Ykkur er boðið í bíó

Nú þegar hausta tekur er réttí tíminn til að koma sér fyrir í sófanum og horfa á bíó. Í þetta sinn býð ég ykkur upp á að sjá myndina Year Without a Summer, eða Árið Sumarlausa.  Þessi heimildamynd var gerð árið 2005 og hún fjallar um stærsta eldgos jarðar, þegar Tambora á Indónesíu gaus í apríl árið 1815.  Þar kom upp um eitt hundrað rúmkílómetrar af kviku.  Til samanburðar komu upp um 15 rúmkílómetrar þegar Skaftáreldar brunnu árið 1783.  Nú er kominn upp um hálfur rúmkílómeter í Holuhrauni.  Í myndinni er fjallað um eldfjallarannsóknir mínar á þessu eldfjalli, en ég hóf störf þar árið 1986.   Bein afleiðing gossis var sú, að um 117 þúsund létust, en óbein afleiðing var að loftslag kólnaði um heim allan í tvö til þrjú ár.  Kólnunin varð vegna þess að mikið magn af brennisteinsgasi barst upp í heiðhvolf, þar sem brennisteinsslæðan endurkastaði sólarljósi frá jörðu og kældi jörð alla.  Sjón er sögu ríkari: hér má sjá myndina á Vimeo:  https://vimeo.com/100239205

Sláið inn lykilorðinu tambora til að komast inn.

Er bráðnun hluti af öskjusiginu?

GPS mælirinn, sem situr á miðri íshellunni yfir Bárðarbungu sígur hægt og hægt, en alls ekki reglulega. Nú mun heildarsig vera komið niður í um 30 metra.  Einfaldasta skýringin á siginu er að botn öskjunnar sé að síga niður í kvikuþróna undir. Við það myndast stórir jarðskjálftar á hringlaga misgengi, af stærðinni 5 til 5,4.  En hægfara sig er einnig í gangi á tímum milli skjálftanna. Er það vegna þess að jarðskorpan er að jafna sig eftir skjálftann, eða er það ef til vill vegna bráðnunar jökulsins  á botni öskjunnar?  Myndin sýnir báða þessa möguleika. Í dag og undanfarna sólarhringa hefur sigið verið mun óreglulegra en áður.  Sumir segja að íshellan sé farin að hoppa upp og niður eins og ísfleki ofan á polli.  Ef slik bráðnun á sér stað, þá leitar vatnið upp milli jökuls og fjallsins, eins og myndin sýnir.  Það árf að komast upp í 1350 m hæð til að streyma yfir dýpsta skarðið í öskjunni, til norðausturs.  Öskjubotninn er í 1100 metra hæð.

Stóra öskjusigið

Stærsta öskjusigið til þessa undir Bárðarbungu varð um kl. 5 í morgun.  Þá seig miðja jökulsins yfir Bárðarbungu um meir en einn meter, samkvæmt GPS mælinum, sem er staðsetur yfir miðri öskjunni.  Sjá mynd hér með, sem er af vef Veðurstofunnar.  Ekki er enn ljóst hvort jarðskjálfti hefur verið þessu samfara, en sennilega er þó svo.  Eftir er að yfirfara jarðskjálftagögnin áður en þau birtast á vefnum. Þetta boðar einhverja rúmmálsbreytingu í kvikuþrónni og ef til vill aukið streymi kviku í ganginum og upp á yfirborð.

Viðbætir: Skömmu síðar hefur yfirborð jökulsins hækkað, og er því heildarsigið í þessu atviki um 30 cm.  En þessi sveifla er einkennandi um meiri óróa í lóðréttum hreyfingum jökulsins  undanfarinn sólarhring.  Ef til vill er þaðvegna þess að jökullinn er bæði að brotna og síga.

Af hverju er meiri kvika á ferðinni en nemur sigi öskjunnar?

 

 

Einfaldsasta líkan af virkni í Bárðarbungu er eftirfarandi:

1.     Kvika streymir út úr kvikuþró á einhverju dýpi undir öskjunni og út í ganginn til norðurs.

2.     Askjan sígur niður í samræmi við rennsli út úr kvikuþrónni og jarðskjálftar verða við sigið.  Ef kvikustreymi út úr kvikuþrónni er jafnt og sigið, þá er það um 0,8 rúmkílómetrar. 

