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.

Af Hverju Stoppar Kvikan Undir Eyjafjallajökli?

Tíðni smáskjálfta hefur aukist töluvert undanfarna daga undir Eyjafjallajökli, eins og Páll Einarsson hefur rætt um nýlega, og má vera að þar stefni í óróa ástand eins og ríkti árin 1994, 1996, 1999-2000 og 2009. Þá er talið að kvikuinnskot hafi orðið undir eldfjallinu. Það kann að virðast merkilegt að hér hefur verið mikið magn af kviku á ferðinni í jarðskorpunni en ekki orðið nein gos á yfirborði. Eyjafjallajökull hefur jú gosið árin 1612 og 1821–1823, en við verðum að venja okkur af þeirri hugsun að eldgos fylgi alltaf óróa undir eldfjalli. Nú er jarðeðlisfræðileg vöktun eldfjalla orðin það góð að flest tilfelli af óróa í eldstöðvum Íslands eru skynjuð, og þurfa ekki endilega að hafa eldgos í för með sér. Ransóknir á úthafshryggjum og eldfjallasvæðum víða um heim benda einnig til þess að um 70% af kviku sem er á ferðinni storknar inni í jarðskorpunni, og aðeins 30% gýs uppá yfirborðið. Rannsóknum á jarðeðlisfræði Eyjafjallajökuls hefur fleygt fram undanfarið. Freysteinn Sigmundsson og félagar hafa fylgst náið með því hvernig fjallið bólgnar upp við kvikuinnskotin, og beita til þess gervitungli sem hefur InSAR radar innanborðs. En jarðskjálftamælingar hafa nú gegnumlýst fjallið og jarðskorpuna undir því. Ég vil benda sérstaklega á skýrslu sem þær Sigurlaug Hjaltadóttir og Kristín S. Vogfjörð hjá Veðurstofu Íslands (2009) hafa lokið við. Myndin sem fylgir hér með til vinstri er úr grein þeirra. Efri partur myndarinnar er kort sem sýnir dreifingu jarðskjálfta undir Eyjafjallajökli undanfarin 14 ár. Neðri myndin er þversnið af jarðskorpunni undir Eyjafjallajökli, sem sýnir dreifingu skjálftanna alla leið niður úr skorpunni og niður að mörkum möttulsins á um 22 kílómetra dýpi. Þeir raða sér í línu undir eldfjallinu, sem er í laginu eins og pípa eða rör sem kvikan leitar upp eftir, í átt að yfirborðinu. En takið eftir að það eru þrjú svæði þar sem fjöldi skjálfta er áberandi mikill. Neðst er svæðið á um 24 til 22 kílómetra dýpi, og þetta munu vera mörk íslensku jarðskorpunnar og möttuls jarðar. Þá er svæðið á um 8 til 10 kílómetra dýpi, þar sem skjálftar eru tíðastir. Hefur kvikuþró myndast hér? Eru mikilvæg skil í gerð jarðskorpunnar hér? Markar þetta dýpi skilin milli bergs sem er ummyndað (vegna innihalds vatns) fyrir ofan og þéttari skorpu fyrir neðan? Þriðja skjálftasvæðið er á um 4 til 6 kílómetra dýpi, en það er einmitt dýpið undir Eyjafjallajökli þar sem Freysteinn Sigmundsson og félagar hafa talið að kvikuinnskot gerist, samkvæmt InSAR radar mælingum. Þyngadarlögmálið var eina gátan sem Albert Einstein var ekki alveg búinn að skýra þegar hann féll frá árið 1955, en þyngdarlögmálið stjórnar kvikuhreyfingum. Kvika leitar upp úr möttli jarðar og inní jarðskorpuna vegna þess að kvikan er eðlisléttari en möttullinn. Ég fjallaði um myndun kvikunnar í möttlinum í bloggi mínu hinn 24. september 2009. Kvikan heldur áfram að rísa í skorpunni á meðan eðlisþyngd hennar er minni en grannbergið, þ.e. bergið umhverfis rásina sem kvikan fer eftir. Ef kvikurásin liggur um léttara berg, eins og til dæmis móberg, eða jafnvel mjög ummyndað berg, þá stoppar ris kvikunnar en hún getur beygt til hliðar sem innskot. Massaþyngd eða eðlisþyngd kvikunnar er því mjög mikilvægt atriði, og einnig eðlisþyngd jarðskorpunnar. Línuritið fyrir ofan sýnir hvernig eðlisþyngd kviku er háð efnasamsetningu hennar, og það eru miklar sveiflur hér. En auk þess er eðlisþyngd kvikunnar háð gas innihaldi, sem er önnur saga. Er bergið undir Eyjafjallajökli með tiltölulega lága eðlisþyngd? Eða er kvikan sem rís úr möttlinum hér mjög þung? Við vitum að víða í grennd við Eyjafjallajökul finnst bergtegundin ankaramít, sem er hraun með mikið magn af steindum eða dílum af pýroxen og ólivín. Þetta er ein massaþyngsta kvikutegundin, ásamt pikríti. Ankaramít finnst til dæmis í Hvammsmúla og Hvammsnúpi, og grjótnáman í Kattarhrygg á Seljalandsheiði fyrir Bakkafjöruhöfn er í ankaramít hrauni, með háu eðlisþyndina 2,87 til 2,92 tonn á rúmmeter. Þannig er mjög mikilvægt samspil á milli eðlisþyngdar kvikunnar og eðlisþyngdar grannbergsins umhverfis kvikurásina, sem getur verið mjög breytilegt með dýpt í jarðskorpunni. Ef til vill virkar eðlisþyngd jarðskorpunnar undir Eyjafjallajökli eins og “filter” eða sía, sem stoppar kvikuna á vissu dýpi og dregur úr tíðni eldgosanna. Það er vert að velta því fyrir sér hvort eðlisþyngd efri skorpunnar í íslenskum eldstöðvum sem hafa verið virkar á ísöld sé lægri en venjulega. Það gæti orsakast vegna þess að á þeim tima hefur efri skorpan myndast við gos af móbergi og öðru bergi sem hefur lægri massaþyngd en ella.

