Vísindamenn þróa nýja aðferð við mat á fyrirboða eldgosa | Háskóli Íslands Skip to main content
15. maí 2020

Vísindamenn þróa nýja aðferð við mat á fyrirboða eldgosa

""

Alþjóðlegur hópur vísindamanna undir forystu Freysteins Sigmundssonar, vísindamanns við Jarðvísindastofnun Háskólans, hefur sett fram nýja aðferð til þess að meta hvenær bergkvika í jarðskorpunni verður óstöðug og brýst upp á yfirborðið. Í grein sem birtist í dag í hinu virta og víðlesna vísindatímariti Nature Communications er aðferðinni beitt til að varpa skýrara ljósi á aðdraganda og upphaf umbrotanna í eldstöðvakerfi Bárðarbungu og eldgossins í Holuhrauni 2014-2015. 

Rúmlega fimm ár eru liðin frá því að gosinu í Holuhrauni lauk en það reyndist stærsta eldgos hér á landi frá Skaftáreldum árið 1783-1784. Gögnin sem aflað var í aðdraganda gossins og á gostímanum hafa reynst vísindamönnum afar verðmætur brunnur til nýrra uppgötvana í jarðvísindum á undanförnum árum og nú á eðli kvikuhreyfinga í rótum eldfjalla.

Í rannsókninni sem fjallað er um í Nature Communications varpar vísindahópurinn nýju ljósi á það hvaða aðstæður þurfa að vera fyrir hendi við eldstöð til að eldgos verði og jafnframt hvernig eldgos þróast og geta leitt til öskjusigs, en þá sígur stór hluti eldfjalls og mikil bergkvika kemur til yfirborðs, líkt og gerðist í Holuhrauni.

„Fyrri aðferðir til að skilja ferðalag bergkviku neðanjarðar hafa haft ákveðnar takmarkanir og byggja á forsendum sem eiga ekki alltaf við. Þá er einnig eftirtektarvert að í sumum stórum eldgosum, þar sem mikil kvika kemur upp á yfirborðið, eru fyrirboðar í formi jarðskjálfta og kvikuhreyfinga frekar litlir. Lítil eldgos geta hins vegar haft mikla fyrirboða. Þetta er ekki í fullu samræmi við það sem má búast við út frá hefðbundnum líkönum sem eldfjallafræðingar hafa hingað til beitt við túlkun á mæligögnum,“ bendir Freysteinn á.

Hópurinn þróaði því nýja aðferð þar sem þrír mikilvægir þættir, sem hafa áhrif á hvernig bergkvika safnast saman og brýtur sér leið til yfirborðs, eru tengdir saman í eitt líkan. 

„Atburðarásina í Holuhrauni og Bárðarbungu má skýra með því að kvika hafi legið undir Bárðarbungu um langa hríð fyrir umbrotin. Bergið umhverfis kvikuna hneig til og myndaði rými fyrir hana. Mat á eðlismassa kvikunnar og bergs sýnir að kvikan hafði mikinn uppdrifskraft. Bergkvikan var því nánast tilbúin að brjóta sér leið áfram og aðeins þurfti lítið innstreymi bergkviku til viðbótar til að koma umbrotunum af stað. Stöðug kvikurás myndaðist frá kvikusöfnunarsvæðinu svo þrýstingur gat fallið mikið og það leiddi til öskjusigsins í Bárðarbungu,“ útskýrir Freysteinn.

Í fyrsta lagi þarf að taka tillit til þess á öllum stigum að bergkvika getur verið eðlisléttari en bergið í kringum hana og þess vegna getur hún haft mikinn uppdrifskraft þar sem hún safnast fyrir. „Það þýðir að ef hún hefur safnast saman í miklu magni þá hefur hún tilhneigingu til að brjóta berg í kringum sig og leita upp á við frá geymslustað þegar berg brotnar,“ útskýrir Freysteinn.

Í öðru lagi var horft til þess að umhverfis bergkviku, sem hefur safnast fyrir í rótum eldfjalla í kvikusöfnunarsvæði, getur fast berg í kring gefið eftir eins og deigt efni og aukið rými verður til fyrir nýja kviku á „seigfjaðrandi“ hátt – án þess þó að bergið brotni. Þetta gerist ef kvikan safnast fyrir á löngum tíma, yfir margra ára tímabil eða þaðan af lengur. 

„Loks þarf að taka tillit til þess að myndast geta eins konar pípur í jarðskorpunni þar sem kvikan getur m.a. rofið burt hluta bergsins. Slíkar stöðugar kvikurásir í jarðskorpunni leggjast ekki svo auðveldlega saman þótt þrýstingur falli í undirliggjandi kviku sem fæðir kvikurás. Þetta þýðir að þegar þrýstingurinn lækkar eftir að hámarki gossins er náð getur slík rás haldist opin og um hana steymt kvika í töluverðan tíma,“ segir Freysteinn enn fremur.

Með því að tengja saman þessa þrjá þætti varð til ný aðferð við mat á kvikuhreyfingum sem nýtt er í greininni til að öðlast betri skilning á umbrotunum í Bárðarbungu og Holuhrauni 2014-2015. „Atburðarásina má skýra með því að kvika hafi legið undir Bárðarbungu um langa hríð fyrir umbrotin. Bergið umhverfis kvikuna hneig til og myndaði rými fyrir hana. Mat á eðlismassa kvikunnar og bergs sýnir að kvikan hafði mikinn uppdrifskraft. Bergkvikan var því nánast tilbúin að brjóta sér leið áfram og aðeins þurfti lítið innstreymi bergkviku til viðbótar til að koma umbrotunum af stað. Stöðug kvikurás myndaðist frá kvikusöfnunarsvæðinu svo þrýstingur gat fallið mikið og það leiddi til öskjusigsins í Bárðarbungu,“ útskýrir Freysteinn.

Aðferðinni nýju er hægt að beita á öll eldfjöll. „Hún tekur til ákveðinna þátta sem vísindamenn og aðilar sem vakta eldfjöll þurfa að hafa í huga þegar reynt er að meta líkur á eldgosum. Stór eldgos geta orðið án mikilla merkjanlegra fyrirboða um slíka atburði,“ segir Freysteinn.

Sem fyrr segir kemur stór hópur vísindamanna að rannsókninni. Auk Freysteins standa þeir Sæmundur Ari Halldórsson, fræðimaður við Jarðvísindastofun, jarðvísindaprófessorarnir Páll Einarsson og Magnús Tumi Guðmundsson, doktorsneminn Siqi Li og dósentinn Halldór Geirsson að rannsókninni innan Háskóla Íslands ásamt vísindamönnum frá Veðurstofu Íslands og Íslenskum orkurannsóknum. Rannsóknin er enn fremur unnin í samstarfi við vísindamenn í Frakklandi, Bandaríkjunum, Bretlandi, Portúgal og Japan.

Nature Communications er virtasta tímarit Nature Research tímaritasamstæðunnar sem birt er í opnum aðgangi. Greinin er nú aðgengileg á vefsíðu tímaritsins.

Frá eldsumbrotunum í Holuhrauni 2014.