Strombolí og Hvellirnir í Eyjafjallajökli

Í Miðjarðarhafi, vestan Ítalíu og norðan við Sikiley, er eldeyjan Strombolí, sem hefur stöðugt gosið  í 2500 ár.  Málverkið til hliðar er af Strombólí, en það má sjá á Eldfjallasafni í Stykkishólmi.  Ég hef áður bloggað um þessa merku eyju hér.  Ef til vill er að finna á Strombólí skýringu á hljóðum sem fólk undir Eyjafjöllum er að heyra þessa dagana.  Margir hafa tekið eftir mjög djúpum hljóðum frá eldgosinu á Eyjafjallajökli, eins og Halldór Björnsson bloggaði um hér í gær.  Hljóðin eru greinilega tengd sprengingum í toppgígnum, en þau eru mjög djúp  og  heyrast varla.  Sennilega er mikið af orkunni í þessum sprengingum fyrir neðan 20 Hz, sem eru  neðri mörk heyrnar okkar.  Fyrir tveim dögum var ég í þyrlu rétt fyrir ofan gíginn þegar sprenging varð, og við sáum hljóðbylgjuna í gjóskunni og fundum höggið þegar bylgjan skall á þyrlunni.  Ég tel að þessi hljóð orsakist af því að mjög stórar bólur eða blöðrur af gasi springa rétt undir gígnum.  Í dýpinu, þar sem þrýstingur er hár, er gas í upplausn í kvikunni,  en þegar kvikan rís upp í gosrásina kemur gasið úr upplausn og myndar bólur sem stækka ört og renna saman.  Þannig geta myndast bólur af gasi sem eru margir metrar á lengd, jafnel tugir metra. Þrýstingur inni í bólunni er mjög hár, en þegar bólan rís í kvikunni og upp gosrásina, þá kemur að þvi að innri þrýstingurinn er jafn mikill eða meiri en þyngdin af kviku ofan á bólunni. Þá springur bólan og  við það kastast upp slettur af kvikunni sem lá ofan á bólunni.  Sletturnar hlaða upp gíg umhverfis gosrásina. Seigjan í kvikunni skiftir miklu máli varðandi hreyfingu og hegðun bólunnar.  Þegar kvikan er seig, eins og  andesít kvikan sem nú gýs, þá rís bólan treglega, og þá safnast fyrir  meiri þrýstingur áður en bólan nær að springa.  Myndin til hliðar sýnir seigju í kviku, og þar má sjá að seigjan í andesít kviku er um miljón poise einingar.  Hún er sennilega um hundrað sinnum seigari en basalt kvikan sem kom upp á Fimmvörðuhálsi.

Sylvie Vergniolle, sem starfar við Institut de Physique du Globe de Paris, hefur lagt stund á rannsóknir  á strobólískum gosum og má til dæmis finna grein eftir hana í Encyclopedia of Volcanoes.   Einnig er frekari fróðleikur um þetta efni hér.  Mér virðist að nú komi upp hlutfallslega meira gas en kvika í gosinu.  Ef til vill streymir gasið nú upp úr kvikuþró sem er tiltölulega grunnt undir gígnum.  Þessi kvikuþró inniheldur andesít kvikuna sem gýs, en neðar í þrónni kann að vera basalt kvika, sú sama og gaus á Fimmvörðuhálsi.  Sumt af gasinu kann að vera úr basaltkvikunni undir.  Einnig er hugsanlegt að þessar kvikur séu að blandast í þrónni.

Athugasemdir

[Karlotta Sigríður (IP-tala skráð) 23.4.2010 kl. 10:26]

Takk fyrir einstaklega fræðandi og vel skrifaða pistla.

Kv.K

[Njörður Helgason, 23.4.2010 kl. 11:24]

Ævinlega gaman að lesa þitt efni Haraldur. Getur þessi lága tíðni hvellanna í jöklinum þýtt að sprengingarnar heyrist betur lengra frá eldstöðinni. Fólk í Víkinni og austur í Skaftártungu hefur verið að tala um háar sprengingar sem heyrst hafa frá Eyjafjallajökli.