Er Himininn að Hrynja? Apophis á Ferðinni

Við þekkjum öll gömlu barnasöguna um Litlu Gulu Hænuna. Í enskumælandi löndum er svipuð barnasaga sem nefnist Chicken Little, og er í stuttu máli þannig: Hneta dettur úr tré og lendir á hausnum á litlu hænunni. Hún fer til kóngsins og segir honum að himininn sé að hrynja. Allt fer í uppnám í konungsríkinu, en ekki rætist spáin. Boðskapurinn er sá, að trúa ekki öllu sem manni er sagt. Nú segja rússar að himininn sé virkilega að hrynja á næstunni. Nýlega var haldinn leynilegur fundur helstu sérfræðinga rússa í geimvísindum í Moskvu, og aðal erindið var að skipulegga aðgerðir til að bægja smástirninu 99942 Apophis frá jörðu til að forðast hættulegan árekstur. Rússarnir telja að Apophis muni fara nærri jörðu eftir tvo áratugi og nú sé rétti tíminn til að byggja geimfar til að senda á móti Apophis og breyta braut þess. Anatoly N. Perminov, forstöðumaður Roscosmos, geimrannsóknastöðvar Rússlands, segir: “Ég held að Apophis gæti rekist á jörðina í kringum 2032. Við erum að tala um mörg mannslíf hérna. Það er betra að eyða nokkrum miljónum dollara til að koma upp varnarkerfi, frekar en að bíða aðgerðarlaus, en þá gætu hundruðir þúsunda farist.” Er málið svona alvarlegt, eða eru rússneskir verkfræðingar bara að haga sér eins og Chicken Little, til að skapa fjármagn í nýtt verkefni? Hér fyrir ofan er mynd af Apophis, tekin með radar á Arecibo rannsóknastöðinni í Puerto Rico í janúar 2005. Smástirnið er litli ljósi bletturinn á miðri mynd hér fyrir ofan, og var þá um 29 miljón kílómetra frá jörðu þegar myndin var tekin.  Apophis fer hratt í gegnum geiminn, eða á 31 km á sekúndu, en smástirnið er um 270 til 300 metrar í þvermál. Litróf Apophis sýnir að hér er chondrít eða grjóthnullungur á ferðinni, en ekki snjóbolti, eins og halastjörnur. Hér til hægri fylgir með mynd af smástirninu Itokawa, sem japanska geimfarið Hayabusa tok í haust. Itokawa er sviðuð og Apophis, um 535 metrar á lengd og 210 á breidd. Apophis er á braut sem sendir smástirnið mjög nærri jörðu árið 2029, en þá verður það í um 29451 km fjarlægð, og svo aftur 13. apríl árið 2036 og 2068. En NASA er ekki sammála rússum. NASA segir að síðan Apophis var uppgötvuð árið 2004 þá hafi hættan á árekstri minnkað, vegna þess að braut þess hefur verið reiknuð út með meiri nákvæmni. Apophis er aðeins um 300 metrar, og upphaflega héldu sérfræðingar að það væri 2.7% líkur á árekstri á jörðu sem yrði árið 2029. En nú segja þeir að smástirnið fari framhjá jörðu í um 29500 kílómetra fjarlægð. Þegar Apophis verður aftur á ferðinni í grennd við jörðu árin 2036 og 2068, þá verður hún enn fjær, segir NASA.  Það er von að rússar séu taugaóstyrkir þegar kemur að smástirnum. Árið 1908 skall Tunguska smástirnið niður í Síberíu og gerði mikinn usla. Til allara hamingju varð áreksturinn í óbyggðum og engan sakaði. Það eru ýmsar hugmyndir um hvernig hægt er að breyta rás smástirna til að forða árekstri við jörðu. Ein sú vinsælasta er hugmyndin um “gravity tractors” eða dráttarbáta, sem eru staðsettir í grennd við smástirnið og nota þyngdaraflið til að breyta braut þess. Í Bandaríkjunum er B612 stofnunin, sem vinnur að rannsóknum um aðferðir til að breyta brautum hættulegra smástirna. Þeir telja að engin hætta stafi frá Apophis eins og er, en eru á móti því að fikta við eða breyta braut smástirnisins. Ef eitthvað mistekst, þá verður hættan meiri og árekstur gæti orðið. Þeir benda á að það eru miljón önnur smástirni þarna úti í geimnum sem hægt er að gera fyrstu tilraunirnar á. Það er enginn vafi að slíkar tilraunir eru eitt af stóru verkum framtíðarinnar.  Þeir sem hafa áhuga á að fylgjast daglega með þeim smástirnum sem eru nærri jörðu, þá er bent á “Asteroid widget” fyrir tölvur, en það má finna hér:http://www.jpl.nasa.gov/asteroidwatch/download.cfm  Það sýnir til dæmis að hinn 21. janúar fer 34 metra stór loftsteinn fram hjá jörðu í um 895 þúsund km fjarlægð.