3.     Kvika streymir út í kvikuganginn til norðurs, en hann inniheldur um 1,0 rúmkílómeter af kviku.

4.     Hluti af kvikunni kemur upp á yfirborð í hinu nýja Holuhrauni, sem er nú um 0,5 rúmkílómetrar.

Samkvæmt þessum tölum er sigið og þar með kvikurennsli út úr þrónni aðeins um helmingur af rúmmáli kviku, sem hefur komið upp í gosinu og plús þeiri kviku, sem er í ganginum.  Dæmið gengur því ekki upp.  En það er alls ekki óvenjulegt, og reyndar næstum regla í hegðun eldfjalla.  Rúmmál kviku sem fer út úr kvikuþróm er oftast aðeins hluti af rúmmáli kviku sem kemur upp á yfirborð og er eftir í ganginum.  Margir jarðvísindamenn hafa fjallað um þetta vandamál eða ráðgátu, til dæmis Eleonora Rivalta, og það má kalla þetta ráðgátuna um aukakvikuna.  Af hverju virðist vera meiri kvika í gangi og hrauni til samans, en hefur komið út úr kvikuþrónni? Tvær tilgátur koma fram til að skýra málið.  Önnur er sú, að kvikan komi upp úr kvikuþrónni á miklum þrýstingi, þar sem hún er þjöppuð saman.  Hér er átt við gaslausa kviku.  Síðan þenst hún út nær yfirborði við minni þrýsting.  Þetta dugar ekki, því kvika þenst út um til dæmis aðeins 2% þegar hún berst frá 100 km dýpi og upp á yfirborð.   Hin kenningin er sú, að gas þenjist út í kvikunni við lágan þrýsting nær yfirborði.  Við þær aðstæður losnar gasið úr læðingi, bólur af gasi myndast í kvikunni við lægri þrýsting (minna dýpi í jarðskorpunni) og rúmmál kvikunnar vex mikið.  Þetta er líklegasta skýringin á því, að rúmmál kvikunnar í ganginum er miklu meiri en hefur streymt út úr kvíkuþrónni. Þetta sýnir okkur að það er eiginlega villandi að ræða um kvikuflæði í einingum rúmmáls.  Við eigum að fjalla um það í einingum massa, eins og til dæmis vigt, kíló eða tonn  (milljónir tonna í þessu tilfelli).  En rúmmálið er eina einingin sem við höfum upplýsingar um, þar sem við vitum ekki um eðlisþyngd kvikunnar í ganginu, þegar gasbólur byrja að myndast.   Það er augljóst að það er töluvert gas í kvikunni, sem styrkir þessa kenningu. Gasið er sennilega blanda af koltvíoxíði, brennisteinstvíoxíði, vatnsgufu, klór og flúorgasi.  Mig grunar að koltvíoxíð sé þó mikilvægast en greiningu vantar. 

Erindi hjá Ferðafélagi Íslands um Bárðarbungu

Haraldur Sigurðsson flytur myndskreytt erindi um eldfjallið Bárðarbungu í sal Ferðafélags Íslands fimmtudaginn 25. september. Erindið hefst klukkan 20 að Mörkinni 6, Reykjavík.  

Stórkostleg mynd af öskjusigi í rauntíma

Það sem nú gerist í öskju Bárðarbungu gefur sennilega bestar upplýsingar um hvað er að gerast í kvikuþrónni undir öskjunni. Er kvikuþróin að tæmast? Hvenær hættir kvika að renna út úr henni og út í ganginn?  Hvenær byrjar þrýstingur aftur að vaxa í kvikuþrónni?  Hættir gosið, þegar askjan hættir að síga?  Þetta eru spurningar, sem hreyfingar á öskjunni geta svarað.  Nú er hægt að fylgjast með siginu í öskju Bárðarbungu í rauntíma á vef Veðurstofunnar hér:  http://www.vedur.is/photos/volcanoes/barc_gps_3d_is.png

