Hvað er Skorpan Þykk Undir Íslandi?

Áður en þú stígur út á ísinn á Þingvallavatni, þá viltu gjarnan vita hvað hann er þykkur. En jarðskorpan undir fótum okkar? Hvað er hún þykk? Lengi var haldið að hún væri þunn og heit, eða um 10 kílómetrar, en nú er deilt um það og talið að hún geti verið þykk og köld, og jafnvel allt að 43 kílómetra þykk undir miðhálendinu. Það eru jarðeðlisfræðin og bergfræðin sem eru nú að reyna að svara þessum spurningum, en dýpsta borhola landsins, 3322 metra djúpa holan á Skarðsmýrarfjalli, er því miður allt of grunn til að svara sliku þar sem hún nær aðeins niður í um einn tíunda af þykkt skorpunnar.Fallegasta myndin sem ég hef séð af þykkt skorpunnar undir Íslandi er eftir Richard Allen og félaga í grein í ritinu Journal of Geophysical Research árið 2002. Niðurstöður þeirra eru byggðar á hegðun jarðskjálftabylgna í gegnum skorpuna og möttulin undir landinu. Myndin er hér fyrir ofan, og litirnir sýna mismunandi þykkt skorpunnar, sem er frá 15 til 43 kílómetra þykk. Þykkasta skorpan virðist liggja undir miðhálendinu, en það kemur á óvart hvað þykktin er breytileg. Þynnsta skorpan er sýnd á svæðinu frá Breiðafirði og Snæfellsnesi og yfir í Hrútafjörð. Þetta kann að vera tengt því, að frá um 15 til 5 miljón árum síðan lá gosbeltið um Snæfellsnes og til norðausturs, og ef til vill var virkni og framleiðsla kviku í lægra lagi á þeim tíma. Ef við þekkjum þykkt skorpunnar, þá er tímabært að velta fyrir sér hita, þrýstingi og bergtegundum hennar. Allt aðrar ástæður ríkja hvað varðar hita og þrýsting í dýpinu, sem skapa aðrar bergtegundir. Sennilega munum við aldrei sjá þær bergtegundir á yfirborði sem mynda mið- og neðri hluta skorpunnar. Þrýstingur innan í jörðinni er mældur í gigapaskal einingum (GPa) , en þrýstingurinn eykst í hlutfalli við dýpið, um eitt GPa á hverja 37 kílómetra. Bergfræðin og efnasamsetning kvikunnar sem gýs á yfirborði sýnir að hún hefur þróast við þrýsting á bilinu 0,4 til 0,8 GPa, sem samsvarar 15 til 30 kílómetra dýpi, eða neðarlega í skorpunni. En uppruni kvikunnar er að öllum líkindum í möttlinum og þá enn dýpra. Það er auðvelt að áætla þrýsting innan skorpunnar á mismunandi dýpi, en hitinn er annað mál. Hitastigullinn er hitaukning í jarðskorpunni með dýpi. Hitastigull í efri hluta skorpunnar, fyrir ofan 2 km, er talinn um 120°C/km, samkvæmt mælingum í borholum sem ISOR og fleiri hafa gert. Það er útilokað að svo hár hitastigull haldi áfram niður í botn á skorpunni, því þá væri hún komin vel yfir bræðslumark basalts. Hitastigullinn hýtur því að minnka. Arnar Már Vilhjálmsson og félagar á ISOR telja til dæmis að á 7 til 13 km dýpi gæti hiti verið um 750 til 840 oC. Feitu rauðu línurnar á myndinni fyrir ofan sýna hugsanleg efri og neðri mörk hitastiguls í jarðskorpunni undir Íslandi, en kvarðinn til hægri sýnir dýpt í kílómetrum. Ef við vissum hitastigulinn, þá gætum við fylgt línu hans í gegnum myndina, og ákvarðað hvaða bergtegundir eru í jafnvægi í skorpunni og á hvaða dýpi. Á myndinni eru einnig sýndir reitir sem afmarka þær ýmsu tegundir af myndbreyttu bergi sem gæti þrifist við mismunandi þrýsting (dýpi) og hita í skorpunni. Í öllum tilfellum fellur grynnsti hluti íslensku skorpunnar í zeólíta eða geislasteina reitinn, sem er auðvitað hárrétt, því við sjáum vitneskju um það í eldri jarðlögum á yfirborði og í dýpri borholum. Ef hitastigullinn er hár (hitinn hækkar hratt með dýpi) tekur við myndbreytt berg sem nefnist hornfels. Ef hitastigullinn er dálítið lægri, þá tekur við myndbreytta bergtegundinn grænsteinn og amfíbólít í miðju skorpunnar. Myndbreyting verður vegna efnahvarfa þegar nýjar steindir myndast sem eru í jafnvægi við vaxandi hita og þrýsting, en efnasamsetning bergsins breytist yfirleitt ekki. Breyting basalts yfir í amfíbólít gerist sennilega á hitabilinu 450 til 700°C og við þrýsting sem samsvarar um 3 til 5 kílómetra dýpi í skorpunni. Amfibólít steinn er sýndur hér fyrir ofan, en þessi bergtegund er eiginlega óþekkt á Íslandi en hefur þó fundist á 3 kílómetra dýpi í borholu á Reykjanesi. Til þess að skorpan myndbreytist úr basalti í amfíbólít, þá þarf vatn. Enn er ekki vitað hvað vatn hefur leitað djúpt í skorpunni, og ef til vill er það bundið við efri hlutann, ofan við 5 til 7 kílómetra. Öll neðri skorpan er þá sennilega gerð af hinum ýmsu afbrigðum af gabbró. Það verður gaman að fylgjast með því í framtíðinni þegar við fáum að vita meira um skorpuna undir fótum okkar.

Athugasemdir

[Emil Hannes Valgeirsson, 21.1.2010 kl. 12:57]

Sæll. Ég hef séð vangaveltur um að heiti reiturinn undir Íslandi sé hugsanlega ekki djúpur möttulstrókur, heldur grunnstæður reitur sem kemur til að því að Atlanstshafshryggurinn opnast um gamla rennu þegar meginlöndin voru að rekast saman fyrir um 400 milljón árum, (Caledonian Suture). Gosefnaframleiðslan hér sé því endurnýting á jarðskorpu sem hvarf ofaní jörðina á þessum tímum. sbr. þetta hér eftir G. R. Foulger, D.L. Anderson & J.H. Natland: http://www.mantleplumes.org/Penrose/PenPDFAbstracts/Foulger_Gillian_abs.pdf

Þykir þetta vænleg kenning meðal jarðfræðinga?

[haraldur sigurdsson (IP-tala skráð) 21.1.2010 kl. 13:23]

Blessaðut,

Ég fjallaði aðeins um skorpuna í þessum pistli, en komst ekki niður í möttul. Það er nú til mikið af gögnum um möttulinn undir Íslandi, og deilt um hvort hann sé möttulstrókur eða ekki. Mun fara inn á þá umræðu fljótlega.

Haraldur