Afleiðingar Jarðskjálftans á Haítí

Fréttirnar frá Haíti eru hörmulegar en eiga því miður eftir að verða verri. Hefði verið hægt að bjarga lífum með því að spá fyrir um skjálftann? Það er auðvelt að vera Besservisser eða vitur eftir á, en það er vert að minna á að árið 2008 birtu Eric Calais og félagar grein í Geophysical Journal International og tilkynntu á alþjóðafundi í Dóminíska Lýðveldinu að vaxandi spennusvið í jarðskorpunni umhverfis Enriquillo misgengið benti til að hér gæti orðið jarðskjálfti bráðlega sem yrði allt að 7,2 að styrkleika. Rannsóknir þeirra félaga voru að nokkru byggðar á margra ára GPS mælingum umhverfis misgengið. Þessar niðurstöður voru einnig kynntar fyrir forsætisráðherra og öðrum ráðamönnum í Haíti í maí 2008. Vísindamenn hvöttu ríkisstjórnina til að byrja á því að styrkja sjúkrahús, mikilvægar opinberar stofnanir, skóla og að setja upp net af jarðskjálftastöðvum, en ekkert var gert. Auk þess er vert að benda á, að það er enginn skjálftamælir á Haíti. Enriquillo misgengið var virkt árið 1692 og lagði þá algjörlega í rúst Kingston, höfuðborg Jamaíku, og svo aftur árið 1907. Það er sniðgengi, og í grennd við Port-au-Prince, höfuðborg Haíti, er hreyfningin á því um 8 mm á ári hverju. Það er vert að bera Haíti skjálftann saman við Loma Prieta skjálftann í Kaliforníu árið 1989, en þar fórust 63 manns. Skjálftarnir voru báðir á sniðgengi, báðir 7.0 að styrkleika og mjög líkir. Tjón var mikið í Loma Prieta skjálftanum, en miklu minna en í Haíti. Aðal ástæðan á þessum mun er að í Kalíforníu, líkt og á Íslandi er hönnunargildi á byggingum hátt og byggingar ráða nokkuð vel við stóra skjálfta, jafnvel þegar mjög mikil yfirborðshröðun verður. Í Loma Prieta stóðst meirihluti bygginga þessa miklu áraun án sýnilegra skemmda. Í Haíti er byggingarmáti langt frá því að vera viðeigandi og hönnunargildi í lægsta máta. Bandaríska jarðvísindastofnunin hefur rétt í þessu gefið út hristikort af Haítí skjálftanum, sem fylgir hér með. Þar kemur fram að í miðju skjálftans, sýnt rautt á myndinni, í Port-au-Prince og nágrenni, var hristingur gýfurlegur eða allt að og jafnvel yfir 100 sm á sekúndu. Taflan sem fylgir með sýnir mannfjölda á svæðunum sem eru afmörkuð á hristinkortinu. Þar kemur fram að á svæðinu þar sem hristingur var óskaplegur búa hvorki meira né minna en 2,5 miljón manns.

Hvað er Raunverulega að Gerast á Haiti?