Línuritið sýnir lóðrétta færslu á GPS tæki, sem komið var fyrir á jöklinum í miðri öskjunni. Fyrir neðan línuritið er einnig sýnd skjálftavirknin. Í sumum tilfellum, eins og til dæmis nétt fyrir hádegi hinn 21. september,  fylgist sig of skjálftavirkni vel að (5,5 skjálfti og skyndilegt 25 sm sig), en það er ekki algild regla.  Veðurstofan á miklar þakkir skilið fyrir að færa okkur þessi gögn í rauntíma og hvet ég alla lesendur til að fylgjast með þessu línuriti.

GPS hreyfingin er fyrst og fremst hreyfing á yfirborði jökulsins, en hreyfingin getur átt tvær höfuð orsakir.  Önnur orsökin er sig á botni öskjunnar niður í kvikuþróna, en því fylgir skjálftavirknin. Hin orsökin á hreyfingunni getur verið bráðnun jökuls í botni öskjunnar vegna hitastreymis upp úr kvikuþrónni eða jafnvel vegna eldgoss á botninum, undir ísnum.  Bráðnun getur haldið áfram um langan tíma á botni öskjunnar án þess að það komi fram í hlaupvatni eða í jökulám. Ég tel líklegast að bráðnun sé aðeins minni háttar og að sigið sé þá nær eingöngu vegna þess að þak kvikuþróarinnar er að síga niður.  En samt sem áður er nauðsynlegt að velta því fyrir sér hvort bráðnun sé í gangi.  

Minnumst þess að vatn, sem myndast vegna bráðnunar á  jökli tekur um 9% minna rúmmál en ísinn.  (Eðlisþyngd íss er um  0.9167 gm/cm³ og eðlisþyngd vatns er um 0.9998 gm/cm³  en hún er dálítið breytileg eftir hita þess).  Bráðnun veldur því sigi í öskjunni, jafnvel þótt vatnið safnist saman á botni öskjunnar. 

Helgi Björnsson hefur kannað lögun eldfjallsins, sem hvílir undir Bárðarbungu og lýsir því vel í bók sinni Jöklar á Íslandi (2009). Askjan er um 700 m djúp og um 11 km í þvermál frá SV til NA en um 8 km frá NV til SA.  Rúmmál íss í öskjunni er að hans mati um 43 rúmkílómetrar. Hæstu rimar öskjunar eru um 1850 m en riminn er lægstur að austan, eða 1450 m. Lægsta skarðið er á austurbarminum, í um 1350 m hæð, en tvö önnur skörð í suðvestri og í norðaustri.  Hlaupvatn út úr öskjunni um þetta skarð á austurbarminum færu sennilega undir Dyngjujökul til norðurs.  En botn öskjunnar er í um 1100 m hæð og mikil bráðnun þarf að eiga sér stað áður en flæðir yfir skarðið til austurs.  Sigið kann að vera mæling á magni kviku, sem hefur runnið út úr kvikuþrónni og inn í ganginn og að hluta til upp á yfirborð í hrauninu.  Ég tel að sigið samsvari um 800 milljón rúmmetrum hingað til.  Hraunið er nú um 400 til 600 milljón rúmmetrar. Gangurinn (um 50 km langur, 2 m á breidd og 10 km hár) inniheldur um 1000 milljón rúmmetra af kviku. Skekkjan getur verið mikil í áætlun á rúmmáli sigsins, þar sem hæð miðjunnar á öskju Bárðarbungu fyrir sig er ekki vel þekkt stærð.

