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.    

 

Skjálftasagan í hnotskurn

Einar hefur sent okkur kvikmynd af sögu  og dreifingu jarðskjálfta undir Bárðarbungu og umhverfi. Takið eftir að aðeins skjálftar með gæði yfir 60% eru sýndir.  Guli hringurinn er miðgildi á staðsetningu skjálfta hverrar klukkustundar, svarta línan sýnir sögu á miðgildi.  Það er fróðlegt að sjá hvernig virknin hoppar á milli, ýmist í kvikuinnskotinu eða öskjunni og víðar.   Rautt eru skjálftar frá 23. ágúst. Takið eftir hvað gangurinn rýkur hratt norður þann dag.  Gangurinn er reyndar kominn norður fyrir jökulsporðinn, og ef hann kemur upp á yfirborðið, þá væri það á íslausu landi.  Norður endi gangsins er nú kominn á sama stað og upptök Holuhrauns eru, en þar gaus árið 1797, eins og jarðfræðikort ISOR sýnir (sjá síðustu blogg færslu).  Hættan á jökulhlaupi minnkar því   stöðugt.  Svarta línan fylgir hreyfingu þungamiðju skjálftanna.   Smellið á hér til að skoða kvikmyndina:

https://dl.dropboxusercontent.com/u/40576923/bardarbunga.gif

Fréttir um gos eru misvísandi.  Ef til vill er hafið gos undir jökli, en ekkert bendir þó til þess, ef skoðuð eru gögn um rennsli í Jökulsá á Fjöllum við Upptyppinga.  Áin sýnir sína venjulega daglegu sveiflu frá um 220 til 150 rúmmetrum á sekúndu, eins og línuritið sýnir. Engin vöxtur er þar enn.   Sóri skjálftinn í nótt, sem var af stærðinni 5,3, var undir öskjubrúninni á Bárðarbungu og á um 5,3 km dýpi.  Er hann vegna hreyfinga á hringbrotinu, sem afmarkar öskjuna, eða vegna enn dýpri hreyfinga?  Það verður fróðlegt að sjá hvaða tegund af skjálfta þetta er: lóðrétt misgengi eða önnur hreyfing.

Gangurinn undir Vatnajökli

Öll þjóðin hefur fengist að fylgjast með vexti og þróun berggangsins, sem hefur klofið sér leið í gegnum jarðskorpuna norðaustan við Bárðarbungu.  Hvergi á jörðu er jafn almennur áhugi fyrir hegðun jarðar, enda hafa fyrri byltingar íslenskra eldfjalla haft afdrifaríkar afleiðingar fyrir þjóðina.  Nú virðist kvika úr ganginum hafa náð yfirborði í Dyngjujökli.   ISOR hefur birt ágæta mynda af dreifingu jarðskjálfta undanfarið og tengt virknina nú við fyrri eldvirkni á svæðinu.  Þessa mynd má sjá hér: http://www.isor.is/frettir/holuhraun-kvikuflutningar-fra-bardarbungu

ISOR stingur uppá, að eldgosið sem myndaði Holuhraun við norður rönd Dyngjujökuls árið 1797  kunni að vera komið úr Bárðarbungu, á svipaðan hátt og gosið, sem hófst í dag.  Það gos, árið 1797, braust út á yfirborðið utan jökulsins og olli því ekki jökulhlaupi.

Þróun nýja kvikugangsins er vel lýst í gögnum, sem Jarðvísindadeild Háskóla Íslands hefur birt. Mynd þeirra er hér sýnd fyrir neðan, en hana má finna hér: http://jardvis.hi.is/uppfaert_kort_stadsetning_jardskjalfta_sil_jardskjalftamaelakerfi_vedurstofu_islands_og_faerslur

 

Hreyfingar mældar af GPS stöðvum umhverfis jökulinn gera kleift að mynda líkan af kvikuinnskotinu eða þróun kvikugangsins.  Þetta bendir til gangs sem er um 1,6 m á breidd og um 20 km langur.  Þá vakna spurningar um það, hvaðan kemur kvikan, sem safnast fyrir í ganginum? Kemur hún út úr grunnri kvikuþró, undir öskju Bárðarbungu?  Er kvikustreymi í gangi undir Bárðarbungu, sem kemur dýpra að?   