Okkur hafa borist hörmulegar fréttir frá Haítí í kjölfar jarðskjálftans mikla sem skók eynna Hispaníólu hinn 12. janúar. Ég dvaldi síðast á Haíti í ágúst 1991, er ég starfaði að rannsóknum varðandi loftsteinsárekstur sem varð fyrir 65 miljón árum. Þá var eymdin mikil á þessari sorglegu eyju og sennilega er hún enn verri í dag. Jarðskjálftar eru tíðir í Haíti en enginn þessu líkt. Skjálftinn var 7.3 á Richter skala, og á aðeins um 10 km dýpi rétt undir höfuðborginni Port-au-Prince. Þúsundir hafa farist, höll forsetans og margar aðalbyggingar höfuðborgarinnar eru nú rústir einar. En hvað ligur á bak við þennan atburð? Málið er reyndar mjög einfalt, ef við fylgjumst með flekahreyfingunum. Til að skilja það þurfum við að líta náið á flekahreyfingar í Karíbahafi.  Eins og myndin fyrir ofan sýnir, þá koma margir flekar saman hér í grennd við Haíti. Fyrst ber að nefna Karíbaflekann, en hann er reyndar einn af minni flekum á jörðu. Því miður er hann fremur illa staðsettur, og Karíbaflekinn hagar sér eins og sleipur sveskjusteinn á milli fingranna, sem er kreistur saman af hreyfingum Norður Ameríkuflekans fyrir norðan og Suður Ameríkuflekans fyrir sunnan. Afleiðingin er sú, að Karíbaflekinn færist til austurs á um 2,5 sm hraða á ári. Fyrir norðan eynna Hispaníóla (Haíti myndar vestur hluta eyjarinnar) er risastórt misgengi á hafsbotni, sem nefnist Cayman Trough. Þetta er sniðgengi, þar sem jarðskorpan norðan við færist til vesturs, en Karíbaflekinn sunnan við Cayman Trough færist til austurs. Einu sinni (fyrir 60 miljón árum) myndaði Haíti suður endann á Kúbu, eins og myndin til vinstri sýnir. Hreyfingin á Cayman Trough sniðgenginu hefur fært síðan Haíti langt til austurs, miðað við Kúbu. Málið er enn flóknara þar sem rétt sunnan við sniðgengið er míkrófleki (Gonave flekinn), eins og sýnt er á næstu mynd fyrir neðan. Suður mörkin á Gonave flekanum er sniðgengi sem nefnist Enriquillo-Plaintain Garden misgengið, en það hefur verið virkt öðru hvoru, árin 1860, 1770, 1761, 1751, 1684, 1673 og 1618.  Nú brýst það fram aftur fram, eftir 150 ára hlé, með þessum afleiðingum. Haíti á merka sögu, sem ekki verður rakin hér, en ég vil bara minnast þess að lokum að árið 1804 stofnaði blökkumaðurinn Jean-Jacques Dessalines fyrsta ríki svertingja í Ameríku, er hann frelsaði Haíti og tók völdin af nýlendustjórum Napóleons hins franska.

Kircher Gerir Fyrsta Þversnið af Jörðu

Í Eldfjallasafni i Stykkishólmi eru tvær merkar eirstungur frá árinu 1638. Önnur er af Vesúvíusi gjósandi og hin gosmyndin er af Etnu á Sikiley. Báðar myndirnar eru úr verkinu Mundus Subterraneus eða Undirveröld, sem gefið var út árið 1664 af fræðimanninum og Jesúítanum Athanasius Kircher. Hann hefur verið kallaður síðasti maðurinn sem vissi allt. Hann var sem sagt alfræðingur, líkt og Pliný Eldri á dögum rómverja. En það var auðveldara að vita allt á sautjándu öld, þegar umfang og heimur þekkingarinnar var mun minni en nú. Kircher (1601-1680) var fæddur í Þýskalandi. Hann starfaði í Páfagarði í Róm frá 1633, og var einn helsti vísindamaður eða fræðimaður kaþólsku kirkjunnar, og eiginlega svar kirkjunnar við Galíleó, sem lést skömmu áður en Kircher kemur til Ítalíu. Kircher var einstaklega forvitinn og snéri sér að mörgu. Hann er til dæmis sá fyrsti sem gerði tilraun til að lesa úr táknletri fornegypta. Safn hans af fornmunum og minjum úr náttúrunni varð risavaxið og hann setti upp fræga Kircherianum safnið í Róm.Áhugi Kirchers á eldfjöllum er tengdur eldgosum á Ítalíu um þetta leyti. Árið 1631 gaus Vesúvíus sínu stærsta gosi síðan 79 eKr. Gjóskuflóð frá fjallinu eyddu byggð, og um fjögur þúsund manns fórust. Eyðileggingin náði rétt að útveggjum Napólíborgar og gosið vakti mikla athygli. Um svpað leyti var Etna á Sikiley virk, en hún gaus árin 1633, 1634 og 1638. Kircher lagði upp í ferð til eyjarinnar Möltu í erindi páfans, og notaði tækifærið að kanna Vesúvíus og Etnu. Þegar hann kom til Napólí þá gekk hann strax á Vesúvíus, og lét sig síga í kaðli niður í gíginn, sem þótti mikið afrek. Hann beitti uppfyndingu sinni, pantometer, eða fjarlægðarmæli, til að mæla fjallið og gíginn.Bók Kirchers, Mundus Subterraneum, er einstök fyrir að hér kemur fram fyrsti þverskurður af allri jörðinni. Hvílík dirfska, að leyfa sér slíkt! Myndin er sýnd hér fyrir neðan, en hún ber heitið Pyrophylaciorum. Kircher heldur því fram að það sé mikill forði af hita í miðri jörðinni, sem hann sýnir sem logandi bál í kjarna jarðar. Frá því stafa nokkrar greinar af eldi upp til yfirborðsins. Hann áleit að eldfjöllin væru mynduð til að hleypa hitanum út og upp á yfirborð, en einnig til að draga inn loft sem héldi eldinum gangandi. Eldsneytið var brennisteinn, sölt, tjara og önnur eldfim jarðefni, en þeta var kenning sem má rekja allar götur til Seneku um 65 fyrir Krist. Kircher dró upp aðra mynd sem sýndi þverskurð af jörðu og fjallaði um ferli vatnsins innan jarðar: Systema ideale quo exprimitur aquarium. Kerfin sem þessi tvö þversnið sýna var skýring hans á hringrás vatnsins, þar sem hitinn er sú orka sem hreyfir vatnsstrauminn innan jarðar. Hann er eiginlega búinn að skapa risavaxið eimingartæki eða alembic úr allri jörðinni. Það er rétt að minna á að Kircher var alkemisti, og hefur fengist mikið við efnatilraunir, en þar er eimingartækið auðvitað í fremstu röð tækja. Kircher er sennilega frægasti Jésúitinn sem hefur verið uppi, en margir úr þeirri reglu stunduðu vísindi. Af einhverjum ástæðum, ef til vill vegna áhrifa frá Kircher, hafa Jesúítar lengi stundað jarðeðlisfræði og jarðskjálftafræði, og í dag eru 54 jarðskjálftstöðvar þeirra reknar út um allan heim. Að lokum: Kircher er aðal söguhetjan í skáldsögunni Eyjan frá í Gær (The Island of the Day Before), eftir ítalska rithöfundinn Umberto Eco.

