Nýjar kenningar um samspil jarðskjálfta, sprungumyndunar og eldgosa á Reykjanesi
- Umbrotin við Grindavík sýna hvernig gliðnun, misgengi og kvika vinna saman á flekamótum Íslands
Ný rannsókn alþjóðlegs hóps jarðvísindamanna, þar á meðal vísindamanna frá Háskóla Íslands, varpar nýju ljósi á hvernig jarðskjálftar, sprungumyndun og eldgos tengjast á flekamótum Íslands. Greinin birtist í þessari viku í hinu virta vísindatímariti Geophysical Research Letters sem gefið er út af American Geophysical Union.
Rannsóknin, sem ber heitið „Dynamic coupling between faulting, rifting and magmatism during the 2021–2025 unrest on Reykjanes Peninsula, Iceland“, byggist á umfangsmiklum mælingum á umbrotunum á Reykjanesskaga frá árinu 2021 til 2025. Með því að samþætta háupplausnar-jarðskjálftagögn, GPS- og gervitunglamælingar, yfirborðsathuganir og gosgögn tókst rannsakendum að rekja hvernig jarðskorpan gliðnaði um nærri fjóra metra á örfáum árum.
Höfundar frá Háskóla Íslands eru Gregory De Pascale, dósent í strúktúrjarðfræði, Þorvaldur Þórðarson, prófessor í eldfjallafræði og bergfræði, og Halldór Geirsson, prófessor í eldfjallafræði. Rannsóknin var unnin í samstarfi við vísindamenn frá Tékklandi, Frakklandi og Jarðfræðistofnun Bandaríkjanna (United States Geological Survey).
„Umbrotin á Reykjanesskaga gefa okkur einstakt tækifæri til að fylgjast með ferlum sem annars sjást oft aðeins skráð í fornum bergmyndunum,“ segir Gregory De Pascale frá HÍ. „Við erum hér að sjá sprungumyndun, misgengishreyfingar og eldgos þróast í rauntíma á virkum flekamótum. Slíkar rannsóknir eru lykilatriði til að skilja bæði náttúruvá og hvernig samfélög geta brugðist við henni.“
Jarðvísindamenn á Íslandi hafa um áratugaskeið verið í fararbroddi á heimsvísu í rannsóknum á eldvirkni, flekamótum og samspili jarðskjálfta og kvikuhreyfinga. Einstakar aðstæður á Íslandi, þar sem hægt er að fylgjast með virkum flekaskilum, jarðhræringum og eldgosum í rauntíma, hafa gert landið að einni mikilvægustu náttúrulegu rannsóknarstofu heims á þessu sviði.
Ísland liggur á flekamótum þar sem jarðskorpan gliðnar hægt og rólega, sem veldur jarðskjálftum, sprungumyndun og eldgosum. Á Reykjanesskaga hófust þessi umbrot aftur árið 2021 eftir nærri 800 ára hlé og skapaðist þar með sjaldgæft tækifæri til að fylgjast með því í rauntíma hvernig misgengi, aflögun jarðskorpunnar og kvikuhreyfingar tengjast.
Sniðgengisskjálftar komu fyrst – síðan gliðnunin
Ein áhugaverðasta niðurstaða rannsóknarinnar er að fyrstu skjálftarnir í stærstu umbrotahrinunum á Reykjanesi voru sniðgengisskjálftar, þar sem jarðskorpuflekarnir hliðrast lárétt hvor fram hjá öðrum. Síðar fylgdu siggengisskjálftar og gliðnun sem olli umfangsmiklum sprungum og sigi í Grindavík.
„Þetta sýnir í fyrsta skipti með skýrum hætti að lárétt hliðrun um misgengi getur komið af stað þeirri gliðnun sem síðar veldur stærstu sprungunum á yfirborði,“ segir Gregory. „Sniðgengin virðast í raun hafa komið ferlinu af stað áður en gliðnunin tók yfir.“
Rannsóknin sýnir jafnframt að sprungur og misgengi á yfirborði fylgdu mjög nákvæmlega skjálftavirkni á dýpi. Það bendir til þess að sterk tenging sé milli hreyfinga í jarðskorpunni og þeirrar aflögunar sem varð sýnileg í Grindavík þegar sigdalirnir opnuðust haustið 2023.