Ekström pumpan undir Bárðarbungu

Megineldstöðin Bárðarbunga er hulin jökli og upplýsingar frá venjulegum jarðfræðiathugunum því ekki fyrir hendi.  En jarðeðlisfræðin bregst okkur ekki hér.

 vð  upp  eld julegar jarðfræðiathuganir þvnar er virkt.kjuna en það gæti verið vð Ég hef fjallað hér áður um túlkun þeirra  Nettles og Ekströms á uppbyggingu Bárðarbungu, en líkan þeirra er byggt á jarðskjálftagögnum.  Ég tek það strax fram, að þetta er þeirra líkan, en ekki mitt.  Samt sem áður finnst mér það athyglisvert og skýra ýmsa þætti.  Við skulum þá líta á það sem “working model”.  Göran Ekström er prófessor við Columbia háskóla í New York og viðurkenndur vísindamaður í sinni grein.   Ég hef skreytt mynd þeirra hér fyrir ofan með litum, til að skýra efnið.  Í stuttu máli virkar pumpan þannig:  (1) Basaltkvika steymir stöðugt uppúr möttlinum, og safnast fyrir neðst í jarðskorpunni (gula svæðið).  (2) Vegna léttari eðlisþyngdar sinnar leitar kvikan upp í gegnum jarðskorpuna (rauða örin) og streymir upp í grunnt kvikuhólf undir öskju Bárðarbungu. Ef til vill er þessi þáttur að gerast einmitt nú í dag.  Ekki er ljóst nákvæmlega hvar uppstreymið er.  Nettles og Ekström setja það undir miðja öskjuna (rauða örin)  en það gæti verið víðar.  (3)  Kvika safnast fyrir í grunnu kvikuþrónni með tímanum.  Kvikuþróin pumpast upp.  Það veldur þrýstingi á jarðskorpuna fyrir ofan og á tappann fyrir neðan.  Fyrir ofan kvikuþróna verður landris þegar öskjubotninn lyftist upp.  Því fylgja margir grunnir skjálftar á öskjubarminum, eins og nú gerist.  (4)  Þrýstingur kvikuþróarinnar niður á við getur komið af stað stórum jarðskjálftum af stærðargráðunni 5, eins og þeim tíu, sem Nettles og Ekström könnuðu í greininni 1998.  Slíkir jarðskjálftar gerast því þegar tappinn sígur niður og sprungur myndast meðfram hallandi veggjum hans.  Þetta er ekki tappi, sem maður dregur úr flöskunni, heldur tappinn sem maður rekur niður í flöskuna. Hreyfing á þessum hringlaga og bröttu sprungum er eins og litlu örvarnar sýna. En þrýstingur í kvikuþrónni getur einnig leitt til eldgosa á brún öskjunnar, einkum ef svæðisbundið sprungukerfi eldstöðvarinnar er virkt.  Það er því samspil milli  þrýstings í kvikukerfinu og virkni svæðisbundna sprungukerfisins sem skiftir öllu máli varðandi eldgosin, sem væru að öllum líkindum sprungugos, ef einhver verða.

Líkan Ekströms af Bárðarbungu er styrkt af jarðfræðiathugunum á öðrum fornum eldstöðvum, eins og þriðja myndin sýnir.  Þar er þversnið af slíkri eldstöð, þar sem hringgangar og keilugangar myndast.  Hringlaga myndanir eru einmitt algengar í rótum megineldstöðva á Íslandi.  Keilugangar mynda til dæmis vel afmarkaða hringi umhverfis Setberg eldstöðina á Snæfellsnesi, eins og ég hef bloggað um áður hér:    http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1176622/

  Þeir verða til þegar  kvika þrýstist upp í jarðskorpuna í miðju eldstöðvarinnar eftir keilulaga sprungum.  Einnig eru hringgangar (“ring dikes”) vel þekkt fyrirbæri í eldfjallafræðinni og voru fyrst uppgötvaðir í rótum fornra eldstöðva í Skotlandi, eins og til dæmis á Ardnamurchan skaga.  Ef til vill er stórbrotnasta kerfi af hringgöngum að finna í Sahara eyðimörkinni.  Þar er Richat hringurinn í Mauritaníu, um 30 km í þvermál, eins og sýnt er á myndinni hér.  Hér hefur orðið svo mikið rof, að hringarnir eru komnir fram á yfirborði.  Hringgangar myndast einmitt þegar hringlaga spilda eða tappi af jarðskorpu sígur niður, eins og Ekström stingur uppá fyrir Bárðarbungu.  Þegar tappinn sígur, þá leitar kvika inn í hringlaga sprungurnar og storknar þar sem hringgangar.  En bæði hringgangar og keilugangar geta innihaldið mikið magna af kviku, ekki síður en kvikuþróin, sem kann að vera ofaná tappanum.  Stóru gosin verða þegar svæðisbundin gliðnun verður í jarðskorpunni á slíku svæði.  Þegar svæðisbundið sprungukerfi verður virkt og sker megineldstöðina, þá  er hætt við stórfelldu kvikuhlaupi til hliðar út frá grunnu kvikuþrónni og sprungugosum á láglendi í grennd.  Slík sprungugos, sem eru beint tengd Bárðarbungu, eru til dæmis  gígaröðin sem nefnist Vatnaöldur og Veiðivötn.