Efnasamseting kvikunnar úr Bárðarbungu

 

 

Jarðvísindamenn fá miklar upplýsingar um uppruna kvikunnar og innri gerð eldfjalla með því að efnagreina sýni úr hraunum og öðru gosefni, alveg á sama hátt og læknirinn safnar ýmsum vökvum (blóði, þvagi osfrv.)  frá sjúklingnum og efnagreinir til að dæma um innra ástand hans.  Nú hefur Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands  birt efnagreiningar á fimm sýnishornum af hrauni úr hinu nýja Holuhrauni.  Það er sýnt í töflunni hér fyrir ofan.  Það eru tvö efni, sem segja mikilvæga sögu.  Annað er kísill (SiO2), sem er um 50 til 50,8% af kvikunni.  Hitt er magnesíum oxíð (MgO), sem er um 6,8 til 7,1%.   Þetta er efnasamsetning basalt kviku, sem hefur setið í grunnu kvikuhólfi inni í jarðskorpunni nokkuð lengi og þróast þar.  Þetta er ekki efnasamsetning frumstæðrar kviku, sem kemur  beint úr möttli jarðar, af miklu dýpi.  Þar með er kenning sumra vísindamanna dauð, að gangurinn sé kominn beint úr möttli.  Jarðskorpan er ca. 30 til 40 km þykk undir þessu svæði og þar undir er möttullinn, sem er 2900 km þykkur.   Frumkvikan myndast í möttlinum og berst upp í jarðskorpuna, þar sem hún þróast.  Hver er efnasamsetning kviku í möttlinum?  Önnur mynd er tekin frá Kresten Breddam og sýnir  dæmi um efnasamsetningu kviku sem kemur beint frá möttlinum.  Þetta dæmi er basalt, sem gaus til að mynda stapann Kistufell, sem er rétt norðan við Bárðarbungu.  Basaltið í Kistufelli er óvenju ríkt af magnesíum, og er MgO í gleri (kvikunni) á bilinu  10 til 12%.   Eins og Breddam sýnir framá er þetta efnasamsetning kviku (blái kassinn á myndinni fyrir neðan), sem er í kemísku jafnvægi við möttulinn og hefur því komið upp beint úr möttlinum.   Þetta er gjörólíkt kvikunni, sem nú gýs (rauði hringurinn á myndinni) og er hún greinilega ekki komin beint úr möttli.   Hins vegar getur frumstæð kvika, eins og sú sem myndaði Kistufell, borist upp úr möttlinum, safnast fyrir í kvikuhólfi og breytst með tímanum í þróaða kviku, eins og þá, sem nú gýs.  Þetta er sýnt með rauðri brotalínu á myndinni.  Þessar upplýsingar um efnasamsetningu styðja því eftirfarandi einfalda mynd um virkni Bárðarbungu:  (1)  Frumstæð kvika (MgO um 10 til 12%) streymir upp úr möttlinum og fyllir kvikuhólf grunnt í jarðskorpunni undir öskju Bárðarbungu.  Slíkur straumur er sennilega alltaf í gangi og gerist ef til vill án nokkurra merkja á yfirborði. (2)  Frumstæða kvikan breytir efnasamsetningu vegna diffrunar, þegar vissir kristallar skiljast frá kvikunni. Við það verður kvikan þróuð og MgO lækkar í ca. 6 til 7%.   Ef til vill er kvikuþróin þá lagskift, með lag af þróaðri kviku ofaná hinni frumstæðu, sem kemur upp úr möttlinum.  (3)  Kvikuþrýstingur í grunnri kvikuþró fer vaxandi og þróuð kvika brýst út úr þrónni, inn í sprungukerfi, fyrst til austurs og síðan til norðurs og myndar  hin margumtalaða kvikugang.  (4)  Sprungugos hefst þar sem gangurinn sker yfirborð jarðar norðan jökulsins.  (5)    Streymi kviku úr kvikuþrónni út í ganginn og upp á yfirborð veldur því að þrýstingur fellur inni í kvikuþrónni og  þak hennar, eða botn öskjunnar byrjar að síga.  Nú nemur sig um 15 metrum.   Í dag hefur hraunbreiðan náð 19 ferkílómetrum að flatarmáli.  Sennilega var því kvikuhólfið fullt þegar skjálftavirkni hófst.  Gosið hófst með fullan tank.  Það getur hæglega innihaldið tugi ef ekki hundrað rúmkílómetra af kviku, en sennilega kemur aldrei nema lítið brot af þessari kviku upp á yfirborðið.