Kólnun og storknun gangsins

Kvikugangurinn sem hefur myndast innan jarðskorpunnar frá Bárðarbungu og undir Holuhrauni hægir á sér fyrr eða síðar og byrjar að kólna þegar kvikurennsli stöðvast.  Kólnunin er mjög mikilvæg, því einnig hún hægir á og stöðvar kvikustreymi og stöðvar þá einnig eldgosið.  Kólnun og storknun kviku í slíkum gangi er háð ýmsum þáttum:  (a) hita kvikunnar (um 1175 oC fyrir Holuhraun), (b) breidd gangsins (sennilega um 3 metrar í þessu tilfelli), (c) hita bergsins umhverfis, (d) hitaleiðni eða einangrun bergsins umhverfis, og (e) hita bergsins umhverfis ganginn.   Hiti bergsins umhverfis er háður því hvað gangurinn hefur verið virkur lengi.   Því meiri kvika sem hefur runnið um ganginn og því lengur, því heitara verður bergið umhverfis.  

Myndin sýnir kólnun á fremur stórum kvikugangi, sem er 10 metrar á breidd. Hann er í upphafi um 1150 oC heitur, svipað og kvikan úr Bárðarbungu.  Það tekur hann um rúmt ár (400 daga) að kólna um helming. Þá er kvikan orðin svo seig, að hún rennur treglega eða ekki. Annars er til nokkuð einföld jafna, sem gerir okkur kleift að reikna út lauslega kólnun gangs.  Hún er þannig:  dt = 3,15  x  w²             Hér er dt tíminn, í dögum, sem tekur fyrir ganginn að kólna um helming í miðjunni, en w er breidd gangsins, í metrum.   Tíu metra gangur tekur samkvæmt því  um 315 daga að kólna um helming í miðju, eða um eitt ár.  Hins vegar kólnar 3 metra breiður gangur um helming miklu hraðar, eða aðeins um 28 daga.  Sem sagt: þegar gosið í Holuhrauni stöðvast, þá tekur það ganginn um eða innan við einn mánuð að kólna niður að því marki, þegar kvikan er orðin of seig til að renna og byrjar að storkna. Þessi gangur gýs aldrei aftur eftir að ahnn storknar  og hann myndar fast berg, sem er mjög sterkt.  En að sjálfsögðu getur annar gangur myndast síðar samhliða honum.  

Á hvaða dýpi er kvikuþróin?

Allt bendir til þess að það sé mjög stór kvikuþró undir Bárðarbungu. Þessi kvikuþró hefur til dæmis sent frá sér eitt stærsta basalthraun á jörðu á nútíma, Þjórsárhraunið.  Það rann fyrir um 8600 árum, alla leið suður í sjó, þar sem nú er Stokkseyri og Eyrarbakki.  Það hraun er um 25 rúmkílómetrar.  Sennilega er kvikuþróin með allt að 100 rúmkílómetra í tanknum af um 1175 oC heitri kviku.  En á hvaða dýpi er hún?  Ef til vill gefa jarskjálftarnir vísbendinu um það.  Jarðskjálftar verða ekki í kvikuþrónni, heldur líklega á misgengjum, sem eru tengd öskjusiginu.  Skjálftar orsakast af  hreyfingum á sprungum í jarðskorpunni, eins og þegar misgengi hreyfist. Fyrri myndin er fremur gróf mynd af þverskurði af eldfjalli með öskju.  Þetta er ekki Bárðarbunga, heldur dæmigert eldfjall eins og barn mundi teikna, en aðal atriðin eru hin sömu. Askjan myndast þegar kvika streymir út úr kvikuhólfinu og inn  gegnum MELTS Hð setjum efnagreinigu Jarðvm undir öskjunni. ftir að ur gr regions to the east and north of the volcano.top of ití kvikugang, eins og örin til hægri sýnir.  Þá sígur stór spilda af jarðskorpunni niður í kvikuþróna. Rauðu stjörnurnar eru tákn fyrir jarðskjálfta, sem myndast við brot í jarðskorpunni við sigið.  Jarðskjálftar dreifa sér því í hring, sem afmarkar útlínur öskjunnar á korti.   Neðri myndin sýnir Bárðarbungu á korti og undir kortinu er sýnd dreifing jarðskjálfta undir Bárðarbungu í ágúst mánuði.  Skjálftagögnin eru að sjálfsögðu frá vef Veðurstofu Íslands.   Skoðið þetta nánar á YouTube, hér: https://www.youtube.com/watch?v=3PTEDxrIRoM

Þessi mynd er því einskonar þversnið af skorpunni undir eldfjallinu.  Takið eftir að skjálftavirknin er nær eingöngu grynnri en 8 km undir öskjunni.  Samkvæmt því má áætla að þak kvikuþróarinnar sé á um 8 km dýpi.  Það segir okkur ekkert um hve djúp hún er eða hvað magnið af kviku er í þrónni.  Skjálftar geta ekki myndast dýpra, þar sem bergið hér undir kvikuþrónni er of heitt til að brotna. Það sígur í staðinn.  Ef til vill er kvikuþróin þá í grennd við rauða hringinn með brotalínunni á myndinni.  