Er Tertíera tímabilið horfið?

Nýlega kom út hjá International Commission on Stratigraphy (Alþjóðanefndin um Jarðlagafræði) ný tafla um jarðsöguna. Slík tafla er eiginlega efnisyfirlit um alla sögu jarðarinnar, og hver kafli ber sitt heiti, þar sem skeið hvers tímabils í jarðsögunni er vel afmarkað nú af nákvæmum aldursgreiningum jarðlaga sem eru byggðar á geislavikum frumefnum. Töfluna er hægt að nálgast hér: http://www.stratigraphy.org/column.php?id=Chart/Time%20ScaleVið lestur töflunnar hrökk ég illilega við. Reyndar varð mér við eins og ef ég væri að lesa nýja bók um Íslandssöguna, þar sem kaflanum um Þjóðveldið væri sleppt. Tertíera tímabilið er ekki lengur til! Allt frá upphafi rannsókna á jarðsögunni hefur Tertíera tímabilið verið ein megin uppistöð í tímatali okkar jarðfræðinga. Þetta er allur tíminn frá því að risaeðlurnar dóu út fyrir um 65 miljón árum og þar til ísöld byrjar hér í norðri á Kvarter tímabili. Fyrir íslenska jarðfræði er málið enn viðkvæmara, því amk. fyrstu 17 af 20 miljónum ára í jarðsögu lands okkar eru (eða voru…) kallað Tertíer. Mynd af nýju töflunni fylgir hér með. Hvað segja islendingar um þetta? Ekki sé ég að Jarðfræðafélag Íslands hafi fjallað um málið, og enn er til dæmis notað Tertíer í grein um jarðfræði Íslands á vefsíðu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands. Mér lýður innvortis eiginlega eins og þegar rússar voru að endurrita mannkynssöguna á tímum Sovíetríkjanna, og gáfu skít í staðreyndir. Nú er allt tímabilið sem Tertíer náði yfir, plús Kvarter, flokkað sem Cenozoic eða Nýlífsöld. Já, kannske verðum við bara að venjast þessu nýja tímatali í jarðlagafræðinni, nema þeir skifti um skoðun aftur?