Rannsakendur komust að því að eftir því sem umbrotin á Reykjanesi þróuðust urðu skjálftahrinurnar veikari og gáfu sífellt styttri fyrirvara um eldgos. Þetta bendir til þess að kvikan hafi með tímanum fundið greiðari leiðir í gegnum sprungukerfin sem mynduðust í fyrri umbrotum.
Fyrsta hrinan árið 2021, sem leiddi til Geldingadalagossins, var langorkumest. MYND/Kristinn Ingvarsson
Kvikan fann greiðari leið til yfirborðs
Rannsóknateymið nýtti sér alþjóðlega reynslu í rannsóknum á flekamótum, jarðskjálftum og eldvirkni og byggði meðal annars á mælingum frá þéttu jarðskjálftaneti sem samstarfsmenn frá Tékklandi settu upp á Reykjanesskaga. „Net 15 jarðskjálftastöðva, sem við köllum REYKJANET, var sett upp árið 2013 og uppfært árið 2016 til að skrá jarðskjálfta í rauntíma. Netið var hannað fyrir háupplausnarmælingar á jarðskjálftum og sprungunum sem þeir mynda og veitti fyrstu háupplausnargögnin um umbrotin á árunum 2021 til 2025 – lykilathuganir frá fyrstu umbrotunum á svæðinu í tæp 800 ár,“ segir aðalhöfundur greinarinnar, Tomas Fischer, prófessor við Charles-háskóla í Prag í Tékklandi.
Rannsakendur komust að því að eftir því sem umbrotin þróuðust urðu skjálftahrinurnar veikari og gáfu sífellt styttri fyrirvara um eldgos. Þetta bendir til þess að kvikan hafi með tímanum fundið greiðari leiðir í gegnum sprungukerfin sem mynduðust í fyrri umbrotum.
Fyrsta hrinan árið 2021, sem leiddi til Geldingadalagossins, var langorkumest. Þá var jarðskorpan að brotna upp í fyrsta sinn eftir nærri 800 ára hlé á umbrotum á svæðinu sem vakti ekki einungis athygli hér heldur um allan heim. Síðar urðu skjálftarnir minni, þótt gliðnun og eldgos gætu orðið umfangsmikil.
Haustið 2023 færðist virknin yfir á Svartsengissvæðið og Grindavík. Þá varð mesta gliðnunin, allt að 2,5 metrar þar sem mest var, þegar Sundhnúkareinin og sprungukerfi Grindavíkur virkjuðust á ný.
Langtímagliðnun megin drifkrafturinn
Að sögn Þorvaldar Þórðarsonar benda niðurstöðurnar til þess að meginorsök umbrotanna sé stöðug gliðnun flekaskilanna undir Íslandi.
„Langtímahreyfingar jarðskorpuflekanna eru aðaldrifkrafturinn,“ segir Þorvaldur. „Spennan byggist hægt og rólega upp yfir flekamótin þar til skorpan gefur sig. Ef kvika safnast fyrir á sama tíma getur hún nýtt sprungurnar til að streyma til yfirborðs og valdið eldgosi.“
Hann segir umbrotin á Reykjanesskaga einnig undirstrika mikilvægi þess að safna hágæðagögnum á meðan atburðirnir eiga sér stað.
„Gögn af þessu tagi verða ómetanleg fyrir framtíðarrannsóknir, löngu eftir að núverandi túlkun á gögnunum hefur þróast eða breyst,“ segir Þorvaldur.
Mikilvægt fyrir framtíðarspár um náttúruvá
Niðurstöðurnar hafa einnig þýðingu fyrir hættumat og viðbragðsáætlanir vegna eldgosa og jarðskjálfta. Rannsóknin sýnir meðal annars að ekki er einfalt samband milli stærðar eldgosa, fjölda jarðskjálfta og gliðnunar jarðskorpunnar. Þetta undirstrikar hversu flókið samspil kviku, misgengja og spennu í jarðskorpunni getur verið á flekamótum eins og þeim sem liggja um Ísland.