Efnasamsetning kvikunnar hjálpar einnig til að ákvarða dýpi kvikuþróarinnar.  Ef við keyrum efnagreiningu Jarðvísindastofnunar Háskóla Íslands í gegnum MELTS  forrit hans Mark Ghiorso, þá er nokkurn veginn ljóst að þessi kvika getur ekki verið komin beint úr möttlinum, heldur hefur hún þróast í kvikuþró innan jarðskorpunnar, sennilega við þrýsting sem samsvarar um 10 km dýpi.  Sem sagt: skjálftunum og efnafræðinni ber vel saman.  Þetta er nú aðeins dýpra en ég hefði haldið, en við erum þá alltaf að læra eitthvað nýtt.   Lokið á kvikuþrónni (botninn á öskjunni) er þá um 8 til 10 km þykkur tappi og þvermál hans er álíka (10 til 12 km).  Hvað heldur hann lengi áfram að síga niður í kvikuþróna, um hálfan meter á dag? Byrjar hann að rísa aftur upp, þegar gosinu  lýkur og kvika streymir upp í kvikuþróna upp úr möttlinum?  Enginn veit, en eina dæmið, sem við höfum til samanburðar eru Kröflueldar 1975 til 1984, en þá reis og seig öskjubotninn hvað eftir annað í níu ár.  Spennandi tímar framundan?  En tilhugsunin um hið mikla magn af kviku, sem er í þrónni er vissulega ógnvekjandi.

Hreyfimynd af Bárðarbungu, fyrri hluti

Skjálftavirknin undir Bárðarbungu hófst hinn 16. ágúst 2014.  Síðan hefur Veðurstofa Íslands skráð mörg þúsund skjálfta, bæði undir Bárðarbungu og í kvikuganginum, sem teygir sig til norðurs um 70 km veg, alla leið í grennd við Öskju.  Til að skilja skjálftavirknina betur, þá þarf að skoða hana í tíma og rúmi. Margir hafa beitt ýmsu forritum og gert tilraun til að skapa hreyfimynd úr þessum merkilegu gögnum Veðurstofunnar.  Að mínu mati er besta hreyfimyndin sú, sem hér fylgir með.  Hana hefur Einar Hjörleifsson skapað. Betri útgáfa af myndbandinu er á YouTube hér: https://www.youtube.com/watch?v=3PTEDxrIRoM

eða hér: <iframe width="640" height="360" src="//www.youtube.com/embed/3PTEDxrIRoM?feature=player_detailpage" frameborder="0" allowfullscreen></iframe>

eða á mbl.is hér: http://www.mbl.is/frettir/innlent/2014/09/19/skjalftavirknin_skodud_i_tima_og_rumi/