Uppruni Vatnsins - Annar Hluti

Ég hef áður bloggað um hugmyndir um uppruna vatnsins á jörðu í bloggi mínu 7. janúar 2010. Þar benti ég á að á sextándu öld héldu menn að uppruna vatnsins væri að finna í lindum, þar sem vatnið streymdi uppúr jörðinni, eins og kemur fram td. á fornum landakortum af Íslandi. En við höfum nú lært margt síðan. Hver er hinn raunverulegi uppruni vatnsins? Þetta er stór spurning, en henni má svara á ýmsa vegu. Stærsta spruningin er: hver er uppruni vatnsins í alheiminum? Við skulum láta hana vera að sinni, en hún varðar uppruna frumefna í sólinni. Í staðinn skulum við skoða hver er uppruni vatnsins á jörðu, sem er nokkuð viðráðanvegt vandamál, en samt erfitt að skýra í stuttu máli. Málið tengist eldfjöllunum á merkilegan hátt, eins og sýnt er hér á myndinni. Við byrjum áður en jörðin hefur myndast, fyrir um 15 miljörðum ára. Þá er staður okkar í sólkerfinu mikið rykský eða geimþoka, þar sem flest eða öll frumefnin í jörðinni eru fyrir hendi. Hlutfall efnanna er nokkuð svipað víða í sólkerfinu, og hefur sennilega verið líkt því og finnst í loftsteinum sem nefndir eru chondrites. Rykskýið þéttist og myndar plánetur umhverfis sólina. Frumefnin skipa sér strax í að mynda steindir eða mínerala sem eru í jafnvægi við mikinn hita, og eru einkum tvær tegundir mínerala mikilvægar á þessu augnabliki í upphafi jarðar. Önnur tegundin eru steindir sem eru kísil-ríkar, en hin tegundin eru málmar. Sennilega hafa málmríku steindirnar leitað strax inn að miðju á frumjörðinni fyrir um 4,5 miljörðum ára og safnast saman til að mynda kjarnann vegna hárrar eðlisþyngdar þeirra, en léttari kísilríku steindirnar þá safnast saman í skel utan um kjarnann, en það er skelin sem við nefnum möttul jarðar í dag. Á þessum fyrstu árum jarðar var stöðug skothríð á jörðina frá risastórum loftsteinum sem voru á óreglulegum brautum um sólkerfið. Einn sá stærsti sem rakst á jörðina var sennilega á stærð við plánetuna Mars, og við áreksturinn splundraðist jörðin, en náði aftur jafnvægi. Áreksturinn gerði þó mikinn usla og mikið magn af efni sem kastaðist frá jörðu við áreksturinn myndaði tunglið. Skothríðin hefur sennilega varið frá um 4,7 miljörðum ára þar til um 3,6 miljörðum ára, og telja sumir jarðfræðingar að yfirborð jarðar hafi allt verið bráðinn hafsjór af glóandi hraunkviku þennan tíma. Orkan sem berst til jarðar við árekstra risastórra loftsteina er gýfurlega mikil og orsakar bráðnun á möttlinum. Öll gufukennd eða rjúkandi efni hafa þá myndað sveip af gasi umhverfis jörðina við þennan háa hita. Sum þessi efni eru svo létt að þau sleppa frá áhrifum aðdráttarafls jarðarinnar og rjúka út í geiminn, og eru töpuð að eilífu. Árekstrunum linnir og skothríðinni lýkur loks þegar jörðin er búin að sópa upp öllu lausa loftsteinaruslinu sem var á braut hennar. Þá kólnar og storknar möttullinn og yfirborð jarðar aftur, og hún fer nú að líkjast jörðinni okkar. Það er nauðsynlegt að fara í gegnum þessa forsögu áður en við komum að vatninu. Auk kísilefna og málma voru mörg rjúkandi efni í skýinu sem jörðin þjappaðist saman úr. Rjúkandi efni eru þau efni og efnasambönd sem gufa upp eða breytast í gas við hátt hitastig, og þar á meðal er vetni, súrefni, brennisteinn, koldíoxíð, vatn, köfnunarefni og mörg fleiri. Yfirborð jarðar kólnar hratt og sum rjúkandi efnin þéttast, og vatni rignir til jarðar til að mynda höfin. Vatn var komið niður á yfirborð jarðar í fljótandi formi fyrir 4,4 miljörðum ára. En nokkur hluti rjúkandi efna er enn inni í möttli jarðar. Þessi hluti berst enn upp á yfirborð við eldgos, og jörðin er enn að skila vatni og öðrum rjúkandi efnum uppá yfirborðið í eldgosum. Sumt af vatninu og öðrum rjúkandi efnum skilar sér aftur til baka djúpt niður í jörðina í sigbeltum, þar sem tveir flekar rekast á, og annar flekinn sígur undir hinn, hundruðir kílómetra niður í möttulinn. Það er því hringrás vatns inni í jörðinni, alveg eins og hringrásin sem er á vatni milli yfirborðs jarðar og andrúmsloftsins. Vatn á yfirborði jarðar er talið vera um 1,36 miljarðar rúmkílómetra, og er næstum allt það vatn í hafinu. Það hefur lengi verið talið að það sé töluvert vatn sem er bundið í steindum í möttlinum, bæði vatn sem hefur borist niður í möttul með flekum í sigbeltum, og vatn sem á uppruna sinn í mötlinum. Nýlega hafa mælingar á jarðskjálftabylgjum sýnt til dæmis að mikið svæði í möttlinum undir suðaustur Asíu hefur einkenni sem benda til að þar sé um 0,1 % vatn í möttlinum, samkvæmt mælingum sem Michael Wysession og félagar hafa gert. Myndin fyrir neðan sýnir rauðu svæðin í jörðinni þar sem jarðskjálftabylgjur eru hægari, ef til vill vegna vatns í steindum í möttlinum. Hér fara skjálftabylgjur svo hægt í gegnum möttulinn að hann hlýtur að innihalda efni eins og vatn í steindunum. Takið eftir að vatnsríku svæðin eru þar sem sigbelti hafa verið lengi virk, og flutt mikið magn af vatni frá yfirborði niður í möttul. Nú er möttullinn um 82% af rúmmáli jarðar, svo að hér getur verið ógrynni af vatni. Ef það er aðeins í efri möttlinum, þá má vera að þessi neðanjarðar vatnsforði sé að minnsta kosti 400 miljón rúmkílómetrar, eða einn þriðji af rúmmáli allra hafanna. Vatnið í möttlinum heldur áfram að skila sér upp á yfirborð jarðar þegar strókar af gufu og öðrum gösum rjúka upp í loftið í eldgosum. En samtímis skilar vatnið sér niður í möttul þegar blaut setlög og ummyndað berg sígur niður í möttulinn við flekahreyfingar í sigbeltum jarðar. Þannig er þessi stórmerkilega hringrás, sem minnir okkur á að jörðin er lifandi, á sinn hátt. En tunglið? Er nokkuð vatn þar? Það eru enn engin merki þess að svo sé, enda er aðdráttarafl tunglsins aðeins einn sjötti af aðdráttarafli jarðar. Maður sem er 100 kg á jörðu er aðeins 17 kg á tunglinu. Hraðinn sem raketta þarf að ná til að sleppa út úr aðdráttarafli tunglsins (lausnarhraði) er aðeins 2,8 km á sek. Vetnisatóm, H, iðar sífellt of titrar á hraða sem er um 16 km á sek, og tunglið getur ekki haldið inni svo léttum atómum – þau gufa upp og rjúka út í geiminn. Nú er talið hugsanlegt að ís sé til í botnum á djúpum gígum á tunglinu, þar sem aldrei sólin skín. Ef svo er, þá eru það góðar fréttir fyrir þá sem vilja smíða geimför á tunglinu, knúin vetni og súrefni. Að finna vatn á tunglinu er eins og að finna gull á jörðu. Tunglið er geimstöð framtíðar.

