Meistaradagur náttúruvísinda - Haustmisseri 2023

Leiðbeinandi / Advisor: Þorsteinn Sæmundsson

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:  Halldór Geirsson

Ágrip
Kortlagning var framkvæmd á afllögun fjallshlíða í Torfajökulsöskjunni með því að skoða loftmyndir frá árinu 1958 til ársins 2022 og vina úr gögnunum með QGIS forritinu. Torfajökulsaskjan, sem nær upp í um 1200 m hæð, er stærsta súra eldstöðin á Íslandi og þekur um 450 km2. Kortlagning á aflögun hlíða í öskjunni hefur ekki verið gerð áður og því er þessi rannsókn mikilvæg. Í tengslum við breytingar í veðurfari og tíðni öfgaatburða í veðri hefur skriðuföllum á Íslandi fjölgað. Hvað varðar þessar breytingar þá er markmið rannsóknarinnar að kortleggja aflögun fjallshlíða á svæðinu, sem er bæði líffræðilega mikilvægt og einnig mikilvægur ferðamannastaður með gönguleiðina Laugarvegurinn og annan mikilvæga uppbyggingu á ferðamannaaðstöðu. Þessi rannsókn tekur yfir mismunandi tegundir ofanflóða, en byggt er á flokkun Varnes (1978) með síðari breytingum frá Hungr et al. 2014, auk þess að greina frá helstu jarðfræðilegu einkennum svæðisins og jarðskjálftasögu þess. Í þessari ritgerð er gerð grein fyrir kortlagningu sextán svæða þar sem mismunandi aflögun hlíða hefur verið skilgreind, ráðið í orsakasögu hreyfinganna og borðið saman við jarðfræði svæðisins. Kortlagningin leiddi í ljós að á svæðinu má greina níu hægfara skriður, þrjár retrogressive skriður, fimm berghrunsflóð, eitt bergflóð, fimm skriður með hringsnúningi, fjórar blokk skriður og þrjú jarðföll. Tveir þessara atburða sáust á myndum frá 1958, einn á mynd frá 1973, sjö 1979, þrír 1999, tveir 2013 og einn árið 2020. Breytingar á þessum hlíðum hafa náð frá 7 og upp í 62 ár, en ekki hefur greinst nein hreyfing frá árinu 2020. Markmið þessarar rannsóknar er að greina þróun breytinga á aflögun hlíða, sem getur nýst við svipaðar rannsóknir á öðrum eldfjallasvæðum.      
 

Abstract in English
A comprehensive slope processes inventory was conducted along the caldera rim of the central volcano Torfajökull using the software QGIS as well as aerial photographs ranging from 1958 to 2022. This volcanic complex, situated at an elevation of 1200 m above sea level, is the largest silicic formation in Iceland, spanning an approximate area of 450 km². Given the absence of prior landslides investigations in this Icelandic region, this study has crucial significance. The context of changing climate conditions and the resultant extreme weather patterns in Iceland has been increasingly instigating slope failures. Addressing this concern, the study documents landslides events around Torfajökull, a region of ecological significance and a tourist destination featuring the Landmannalaugar hiking route and other visitor facilities. This study digs into the distinct slope processes categories as delineated by Varnes (1978), and later by Hungr et al. 2014, alongside the exploration of Torfajökull's geological and seismic dynamics. The thesis presents an exhaustive analysis of sixteen slope deformations within the caldera vicinity where the diverse failure types, their triggering mechanisms, and intriguing patterns are presented within the context of geological dynamics. The observed slope processes encompass nine slow-moving slides, three retrogressive slides, five rock avalanches, one rock slide, five rotational slides, four block slides, and three slump patterns. Two events were triggered in 1958, one in 1973, seven in 1979, three in 1999, two in 2013 and one in 2020. The failures progressed over time from 7 to 62 years, but none seems to be ongoing since 2020. This inventory aims to discover some pattern in the development of landslides which could help for future studies around similar volcanic regions.