Kortið er frá Landmælingum Íslands. Skjálftastaðsetningar eru frá Veðurstofu Íslands.  Stærð jarðskjálfta er sýnd með stærð hringja. Rauðir hringir sýna skjálfta síðustu klukkutímana.  Síðan verða þeir bláir púnktar.   Klukkan efst til vinstri sýnir ár, mánuð, dag, klukkustund og mínútur.  Þessi bíómynd er nokkuð hröð, en hver klukkutími í raunveruleikanum er innan við eina sekúndu hér í bíó.  Neðri glugginn sýnir dreifingu skjálfta á þversniði frá vestri til austurs í gegnum Vatnajökul og nágrenni.  Lóðrétti ásinn er dýpi, í kílómetrum, niður í 20 km, en það eru nokkurn veginn neðri mörk jarðskjálftanna.  Langflestir skjálftar eru á bilinu 5 til 12 km.  Hægri glugginn sýnir samskonar þversnið, en þar er það skjálftavirknin í suður-norður átt, niður í 20 km. Þessi gluggi sýnir því mjög vel hvernig kvikugangurinn mjakast norður á bóginn, undan Dyngjujökli og í átt til Öskju.  Glugginn neðst til hægri sýnir fjölda skjálfta á dag, bæði undir Bárðarbungu og  umhverfis kvikuganginn til norðurs.  Skjálftar af stærðinni 3 og stærri eru sýndir með rauðu í þessum glugga.   Hér í þessari bíómynd kemur í heild vel fram myndrænt samhengi milli skjálftavirkni í Barðarbungu og í kvikuganginum, fyrst til austurs og síðan til norðurs.   Hér eru nokkrar athuganir við virknina, en atburðarásin er hröð:

1. Skjalftar hefjast í norður brún öskju Bárðarbungu á 5 til 10 km dýpi seint hinn 15. ágúst.  Þeir dreifa sér fljótlega í hring um öskjubrúnina hinn 16. ágúst. 

2. Um hádegisbil hinn 16. ágúst  brýst kvikugangur út úr Bárðarbungu og stefnir hratt til suðausturs. 

3. Um klukkan 22 þann dag (16. ágúst) breytir kvikugangurinn snögglega um stefnu til norðausturs á um 10 km dýpi. Skjálftar eru einnig öðru hvoru undir Kistufelli í norðvestri á 5 til 10 km dýpi. 

4. Kvikugangurinn þróast til norðausturs allt til um klukkan 8 hinn 23. ágúst.

5. Klukkan 9 að morgni hinn 23. ágúst gerist ótrúlega snöggt stökk, þegar kvikugangurinn hliðrast til vesturs og rýkur áfram hratt til norausturs á 10 til 15 km dýpi.   Þessi leiftursókn er eiginlega stórkostlegasti atburðurinn í þessari virkni Bárðarbungu.   Sennilega hefur hár kvikuþrýstingur verið kominn í kvikuþrónni og í kvikuganginum, en nú fengið skyndilega útrás, þegar kvikan fann sér leið aðeins vestar og inn í nýja sprungu til norðausturs.  Samtímis heldur skjálftavirkni áfram undir öskjubrúnum Bárðarbungu. 

6. Kl. 7 að morgni hinn 24. ágúst hefur kvikugangurinn náð norður brún Dyngjujökuls, en hér grynnkar hann í fyrsta sinn og sendir upp skjálfta grynnir en 5 km.   Meginvirknin er samt enn á 10 til 15 km dýpi. 

7. Kvikugangurinn heldur áfram til norðausturs en byrjar að hægja á sér um kl. 6 að morgni hinn 26. ágúst.   Þar á eftir er skjálftavirkni víða í ganginum eða  ofan hans.

8. Um kl. 10 um morguninn hinn 29. ágúst hófst eldgosið,, samkvæmt mynd úr gervihnetti.   Á þeim tíma var skjálftavirkni dreifð í ganginum norðan Dyngjujökuls. 

Við þökkum Veðurstofu Íslands fyrir leyfi að birta skjálftagögnin.

Þegar kvikan er þunn

Hraunkvikan, sem situr í kvikuþró undir Bárðarbungu og kemur upp á yfirborðið í Holuhrauni, er lapþunn. Ég hef sýnt framá áður að seigja hennar er svipuð og hunang eða tómatssósa.  En hún er á um 1175 stiga hita. Þegar kvikan er þunn, þá getur hún hægleka smogið inn um litlar sprungur. Myndin fyrir ofan er úr Kerlingarfjalli á Snæfellsnesi.  Hún sýnir basaltgang, sem er rúmlega fingurbreiður, en hann hefur smugið um sprungu í móberginu.   Þetta kennir okkur að útbreiðsla og framrás þessarar kviku í gegnum jarðskorpuna er ekki háð seigju, heldur þrýstingi í kvikuþrónni og sprungumyndun.