Athugasemdir

[Þorkell Guðbrandsson (IP-tala skráð) 8.9.2014 kl. 14:55]

Já, takk fyrir það. Sjálfsagt hefur þjálfað fólk verið búið að fara nærri um þetta eftir útliti hraunstraumanna. En úr því þetta er komið úr kvikuhólfi Bárðarbungu sjálfrar, þá er trúlega um leið ljóst að þetta gos muni ekki mynda dyngju á borð við Trölladyngju, eða hvað?

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 15:06]

Dyngja myndast, ef gosið kemur upp aðallega um eina staðbundna gosrás.  Svo getur farið að gossprungan dragist saman og öll virknin verði í einum aðalgíg uim miðju sprungunnar.  Þá gæti myndast dyngja.  En flestar dyngjur á Íslandi hafa myndast skömmu eftir að ísöld lauk og eru ekki tengdar megineldstöðvum, eins og Bárðarbungu. 

[Þorkell Guðbrandsson (IP-tala skráð) 8.9.2014 kl. 15:27]

Takk fyrir svarið. Já, hafði lesið um það sem vitað er um myndun dyngna. En er ekki ljóst að kvikan, sem myndaði þær, var mun basískari en þessi? Þarf kvika ekki að vera mjög þunnfljótandi til að dyngja myndist? Og meðal annarra orða: er ekki Vaðalda frá síðasta eða næstsíðasta hlýskeiði ísaldar? Kistufell og Herðubreið hefðu væntanlega orðið dyngjur hefðu þær orðið til á íslausu?

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 15:39]

Það er rétt hjá þér.  Yfirleitt eru dyngjur úr mjög basískri og þunnfljótandi kviku og sennilega myndaðar í einu gosi.  Sumir vildu halda því fram að Surtsey væri dyngja, en þeg er ekki sammála því. Rétt með Herðubreið og Kistufell.

[Þorkell Guðbrandsson (IP-tala skráð) 8.9.2014 kl. 15:42]

Þakka skjót og greinargóð svör - og þolinmæðina við að svara spurningum fávísra leikmanna.

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 15:45]

Spurningar þínar sýna að þú ert vel lesinn um þessi mál.

[Óskar, 8.9.2014 kl. 16:40]

Sæll Haraldur og takk fyrir fróðleikinn.

Ég hef spurningar varðandi efnasamsetninguna og tengslin þá við fortíðina, það ætti að vera hægt að lesa i mögulega þróun út frá efnasamsetningunni.

Hvernig er efnasamsetningin í eldri hraunum í Bárðarbungukerfinu, tildæmis: Tröllahrauni, gamla Holuhrauni?  Er efnasamsetningin í stóru sprungugosunum Vatnaöldum,  Veiðivötnum og Þjórsárhrauni einnig svipuð hvað varðar kísilmagn?   Ef svo er má þá ekki ætla að þau gos hafi verið með svipaðan undanfara og etv. einhveru öskjusigi líka?

Annað:  Eru einhver staðfest dæmi úr fortíðinni um stór og etv. súr srengigos í öskjunni sjálfri eins og talað hefur verið um að gæti gerst?

Annað:  Nú hljóp þessi kvikugangur til austurs og norðurs en mörg dæmi er um kvikuhlaup frá Bárðarbungu til suðvesturs og gosin virðast stærri þar.  Er hætta á því í þessari umbrotahrinu að kvika leiti i þá átt einnig?

Bestu kveðjur

Óskar Haraldsson

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 17:01]

Mér hefur ekki gefist tími til að gera samanburð á hraununum sem þú nefnir. Vonandi fljótlega....   En varðandi stefnu ganganna frá Bárðarbungu, þá eru þeir sennilega oftast til suðvesturs.  Holuhraun árið 1797 fór að vísu til norðurs, en flest fyrri sprungugos til suðvesturs.