Leiðbeinandi / Advisor: Þorvaldur Þórðarson

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:  Bruce F. Houghton, University of Hawaii at Manoa

Ágrip 
Geldingadalagos er fyrsta hraungosið á skaganum í 781 ár og var óvenjulega fjölbreytt þegar kemur að goshegðun og hraunagerðum. Meðal annars voru goshrinurnar um 9000 talsins, sem er það mesta í einu gosi á jörðinni. Í þessari rannsókn er áherslan lögð á að greina goshrinurnar og meðfylgjandi kvikustrókavirkni sem einkenndu virknina 4 maí 2021. Virknin þennan dag er dæmigerð fyrir goshegðunina í Fasa IIIA (2 maí – 10 júní) og kvikustrókahrinurnar 6960 sem einkenndu hann. Þessu var náð með að mæla, greina og túlka valdar goshrinur frá 4. maí og þá með sérstaka áherslu á kvikustrókahrinurnar á tímabilinu frá 16:00 og 17:00 GMT sem skráð var með hágæða 4K myndavél. Púlsvirknin i goshrinunum var skráð með greiningu á: (i) púlshæð og púlslengd, (ii) útgangshraða kleprabomba og (iii) hæð kvikustróka. Niðurstöðurnar gefa hámarkshæð kvikustróka á bilinu 120 til 160 metrar og einstaka goshrinurnar stóðu yfir í 164 til 312 sekúndur. Meðal útkastshraði kleprabombanna var á bilinu 16,3 – 20,2 m/s. Jafnframt er sýnt fram á að bein tengsl eru á milli kvikustrókahrina og óróahrina, þar sem þær síðarnefndu byrjar alltaf fáeinum sekúndum á undan sýnilegri kvikustrókavirkni og vara lengur sem nemur nokkrum sekúndum. Óróahrinurnar eru því góður mælikvarði á fjölda kvikustrókahrina í Fasa IIIA. Þann 4 maí voru 6-8 goshrinur á klukkustund, sem að meðaltali stóðu yfir í 5,5±1,1 mínútur og á milli þeirra liðu 2,5±1,1 mínúta.
 

Abstract in English
On 19 March 2021, an eruption began in the Fagradalsfjall volcanic system in Iceland,emitting lava for the first time in 781 years on the Reykjanes Peninsula, SW Iceland. The 2021 Geldingardalir eruption contained close to 9000 eruption episodes with unusual diversity in episodic behavior. This research aims to understand episodic and pulsing behavior during lava fountaining episodes typical of Phase IIIA (2 May-10 June), which featured about 6960 lava fountaining episodes. Lava fountaining activity on 4 May was quantified, analyzed, and interpreted, with a focus on videos captured with a 4K camera between 16:00 and 17:00 GMT. From that, a map of pulses was generated, via the quantification of (i) pulse height and duration, (ii) pyroclast exit velocity, and (iii) fountain height. Lava-fountaining episodes displayed maximum heights of 120 to 160 meters and episode durations of 164 to 312 sec. The average exit velocity in each episode recorded by the 4K camera ranged from 16.3 - 20.2 m/s. This study also demonstrates the link between ongoing fountaining activity and volcanic tremor, making the tremor data averaged on a one-minute time scale a good proxy for the frequency of fountaining episodes in Phase IIIA. The tremor episodes start a few tens of seconds before and last a few seconds longer than the visible fountaining. Fountaining on 4 May gave an averaged frequency of 6-8 episodes per hour, with the average duration being 5.5 minutes (+/- 1.1 min) and repose intervals averaging 2.5 minutes (+/- 0.5 min).
 