Berggangar - Pípulagnir Eldfjallanna

Berggangar eru algengir í blágrýtismyndun Íslands. Þeir eru oftast aðeins einn til tveir metrar á þykkt, og mynda nær lóðrétta veggi sem skera lárétt blágrýtishraunlögin. Forfeður okkar hafa vafalaust tekið eftir þessu merka jarðfræðifyrirbæri, sem gengur undir ýmsum litríkum nöfnum, svo sem bríkur, fjalir, hellur, gangar og tröllahlöð. Hér fyrir ofan er mynd af Þríhellu við Hlíðarvatn, sem er einn mest áberandi og sérstæðasti berggangur á Íslandi. Stærsti gangur á jörðu er í Bushveld héraðinu í Zimbabwe, en staðseting hans er sýnd á Afríku kortinu hér til hliðar. Hann er oftast kallaður Great Dyke eða Stórigangur. Lengdin er hvorki meira né minna en 550 km og breiddin er allt að 11 km. Gangurinn er um 2,5 miljarðar ára að aldri, og í honum er að finna margar námur sem vinna dýrmæta málma, einkum platínu, palladíum, nikkel, króm og kopar. Stórigangur er eiginlega einstök undantekning, þar sem flestir gangar eru aðeins fáir metrar á breidd, eða jafnvel sentimetrar. Myndin til vinstri sýnir til dæmis basaltgang í móbergi í Kerlingarfjalli á Snæfellsnesi, sem er aðeins fingurbreiður. Hann er grein eða æð út úr stærri gangi, sem hefur verið aðfærsluæð fyrir gíginn sem myndaði Kerlingarfjall. Það er reyndar merkilegt að gangar geti verið svona mjóir, og það gefur okkur upplýsingar um mjög lága seigju hraunkvikunnar sem rennur um ganginn. Kvikan hefur verið á um 1200oC hita, og runnið eins og glóandi heit tómatsósa upp sprunguna sem gangurinn er nú í. Um leið kólnar og glerjast ytra borðið á kvikunni í ganginum þar sem það kemur í snertingu við kalt móbergið í kring. Glerskánin sem myndast á jaðrinum er biksvört eins og hrafntinna, og oftast aðeins nokkrir millimetrar á þykkt. Það er algengt að gangar mynda þyrpingar í jarðskorpunni, þar sem fjöldi ganga liggur hlið við hlið.  Stærsta gangaþyrping á jörðinni eru sennilega Mackenzie gangarnir í Kanada. Í norður hluta Kanada er jarðskorpan auð og ber, síðan ísaldarjökullinn skóf allt laust ofan af berggrunninum. Þá koma Mackenzie gangarnir vel fram, eins og myndin eftir Robert Hildebrand sýnir, og þeir mynda samhliða háa veggi yfir landið. Þessi þyrping er um 500 km á breidd og 3000 km á lengd, og teygir sig frá heimskautasvæðum Kanada í norðri og alla leið suður að stóru vötnunum við landamæri Kanada og Bandaríkjanna. Gangar eru ekki altaf samhliða og stundum liggja gangar eins og geislar út frá eldfjallinu.  Eitt besta dæmi þess er umhverfis gígtappann Ship Rock í Nýju Mexíkó, en þar hefur rof fjarlægt meiri hlutann af eldfjallinu, en aðeins gígtappinn og gangarnir standa eftir. Gangarnir, sem eru harðari en sandsteinninn, mynda langar svartar rákir í ljósu jarðlögunum umhverfis. Gangaþyrpinar eru algengar í tertíeru blágrýtismyndunum Íslands og má segja með nokkuri vissu að gangar séu ein af aðal bergtegundum sem myndar jarðskorpuna undir fótum okkar. Eðli ganganna er að þeim fjölgar þegar neðar dergur í jarðskorpunni, og sennilega eru þeir jafn algengir og blágrýtishraunin á nokkura kílómetra dýpi. Þekktir gangar á Íslandi eru til dæmis Hvítserkur á Vatnsnesi, Tröllkonustígur sem sker Valþjófsstaðafjall í Fljótsdalshéraði, Fjalirnar í Látravík, Streitishorn í Breiðdalsvík, Þríhellur fyrir ofan Hlíðarvatn, Hnúta við Hverfisfljót, og berggangurinn sem myndar Randarhóla fyrir ofan Jökulsárgljúfur, en þar er frábært dæmi um þverskurð af aðfærsluæð gosgígs. Eitt besta dæmið sem ég hef séð af berggangi sem tengist gíg er á eynni Þerasíu í eldfjallskerfinu Santóríni í Eyjahafi. Myndin hér fyrir neðan sýnir hvernig berggangurinn sker jarðlögin og gengur upp, þar sem hann breikkar út í gígnum á yfirborði eyjarinnar.