[kristinn geir steindórsson briem (IP-tala skráð) 8.9.2014 kl. 17:19]

ef flekaheirfíngar eru staðreind færist þá ekki svona eldstöðvar með með flekanum.þo hún sé fyrir neðan möttulin að mestu skilst að svipaðar aðstæður séu á hawaíi,

[Emil Hannes Valgeirsson, 8.9.2014 kl. 17:44]

Svo eru spurning hvernig Herðubreiðarskjálftarnir tengjast þessu en þeir eru ansi þéttir þessa stundina. Er Bárðarbungukerfið að vekja upp einhverja kviku sem þar hefur blundað í undirheimum? Mögulegt Dyngjugos kannski?

[Stefán Þ Ingólfsson, 8.9.2014 kl. 17:46]

Með þessu framhaldi held ég að hann Bárður verði að fara í ristilspeglun !

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 18:07]

Kristinn: Bárðarbunga er sennilega mjög nærri flekamótum. Hún færist því ekki með hvorugum flekanum.

[Njörður Helgason, 8.9.2014 kl. 20:44]

Sæll Haraldur. Mikið snýst nú um sigmyndunina í Bárðarbungu: Hversu mikið af goefnunum í Holuhraunsgosinu og bergganginum sem er neðanjarðar skýrir sigið!

Mgk NH.

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 21:57]

Askja Bárðarbungu er að síga.  Botninn á öskjunni er lokið á kvikuþrónni. Hún sígur vegna þess að kvika streymir út úr þrónni út í ganginn og upp á yfirborð í gosinu. Enginn veit hvaða magn af kviku er í þrónni, en sennilega tugir rúmkílómetra.  Það er engin ástæða til að ætla að kvikuþróin tæmist, en gangurinn og hraunið er aðeins brot af magninu sem er fyrir.  Mikil óvissa framundan...

[Guðmundur Jónsson, 8.9.2014 kl. 22:00]

Ef það eru 35 kílómetrar niður í möttul og kvikugangurinn er 2 metrar á breidd og 40 kílómetra langur (40x35x0,002=2,8 km^3) og hann fylltist fyrst af þroskaðari kviku úr Bárðarbungu áður en kvika fór að koma neðar að, ætti þá ekki að vera minnst vika í viðbót þangað til að sú kvika færi að sjást í holuhrauni ?

[Haraldur Sigurðsson, 8.9.2014 kl. 22:04]

Gangurinn er ekki 35 km hár. Hann er sennilega um 10 km hár.  Það er engin ástæða til að ætla að allri kviku úr ganginum gjósi. Gangar storkna um síðir og eru þá oft um 2 m á breidd. Sem sagt: þetta gefur okkur ekki leið til að áætla magn eða tíma.

[Óskar Sturluson (IP-tala skráð) 9.9.2014 kl. 00:29]

Takk fyrir þennan fróðlega og upplýsandi pistil. Nú virðist myndin loksins eitthvað vera farin að skýrast. Þetta er þá ekki megingangur sem kemur af meira dýpi. En hvernig stendur samt á þessum síendurteknu stóru skjálftum? Er það bara sigið sem veldur þeim? Er það kannski einnig fargið (ísinn) sem liggur ofan á öskjulokinu sem er að auka við kraftinn?

[Haraldur Sigurðsson, 9.9.2014 kl. 04:54]

Nei, efnasamsetning kvikunnar sýnir að það er ekki megingangur, sem kemur úr möttli, heldur gangur út úr kvikuþrónni undir Bárðarbungu.  Stóru skjálftarnir, sem enn halda áfram, eru vegna þess að askjan er að síga, þ.e.  þakið á kvikuþrónni sígur niður vegna þess að kvikan streymir út í ganginn.  íshellan hja´lpar til, en öskjulokið er nokkrir km á þykkt og þarf ekki ísinn til.

