Forboðar eldgossins í Fagradalsfjalli
Þann 2. maí 2022, birtist grein í einu virtasta jarðvísindatímariti heims, Nature Geoscience, um niðurstöður rannsókna á umbrotahrinu sem hófst í Svartsengi snemma árs 2020 og var forboði eldgossins í Fagradalsfjalli. Greinin, sem er leidd af Ólafi G. Flóvenz fyrrum forstjóra ÍSOR, er afrakstur tveggja ára rannsóknavinnu sérfræðinga ÍSOR og GFZ, helstu jarðvísindastofnunar Þýskalands (Deutsches GeoForschungsZentrum í Potsdam).
Greinin byggir í meginatriðum á þrenns konar mælingum á Reykjanesskaganum árið 2020; i) InSAR mælingum úr Sentinel-1 gervitungli Geimvísindastofnunar Evrópu sem sýndu þrjár lotur landriss og landsigs á víxl í Svartsengi og fjórðu lotuna í Krýsuvík, ii) nákvæmum jarðskjálftamælingum með bæði hefðbundnum jarðskjálftamælum og ljósleiðara fjarskiptafyrirtækisins Mílu sem breytt var með nýrri tækni í þétt net jarðskjálftamæla, og iii) nákvæmum mælingum á breytingum í þyngdarkrafti jarðar sem endurspegla massa þess efnis sem kann að hafa troðist inn í jarðlögin og orsakað landrisið.
Meginniðurstaða greinarinnar er sú að landrisið hafi líklegast orsakast af háþrýstu gasi (koldíoxíði) sem tróðst í þremur skömmtum inn í vatnsleiðandi lag á um 4 km dýpi undir jarðhitakerfinu í Svartsengi í janúar, mars og maí 2020 og fjórði skammturinn undir jarðhitakerfið í Krýsuvík í ágúst sama ár. Þrýstingur gassins var í hvert skipti nógu hár til þess að valda landrisinu, en með tímanum dreifðist koldíoxíðið eftir vatnsleiðandi laginu sem leiddi til landsigsins í kjölfarið. Með því að nota „póró-elastíska“ líkanreikninga mátti herma landrisið og landsigið nákvæmlega og reikna út rúmmál þess efnis sem barst inn í vatnsleiðarann. Með því að nota niðurstöður þyngdarmælinganna var unnt að reikna eðlismassa þess efnis sem orsakaði landrisið.
Niðurstöðurnar sýna að 0,11 ± 0,05 km3 efnis með eðlisþyngd 850 ± 350 kg/m3 tróðst samtals inn undir jarðhitakerfið í Svartsengi. Til samanburðar má nefna að eðlimassi kalds vatns er 1000 kg/m3 og kviku um 2700 kg/m3. Þótt niðurstöðurnar bendi eindregið til þess að efnið sem tróðst inn hafi fyrst og fremst verið koldíoxíð, útiloka niðurstöðurnar ekki að einhver kvika gæti hafa borist með gasinu.
Rannsóknir sérfræðinga Jarðvísindastofnunar Háskólans benda til þess að kvikan sem upp kom í eldgosinu í Fagradalsfjalli komi af 15-20 km dýpi efst í möttli jarðar, en mörk möttuls og jarðskorpu eru á um það bil 15 km dýpi á þessum slóðum. Á þessum stað er kvika sem kemur dýpra úr möttlinum að safnast fyrir, jafnframt því að hún afgasast, þ.e. gefur frá sér koldíoxíð. Út frá rúmmáli þess gass sem tróðst inn undir Svartsengi og Krýsuvík árið 2020 má reikna hversu mikil kvika hefði þurft að afgasast til að framleiða þetta magn af koldíoxíði. Útreikningarnir benda til þess að rúmmál kvikunnar á 15-20 km dýpi undir Fagradalsfjalli séu að lágmarki 2-9 km3. Aðeins örlítill hluti þeirrar kviku kom upp í eldgosinu í Fagradalsfjalli, eða 0,15 km3. Af því leiðir að magn kviku undir Fagradalsfjalli er enn nægt til mun efnismeiri eldgosa en varð árið 2021.
Á grundvelli rannsóknanna er sett fram hugmyndalíkan af atburðarásinni sem leiddi til eldgossins, eins og sýnt er á meðfylgjandi skýringarmynd. Líkanið gerir ráð fyrir því að kvika hafi um nokkurt skeið streymt djúpt úr möttli jarðar og safnast fyrir efst í möttlinum á 15-20 km dýpi undir Fagradalsfjalli. Þar losnar koldíoxíð úr kvikunni og leitar í átt að yfirborði. Það á greiða leið í gegnum deigan neðri hluta jarðskorpunnar, en stöðvast á um 7 km dýpi þar sem komið er að stökkum og þéttum hluta hennar. Þar safnast gasið fyrir tímabundið uns tilteknu rúmmáli er náð. Þá tekur gasið að streyma skáhallt upp eftir mörkum brotgjörnu og þéttu jarðskorpunnar í átt að þeim stað þar sem þau mörk liggja grynnst, en það er undir nálægum háhitasvæðum í Svartsengi og Krýsuvík þar sem einnig er að finna djúpa lágþrýsta vatnsleiðara. Gasið berst inn í vatnsleiðarann og eykur þar þrýsting nægjanlega mikið til að lyfta berginu fyrir ofan og valda landrisi og tilheyrandi jarðskjálftavirkni. Þegar ákveðið magn gass hefur tæmst úr geymslusvæðinu undir Fagradalsfjalli lokast rásin að háhitasvæðunum, en opnast á ný þegar nægt gas hefur safnast þar fyrir aftur.
Hugmyndalíkanið skýrir vel atburðarásina í aðdraganda eldgossins, þar á meðal víxlverkandi lotur landriss og landsigs, jarðskjálftavirknina og breytingar sem mældust á þyngdarkrafti jarðar. Líkanið samræmist einnig þeim athugunum sem gerðar hafa verið á efnafræði kvikunnar sem upp kom í eldgosinu.
Greinina má nálgast á vef tímaritsins Nature: https://www.nature.com/articles/s41561-022-00930-5