Hokusai og Eldfjallið Fuji

Flestar þjóðir eiga sinn Kjarval, sinn uppáhaldslistamann, sem skarar öðrum framúr í vinsældum meðal almennings. Þannig er einnig með japana, en sá listamaður er frægastur fyrir myndir sínar af eldfjallinu Fuji, sem síðast gaus árið 1707. Fuji er hæsta eldfjallið í Japan (3776 metrar) en í huga japana er Fuji miklu meira en eldfjall. Það er helgur staður, og að klífa Fuji hefur lengi verið talin hin mikilvægasta pílagrímsför þar í landi. Ótal ljóð hafa verið ort til heiðurs Fuji og mikill fjöldi mynda gerður af fjallinu helga. Það er þó einn listamaður sem skarar langt framúr þegar kemur að umræðunni varðandi túlkun á Fuji í myndlist.  Hann hét Katsushika Hokusai (1760-1849) og er tvímælalaust fremsti listamaður sem japanir hafa eignast. Hvers vegna er Fuji svona ótrúlega mikilvægt fjall fyrir Japani? Við skulum líta á nokkrar staðreyndir sem kunna að skýra málið. Fjallið er meir en tvisvar sinnum hærra en Snæfellsjökull, og blasir við frá fornu miljónaborginni Edo, sem nú er nefnd Tokyo, og fjallið sést mjög víða frá öðrum héruðum í Japan. Hugsið ykkur að Snæfellsjökull væri helmingi hærri og breiðari um sig! Þannig er fjallið Fuji jafn mikill hluti af tilverunni í Japan, eins og sólin og tunglið, með ógnþrunginn kraft og sterkt aðdráttarafl. Frá Fuji er styttsta leiðin til himna, og einnig beinasta leiðin til vítis í gegnum gíginn eða hellinn nærri toppnum sem nefnist mannholan. Auk þess er mjúka formlínan á hlíðum Fuji nær einstök. Hún er stærðfræðilega hárrétt, sem parabóla eða katenary kúrva, og dregur augað ósjálfrátt að fjallinu og gígtoppnum. Í þriðja lagi er Fuji virkt eldfjall, með langa gossögu og hefur því haft vissan ævintýraljóma í augum Japana um aldaraðir. Í Eldfjallasafni í Stykkishólmi sýnum við nokkur mjög verðmæt verk eftir Hokusai, sem safnið hefur eignast. Sum þeirra eru sýnd hér með. Listform Hokusai var tréristan eða öllu heldur tréblokk eða woodblock á ensku, sem er dálítið frábrugðið tréristunni, eða woodcut.  Hann beitti list sinni á sviði því sem kallað er Ukiyo-e í Japan, sem má ef til vill þýða sem myndir frá hinum fljótandi heimi. Það var heimur sem sýndi líf fóksins á götunni, almennings. Í byrjun vann Hokusai aðallega við að myndskreyta bækur og gerði yfir 30 þúsund verk á því sviði. Í kringum 1823 byrjaði hann á verki sem hann nefndi Þrjátíu og Sex Svipir Fuji, sem varð ef til vill hans frægasta verk. Í því safni er frægasta verkið “Rauði Fuji” sýnd hér fyrir ofan. Það er einstaklega einföld og áhrifamikil mynd, og margir hafa bent á að hér er Hokusai kominn með abstrakt mynd, langt á undan listamönnum vesturlanda. Hokusai gerði enga mynd sem sýnir gjósandi eldfjall, en hann gerði hins vegar tvær myndir sem sýna áhrif eldgosa. Þær myndir koma í síðasta verki hans, sem ber nafnið “Eitt Hundrað Svipir Fuji”, en hann lauk því rétt fyrir dauðann, þá 90 ára gamall. Hér fjallar Hokusai meðal annars um gosið í Fuji sem er kennt við Hoei. Gosið í Fuji 1707 var ekki í toppgíg fjallsins, heldur opnaðist nýr gígur í hlíðinni, eins og myndin fyrir ofan sýnir. Þetta var sprengigos og gjalli og ösku ringdi yfir þorpin í nágrenni fjallsins.  Það var þetta atriði, bein áhrif gossins á fókið, sem Hokusai sýnir í tveimur tréristum sem fylgja hér með. Hann var alltaf að segja sögu, enda er hann sennilega færasti og reyndasti listamaður sem hefur fengist við að myndskreyta bækur. Munurinn er sá, að í bókum Hokusai er lítill eða enginn texti, enda óþarfi.