[Magnús Birgisson (IP-tala skráð) 9.9.2014 kl. 08:02]

En hvernig hermir þetta við Ekström módelið? Skv. myndinni hérna: http://vulkan.blog.is/blog/vulkan/entry/1428340/ þá má gera ráð fyrir að gangurinn komi úr grunnu kvikuþrónni ofaná tappanum og stemmir það ekki ágætlega við efnagreininguna?

En nú er tappinn að síga og þarmeð virðist þrýstingur vera að minnka fyrir neðan hann (...eða aukast fyrir ofan hann).

Kemur gangurinn kannski úr neðri (gulu þrónni) og er það í samræmi við efnagreininguna? Og fyrst tappinn er að síga hvað segir það okkur um efri þrónna?

sorrý fyrir spurningaflóðið :-)

Kv. Magnús

[kristinn geir steindórsson briem (IP-tala skráð) 9.9.2014 kl. 08:40]

þakka fyrir: þá hefur hún nokkuð svigrúm. eflaust eru þá þessir berggangar sem hraunið fer um sé hluti af flekaskilum

[Óskar Sturluson (IP-tala skráð) 9.9.2014 kl. 09:25]

Takk fyrir þau svör. Þannig að þeir stóru eru í beinu sambandi við sigið? Og dýpt þeirra (5-7 km) bendir jú til þess að öskjulokið sé í þykkara lagi, þannig að ísinn skiptir sennilega litlu máli. Hvaða lærdóm má drag af þessu varðandi líkan Nettles og Ekströms? Þessir skjálftar verða þá ekki raktir til neðra loksins, þ.e.a.s. þess sem er á milli efra og neðra kvikuhólfsins? Það er kannski of snemmt að segja til um það og kannski efni í annan pistil hjá þér :)

[Kristrún Árný Sigurðardóttir (IP-tala skráð) 9.9.2014 kl. 23:53]

Haraldur, telur þú verulega vá fyrir dyrum í sambandi við Bárðarbungu'''

[Egill Másson (IP-tala skráð) 10.9.2014 kl. 11:44]

Takk fyrir mjög fróðlegar greinar Haraldur.  Nú kemur endurtekið fram í fréttum að öskjusigið í Bárðarbungu sé óvænt - en er þess ekki einmitt að vænta í ljósi þess að gosefnið kemur úr kvikuþrónni?  Er öskjusigið ekki fremur góðar fréttir en slæmar?  Þó ekki sé hægt að spá nákvæmlega um framhaldið?

[Bjarni Daníel Daníelsson, 12.9.2014 kl. 11:13]

hefur verið kannað hvort tengsl séu á milli stóru skjálftanna og gosvirkninnar í Holuhrauni?

[Andrew Judd (IP-tala skráð) 14.9.2014 kl. 13:18]

I am sorry i do not speak any icelandic.   I have noticed that many people on blogs are saying the lava is coming from deep within the earth, can anybody here clarify for me the degree of certainty that the chemical analysis gives?  Is there any confusion whatsoever on this subject?   Was the analysis in anyway ambiguous? 

Many thanks  Andrew  [e-mail]

[Haraldur Sigurðsson, 14.9.2014 kl. 13:37]

The lava is magma that is coming from a reservoir in Bárdarbunga volcano, at depth of ca. 3 km below the surface. THe basalt magma has resided in this reservoir for some time. Utlimately, the source of the magma is the mantle below Iceland, however.  But the chemistry shows that this magma is not primary, i.e. not directly derived from the mantle.  It is evolved basalt, which means that it has sat within the crust for some time and changed its composition.

[Andrew Judd (IP-tala skráð) 14.9.2014 kl. 14:28]

Haraldur, Thanks for the quick response.

The problem i am having is that people are saying that chemical analysis is showing that both primary and secondary magma is creating the visible eruption.   I have had some quite painful experiences while pointing out that you are saying it is not primary magma, so i was wanting to be certain there is no doubt from that analysis that the bulk of the magma is coming from a near surface storage location

[Haraldur Sigurðsson, 14.9.2014 kl. 14:37]

Yes, the magma is  evolved, relatively low in MgO or magnesium oxide and rather high in silica.  It is definitley not magma that is in equilibrium with the Earth´s mantle.  It is ultimately derived from the mantle, but has most recently resided within a magma reservoir high int he Earth´s crust.