Hvað kemur mikið Gas uppúr Fimmvörðuhálsi, og hver er Efnasamsetning þess?

Gjóskustrókarnir sem dansa í gígunum á Fimmvörðuhálsi myndast vegna mikils gasútstreymis ásamt kvikunni sem er kringum 1200 stiga heit, eins og ég hef bloggað um hér.

En hvaða gas er þetta og hvert er magnið af gasi sem streymir hér út í andrúmsloftið? Það er eitt erfiðasta verkefni eldfjallafræðinga og jarðefnafræðinga að svara slíkum spurningum. Eins og sjá má af fréttamyndum, þá er ekki auðvelt og alls ekki hætulaust að komast að gjóskustrókum og ná í sýni af gasinu. Auk þess er kerfið svo dýnamískt eða breytilegt að gasið er að breytast mikið og blandast strax andrúmslofti á uppleið. Samt sem áður má koma með nokkuð gáfulegar getgætur um gasið og efnasamsetningu þess.

Þegar ég var ungur jarðfræðistúdent, þá starfaði ég á Atvinnudeild Háskólans, sem síðar varð Rannsóknarstofnun Iðnaðarins í grennd við Háskóla Íslands. Þar voru ágætir jarðfræðingar að störfum, svo sem Sigurður Þórarinsson, Þorleifur Einarsson, Tómas Tryggvason og Guðmundur E. Sigvaldason. Ég var aðstoðarmaður þeirra meðal annars í ferðum út í Surtsey, strax og hægt var að lenda á eynni eftir gosið sem hófst 1963.  Meðal annars var unnið við söfnun og greiningu á gasinu sem kom upp úr gígnum og hrauni í Surtsey. Hér til hliðar er mynd af Guðmundi við sýnatöku á eynni.  Oft var þetta hættulegt og erfitt starf vegna hitans og lofts sem blandað var miklu magni af brennisteinsgasi, en ég spyr: hvað gera menn ekki fyrir vísindin? 

Með Guðmundi starfaði Gunnlaugur Elísson efnafræðingur. Árið 1968 birtu þeir félagarnir grein í vísindaritinu Geochemica and Cosmochemica Acta um gasið í Surtsey.  Þetta var lengi ein merkasta vísindagreinin um eldfjallagas og Surtseyjargasið varð heimsfrægt --- meðal vísindamanna. 

Gasið í kvikunni í Surtsey hefur eftirfarandi efnasamsetningu:  80–90% H2O, 1–10% CO2, 2–4% SO2, 1.5–3% H2 0.1–0.7% CO, 0.1–0.9% H2S and 0.01–0.25% S2.   Sem sagt: vatnsgufa er láng hæst.  Ef til vill er hluti af henni þó kominn úr hafinu umhverfis, inn í möbergið sem myndar eynna, og sogast inn í kvikuna í gígnum.  Koltvíoxíð virtist minnka þegar dró á gosið,  eftir 1964 til 1967.   En þessi efnagreining er ágæt til að sýna okkur hlutföllin milli hinna ýmsu gastegunda í kvikunni. Hins vegar segir þetta okkur ekki neitt um MAGN af þessum gastegundum í kvikunni eða heildarmagn gassins.  Er gasið 1 eða 10% af þunga kvikunnar?   Upplýsingar um slíkt hafa komið úr öðrum áttum frá öðrum eldfjöllum.   Ein aðferð, sem ég hef sjálfur beitt mikið, er að efnagreina gastegundirnar í örsmáum glerdropum sem  berast upp á yfirborðið innan í steindum eða kristöllum af ólivín, pyroxen eða feldspati í kvikunni. Hér fyrir neðan er ein mynd af slíku, tekin í gegnum smásjá,  en þetta er grænleit pyroxen steind eða kristall frá gosinu í Tambora í Indónesíu árið 1815. Þarna má sjá fallega brúnleita glerdropa inni í kristallinum.  Glerdroparnir voru áður kvikudropar, sem lokuðust inni í steindinni þegar steindin kristallaðist í kringum kvikudropann  í kvikuþrónni fyrir gosið.  Um leið og steindin kastaðist upp á yfirborð jarðar í gosinu “fraus” heitur kvikudropinn í gler við snögga kólnun.  En glerdropinn varðveitir mjög vel gas innihald eins og það var í kvikunni á miklu dýpi.  Síðan greinum við efnasamsetningu gler dropans með tæki sem nefnist örgreinir.   Þannig höfum við greint til dæmis brennisteinsmagn kvikunnar sem barst upp í Skaftáreldum árið 1783 og mörg önnur gos frá eldfjöllum víðsvegar um heim.   Slíkar greiningar sýna að úthafsbasalt (sem kemur upp við eldgos á úthafshryggjum eins og Mið-Atlantshafshrygg) inniheldur um 0.1–0.2  % H2O, um 0.01 til 0.1 CO2 (allar tölur eru prósent af þunga),  og um 0.01 til 0.03 % SO2.  Einnig er vottur af H2, HF og HC tegundum.   Basalt sem gýs í eldfjöllum fyrir ofan sigbeltin á jörðu hefur allt annað gasinnihald. Þar er vatn til dæmis miklu hærra (H2O allt að 6 til 8 %).  Enda eru gos í sigbeltunum miklu meiri sprengigos af þeim sökum.    En kvikan á Fimmvörðuhálsi er alkalí ólivín basalt, og þvi hvorki lík úthafsbasalti né basalti sem gýs í sigbeltum.  Hins vegar er hún svipuð og kvikan sem kemur upp í sumum eldfjöllum á Havaíí eyjum, og á eldfjallinu Loihi á hafsbotni rétt hjá Havaíí.  Þar inniheldur kvikan 0.38 –til 1.01 %  H2O og  0.001 til 0.63% CO2. Einnig er kvikan í eldfjallinu Kilauea á Havaíí með um 0.65 % CO2.   Ég álít að nýja kvikan á Fimmvörðuhálsi hafi því svipaða efnasamsetningu gastegunda og sú á Havaíí:  Vatn um 1% af kvikunni, koltvíoxíð um 0.1%, og brennisteinsoxíð SO2 um 0.1% af þunga. 

