Veðurstofu Íslands, en lóðretti ásinn á myndinni er breiddargráðan (norður).  Aðeins skjálftar stærri en 2 eru sýndir hér.   Þessu samfara er einnig stökk niður á bóginn, eins og seinni myndin sýnir.  Hún er dreifing jarðskjálfta í tíma og dýpi. Lóðrétti ásinn er dýpið í kílómetrum undir yfirborði.  Undanfarna viku hefur þungamiðjan af skjálftum stærri en 2  verið á dýpi í kringum  7 til 12 km.  En hinn 23. ágúst  er virknin mun dýpra, með flesta skjálfta af þessari stærð á bilinu 12 til 15 km. Gangurinn virðist fara dýpra en áður. Þetta er ekki sú hegðun, sem maður býst við sem undanfara eldgoss.  Það skal þó tekið fram að stærsti skjálftinn, 5,3, og mesta útlosun orku til þessa, var á 5,3 km dýpi og annar 5,1 á 6 km.  Það vekur athygli manns að nær engir skjálftar eiga upptök dýpri en um 15 km.  Hvað veldur því?  Er það ef til vill vegna þess, að á meira dýpi er jarðskorpan orðin svo heit, að hún brotnar ekki?  Sjálfsagt eru kvikuhreyfingar að gerast dýpra en 15 km en við höfum ekki tólin og tækin til að sjá þær. 

Kvikugangurinn frá Bárðarbungu heldur áfram að vaxa, en hefur nú breytt stefnu frá norðaustri til norðurs.  Hann stefnir því beint að megineldstöðina Öskju.  Getur hann náð alla leið til Öskju?  Það er aðeins 25 km leið frá jökulsporðinum á Dyngjujökli og til Öskju.  Gangar geta orðið mjög langir. Tökum nokkur  dæmi frá Íslandi.   Skaftáreldar eða Lakagosið árið 1783 var sprungugos, sem kom upp í gegnum jarðskorpuna úr kvikugangi. Gossprungan sjálf er um 25 km löng, en allt bendir til að hún nái inn undir Vatnajökul og alla leið til Grímsvatna.  Kvikan sem gýs í Grímsvötnum er sú sama og kemur upp í Lakagígum.  Það bendir til að gangurinn nái frá kvikuþrónni undir Grímsvötnum og alla leið til Lakagíga, eða um 70 km veg.   Svipaða sögu er að segja um Eldgjá og Kötlu.  Sprungan sem myndar Eldgjá er vitneskja á yfirborði um gang, sem nær alla leið til Kötlu.  Efnagreiningar sýna að kvikan úr Eldgjá samsvarar kvikunni í kvikuþrónni undir Kötlu.  Hér mun vera gangur sem myndaðist  árið  934, sem er um 55 km langur.  Þriðja dæmið er Askja sjálf.  Árið 1875 gaus í Öskju, en undanfari þess goss var sprungugos  í Sveinagjá, um 70 km norður af Öskju.  Aftur  hjálpar efnafræðin okkur hér og sýnir að basaltkvikan sem kom upp í Sveinagjá er hin sama og gaus í Öskju.  Það er því auðvelt að hugsa sér að nýi gangurinn  frá Bárðarbungu gæti náð til Öskju.  Ef það gerist, þá er atburðarásin háð því hvort gangurinn sker kvikuþró Öskju, eða sneiðir framhjá.  Eitt er það sem við lærum af hegðun ganganna í Lakagígum 1783, Eldgjá 934 og Sveinagjá 1875, að kvikan kom alltaf upp á yfirborðið þar sem gangarnir brutust í gegnum jarðskorpuna á láglendi.  Kvikan er þungur vökvi og það er eðli hennar að streyma til hliðar, frekar en upp, svo framalega sem opin sprunga er fyrir hendi.  Mestar líkur eru því á gosi nú, þegar gangurinn skríður í gegnum jarðskorpuna undir söndunum norðan Dyngjujökuls og sunnan Öskju.  Ef hann gýs ekki þar, þá tekur við norðar mikið hálendi Dyngjufjalla, Kollóttudyngju og Ódáðahrauns og ólíklegt að hann komi upp á yfirborð þar.