[Haraldur Sigurðsson, 23.4.2010 kl. 15:19]

Njörður:  Oft hefur verið tekið eftir því að háaði frá eldgosum heyrist betur í vissri fjarlægð.  Oft heyrist lítið eða ekkert rétt hjá eldstöðinni, en það getur stafað a því að aksan í andrúmsloftinu virkar eins og hljóðdeyfir.  Askan í loftinu dempar mjög mikið hljóðið.  Þannig getur heyrst betur í sprengingunum eða þegar stórar bólur springa á Vík en undir Eyjafjöllum.

[einar (IP-tala skráð) 23.4.2010 kl. 18:23]

þakka pistla, mjög fræðandi.

er ekki lag að taka þessa tíðni Eyjafjallajökuls upp og "spila" svo þannig að mannseyrað heyrði. ég er viss um að það sé fullt að tæknifríkum hér á skerinu sem að myndu vera tilbúnir að aðstoða eldfjallafræðinginn, einn, tveir og þrír.

kveðja,

einar 

[Haraldur Sigurðsson, 23.4.2010 kl. 18:48]

Einmitt! Við erum að vinna í því að spila bæði jarðskjálfta og óróa til baka á meiri hraða, svo við getum heyrt í eldfjallinu.

[Kristján Benediktsson (IP-tala skráð) 23.4.2010 kl. 20:21]

Merkilegar myndir, sem Ómar Ragnarsson tók af höggbylgjum í gosinu fengu mig til að gúgla þær og velta þeim aðeins fyrir mér, líka af því ég hef ekki séð hljóðbylgjur áður. Þetta snertir aðeins það sem hér er um rætt, hljóðið frá gosinu. Sýnileiki högghljóðbylgna stafar af breytileika í brotstuðli loftsins eftir þéttleika, svo bylgjan verður sýnileg í bakgrunni höggbylgnanna. Brot ljóss eða stefnubreyting þess í mismunandi efnum er bein afleiðing af breytingu á hraða ljóssins í þessum efnum. Brotstuðull efnis sem reiknaður er sem fall af innfalls og útfallshorni geislans, er sama og hraðahlutfall ljóssins í þessum efnum (http://en.wikipedia.org/wiki/Refractive_index).
Þéttleiki lofts er eitt af því sem hefur smávegis áhrif á hraða ljóss sem í gegnum það fer, og þar af leiðandi verða höggbylgjurnar sýnilegar.Sýnileiki högghljóðbylgna hefur verið þekktur við ýmsar kringumstæður, svo sem þegar flugvélar rjúfa hljóðmúrinn: http://www.flickr.com/photos/clarkmoody/1022969621/sizes/o/
http://www.youtube.com/watch?v=7Dr2ZB36p9Y&feature=player_embedded#!BBC gerði einnig tilraun með að gera þessar bylgjur sýnilegar með sprengingu, sem sjá má hér:http://www.youtube.com/watch?v=Aq5TSs-yX0gLengri kafli BBC myndarinnar hér:
http://www.youtube.com/watch?v=IlS6535HBNk Högghljóðbylgjur frá eldgosum eru þekktar frá því fyrir a.m.k. 100 árum, þegar eldfjallafræðingurinn Frank Alvord Perret sá þær í gosi Vesúvíusar 1906 og skrifaði um þær í grein í “The American Journal of Science” árið 1912.www.vesuvius.tomgidwitz.com/html/8__the_eruption_-_phase_i.htmlhttp://www.vesuvius.tomgidwitz.com/assets/images/Flashing-arcs.jpg Ég skrifaði eftirfarandi athugasemd um mynd Perrets á spjallvef: “thanks for the reference to Frank Alvord Perret regarding the explosion shockwaves, however the circles in Perret's photo strike me as not part of the original photo, since they are not concentric, and their centers are high up in the air, not down in the crater, like in the videos...” of fékk þetta svar:“in his original publication on the "flashing arcs", Perret admitted that in the photo he had manually drawn the arcs, because he had been unable to capture the phenomenon in photography. He also noted that maybe he had centered the circles too high above the crater.The original article is "Flashing arcs; a volcanic phenomenon", which was published in the American Journal of Science, Series 4 Vol. 34, October 1912, pp. 329-333; the on-line link with pdf for purchase at US$ 8 is here: www.ajsonline.org/cgi/content/abstract/s4-34/202/329”Þarna fékkst sem sagt staðfest, að Perret hafði aðeins teiknað þessa hringi til skýringar, en ekki sem skjalfestingu.  Högghljóðbylgjur frá eldgosum hafa verið kvikmyndaðar á síðari árum, og er gott safn slíkra mynda hér:www.tboeckel.de/video/1_FLASH_VIDEO/vid_japan_2010/japan_10_vert_e.htm og ein góð hér; sem þarf m4v spilara:
mrietze.com/images/japan09/8529%20saku%20druck%20grau.m4v  Það sem er athyglisvert við þessar myndir og myndir Ómars Ragnarssonar, að myndin af þessum bylgjum er í raun einskonar sveiflusjármynd af sprengihögginu, sem sagt skjalfesting á því hvernig þrýstingshöggið nákvæmlega lítur sem fall af tíma.  