Við skulum þá líta á hvað mikið af gasi berst frá gosinu á Fimmvörðuhálsi út í andrúmsloftið, samkvæmt þessum ágizkunum um efnasamsetninguna.  Hraunið í dag þekur um einn ferkílómeter lands. Ég áætla að meðal þykkt þess sé um 20 metrar. Þá er heildarmagn kvikunnar sem hefur borist upp á yfirborð um 0.02 km3 eða tuttugu miljón rúmmetrar. Eðlisþyngd kvikunnar er senilega nálægt 2700 kg á hvern rúmmeter (getur verið allt að 2900 kg), og er þá heildarmassinn um 54 miljarðar kílógramma. Koltvíoxíð CO2 í kvikunni í mesta lagi 1000 ppm eða 0,1 % af þunga kvikunnar. Þá er losun gossins til þessa orðin um 54 miljón kg af CO2.   Eins og ég fjallaði hér um í pistli mínum um efnið “Hvað Kemur Mikið Koltvíoxíð upp í Eldgosum?”  þá er heildarlosun allra íslendinga, bíla og álvera þeirra um 5200  miljón kg á ári. 

Gosið er því á þessu stigi búið að “menga” jafn mikið af koltvíoxíði og eitt prósent af árslosun alls iðnaðar og mannlífs á  Íslandi.  En þetta er ekki mengun, heldur er náttúran sjálf að verki, og hún má gera allt.   Sennilega er magnið af brennisteini sem berst út í gufuholf frá gosinu svipað, eða um 50 miljón kg. Það kemur út sem SO2 gas, en myndar fljótlega örsmáar agnir  eða “ryk”  af H2SO4 brennisteinssýru sem svífa í loftinu. Að lokum falla agnirnar til jarðar sem “súrt regn”.  Hætt er við að bílar ryðgi nú fyrr á Suðurlandi  en á öðrum landshlutum, og ef til vill hefur súra regnið áhrif á gróður á meðan á gosinu stendur.

Athugasemdir

[Ólafur Eiríksson, 4.4.2010 kl. 14:35]

Takk fyrir fróðlega grein Haraldur. Smá athugasemd við útreikninga; Mér sýnist þetta vera 54e9 kg eða 54 milljón tonn.

kv.

[Ólafur Eiríksson, 4.4.2010 kl. 14:36]

Þ.e.a.s heildarmassi kvikunnar.

[Ólafur Eiríksson, 4.4.2010 kl. 14:50]

Og fyrst að ég er kominn með reiknivélina á loft: þá fæ ég út að losun Co2 m.v 0,1% af heildarmassa sé 5400 tonn sem er þá sambærilegt að stærðargráðu við árslosun manna á Íslandi.

[Haraldur Sigurðsson, 4.4.2010 kl. 15:49]

Ólafur: Alveg rétt. Ég ruglaði saman tonnum og kg!  Þá er útlosun frá gosinu til þessa um eitt prósent af útlosun af manna völdum á einu ári. Takk fyrir ábendinguna.

Haraldur

[Einar Sveinbjörnsson, 5.4.2010 kl. 00:16]

Takk Haraldur !

Það er mikill fengur af þessum vangaveltum og út frá þeim ætti að vera hægt að geta sér til um losun gastegunda út í lofthjúpinn ef rúmtak kvikunnar er sæmilega þekkt.

ESv

[Ólafur Eiríksson, 9.4.2010 kl. 07:04]

Það er auðvelt að villast á þessu Haraldur, sá sem engar villur gerir í útreikningum hefur vísast til lítið reiknað um dagana.

Við erum sammála um að heildarþungi kvikunnar þegar þetta er reiknað sé 54 milljarðar Kg eða 54 milljón tonn. 1000 ppm eða 0.1 % af því er 5400 tonn. Sem er aftur sama tala og áætluð losun manna á íslandi af CO2 s.k.v fyrri pistli þínum en ekki 1%.

Losun gossins er því jöfn öllum CO2 útblæstri okkar tvífætlinga. Eða það sé ég ekki betur.

Kv.

[Guðný Þóra (IP-tala skráð) 9.4.2010 kl. 18:38]

Skemmtilegir pistlar og skemmtilegar myndir :)

Bestu kveðjur frá Berlín

[Haraldur Axel Jóhannesson, 10.4.2010 kl. 20:23]

Skemmtilegt blog Haraldur en segðu mér fyrir utan þær gastegundir sem koma upp með kvikunni þá myndast fleiri þegar 1200 gráða heit kvikan mætir andrúmsloftinu er það ekki rétt? væri fróðlegt að sjá áætlun um hvaða gastegundir er um að ræða og hversu mikið magn

[Edda Guðbjörg Aradóttir (IP-tala skráð) 16.4.2010 kl. 10:42]

Sæll Haraldur og þakka þér fyrir mjög áhugaverða pistla.

Ég er geislafræðingur og hef verið að velta fyrir mér magni geislavirkra efna í gasi og kviku sem upp kemur við eldgos. Veist þú hversu mikil geislun getur verið af gosum eins og verið hafa á Fimmvörðuhálsi og í Eyjafjallajökli og af hvaða efnum hún stafar fyrst og fremst?

Kv. Edda Aradóttir