Það er þekkt, að eitt högg, eitt óendanlega stutt högg (Dirac delta-púls) inniheldur allar tíðnir jafnt. Hvað heyrist í hinn endann fer síðan algerlega eftir leiðinni á milli. T.d. ef við sláum eitt stutt högg í trommu, heyrum við varla höggið sjálft, en afleiðingarnar af því geta verið skrautlegar, sbr. það er mikil list hvar slá á á stórtrommu í symfóníuhljómsveit, til að það hljómi "rétt."

 Nú er reyndar upphafshöggið aldrei hreinn Dirac-púls, heldur hefur hann breidd, hæð og afl, og einnig getur upphafshöggið verið sveiflukennt, eins og myndir Ómars sýna svo vel. Það breytir hinsvegar ekki því, að tíðnibandbreidd stutts höggs er mikil þótt sveiflukennt sé, en styrkurinn er ekki jafnmikill á öllum tíðnum.  Nátengt þessu er í bylgjufræðum vel þekkta fyrirbærið “dispersion” og lýtur hliðstæðum lögmálum hvort sem bylgjan er hljóð, ljós eða radíóbylgja:http://en.wikipedia.org/wiki/Acoustic_dispersionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Dispersion_relation Það sem kemur út um hinn endann er miklu skrautlegra en þetta fábrotna högg sem kemur inn, t.d. er regnboginn miklu skrautlegri heldur en hvíta ljósið sem kemur inn í prismað, og drunurnar á Vík í Mýrdal í 40km fjarlægð miklu hljómmeiri en höggið sem skellur á flugvélinni í nokkur hundruð metra fjarlægð frá sprengingunni. Í útvarpsviðtæki hljóma eldingar til samanburðar langdregnar og ógnvekjandi þegar eldingarnar eru langt í burtu, en þegar eldingarnar eru í næsta nágrenni hljóma þær eins og lítill ómerkilegur smellur. Ætli það sé ekki eitthvað svipað með höggið frá gossprenginunni, þó svo ekki sé lítið gerandi úr hljóðdeyfingu öskuagnanna. Síðan má skoða þetta allt betur, t.d. í fljótu bragði inniheldur hvert högg sem Ómar Ragnarsson tók mynd af í Eyjafjallajökli fleiri upphafssveiflur heldur en á erlendu myndunum. Þetta mætti kortleggja og magnsetja og skoða tíðniinnihaldið nánar og fá einhverjar hugmyndir um mismun sprenginganna út frá því hvernig upphafshöggið lítur út í ólíkum eldgosum. 

[Kristján Benediktsson (IP-tala skráð) 23.4.2010 kl. 23:41]

Það sem ég vildi sagt hafa um muninn á hljóðinu nálægt sprengingunni eða í fjarska má segja í fáum orðum:

Stutt upphafshögghljóð inniheldur breitt tíðnisvið. Hver þessara tíðna leggur af stað á sama tíma. Vegna mismunandi hraða koma þær á ólíkum tíma á leiðarenda. Því lengri leið sem bylgjurnar fara, dreifist úr högginu

Þetta er vel þekkt í öllum tegundum bylgna:

hljóðbylgjum, ljósi, radíóbylgjum, jarðskjálftabylgjum o.fl.

Högghljóð frá eldgosasprenginu eða eldingum er líklegt til að hegða sér eins, þ.e. að stutt upphafshögg verður æ langdregnara eftir því sem það berst lengra frá upptökum sínum og breytist í drunur.

[Friðleifur Kristjánsson (IP-tala skráð) 24.4.2010 kl. 01:39]

Þakka þér kærlega fyrir einstaklega fræðandi og skemmtilega pistla. Þú skrifar á mannamáli um efnið svo allir eiga auðvelt með að skilja það. Takk aftur.