Leiðbeinandi / Advisor: Jón Geir Pétursson

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:  Jukka Kalervo Siltanen

Ágrip 
Hröð hnignun líffræðilegrar fjölbreytni í heiminum hefur leitt í ljós að brýn þörf er á umfangsmiklum verndaraðgerðum. Talið er að staðbundin náttúruvernd sé öflugasta leiðin til að spyrna gegn hnignun líffræðilegrar fjölbreytni. Því hafa þjóðir heims, undir handleiðslu Samnings Sameinuðu þjóðanna um líffræðilega fjölbreytni (CBD), nýlega sett sér metnaðarfullt markmið um að vernda 30% af af öllu land- og hafsvæði jarðar fyrir árið 2030. En þrátt fyrir aukningu náttúruverndarsvæða á heimsvísu heldur hnignun líffræðilegrar fjölbreytni áfram á fordæmalausum hraða. Það gefur til kynna að þörf er á enn frekari verndaraðgerðum. Tillögur um “aðrar árangursríkar verndar- og stjórnarráðstafanir en á verndarsvæðum” (OECM svæði) hafa verið lagðar fram í gegnum CBD til viðbótar við núverandi verndaraðgerðir. Alþjóða náttúruverndarsamtökin (IUCN) þróuðu í kjölfarið almennar skilgreiningar á OECM svæðum til að auðveldara sé að bera kennsl á þau. Þessi rannsókn beinist að því að gera grein fyrir OECM hugtakinu eins og það er útlistað af CBD og IUCN og hvaða tækifæri slík svæði gætu falið í sér til eflingar á staðbundinni náttúruvernd á Íslandi. Ellefu svæðisgerðir á Íslandi voru greindar samkvæmt OECM skilgreiningunum til þess að meta hæfni þeirra sem möguleg OECM svæði. Rannsóknin leiddi í ljós að talsverðir möguleikar eru fyrir OECM svæði á Íslandi en slík svæði gætu bæði styrkt núverandi náttúruverndarsvæði og fært Ísland nær því að uppfylla alþjóðleg markmið um verndun líffræðilegrar fjölbreytni. 
 

Abstract in English
The rapid decline in Earth‘s biodiversity has led to a pressing need for effective conservation strategies. The global community, convened by the United Nations Convention on Biological Diversity (CBD) has set an ambitious goal to protect 30% of the planet‘s terrestrial and marine areas by 2030 as area-based conservation is considered to be the most comprehensive instrument for halting biodiversity loss. Despite the expansion of protected areas globally, biodiversity loss continues at an unprecedented rate, indicating the need for increased conservation efforts. „Other Effective area-based Conservation Measures“ (OECM) has been proposed by the CBD as an alternative conservation strategy to complement and expand the protected area estate. The International Union for Conservation of Nature (IUCN) consequently developed official criteria to facilitate the identification and recognition of OECM candidates. This study focuses on understanding the concept of OECMs as outlined by the CBD and the IUCN and what promise OECM might have in the context of Iceland‘s area-based conservation landscape advance conservation of nature. Using qualitative governance system analysis, eleven designated area types were analyzed against the OECM criteria to test their promise as OECM candidates. The study found that there is considerable potential for OECMs in Iceland which could both strengthen the existing protected area estate and advance the imperative of meeting global biodiversity conservation targets.

Leiðbeinandi / Advisor: Angel Ruiz-Angulo

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:  Diego Melgar Moctezuma

Ágrip 
Á Norðurlandi liggur hin ~ 100 km langa hornbreyting Húsavík-Flatey misgengis (HFF) á milli landlægra eldfjallasvæðis á landi og Kolbeinseyjarhryggjar. Mistökin miðað við sprungusvæðin veldur flóknu álagsástandi sem leiðir til bilunarhluta sem eru skáhallir. Verulegt rof á HFF getur hugsanlega valdið flóðbylgju, sem gæti magnast enn frekar af rofum sem eiga sér stað meðfram skáum hluta. HFF hefur í gegnum tíðina valdið stórum jarðskjálftum, síðasti skjálftinn var árið 1872 og áætlaður að stærð milli 6,5 og 7. Einnig eru til skriflegar frásagnir af flóðbylgjum, hugsanlega af völdum stórra jarðskjálfta HFF eða tengdum fjöldahreyfingaratburðum, sem ollu skemmdum og dauðsföllum. Nýlegar rannsóknir á HFF sýna augnablikssöfnun sem samsvarar jarðskjálfta af stærðinni 7+. Í þessari rannsókn notum við framvirka líkanið FakeQuakes til að búa til sex gervibrotssviðsmyndir með stærðinni 7 meðfram HFF og gögnum um tilfærslu sjávarbotns. Með því að nota þetta líkjum við eftir útbreiðslu flóðbylgna í gegnum tölulega líkanið GeoClaw. Við komumst að því að stór jarðskjálfti meðfram HFF getur valdið smá flóðbylgju sem hefur áhrif á Húsavík og Flatey innan nokkurra mínútna eftir sprungu og Akuryeri um hálftíma og með magnaðar bylgjum sem standa yfir í tvær klukkustundir. Við sýnum einnig að skárof geta gefið allt að 1 m bylgjusvið. Ennfremur könnum við áhrif heimsmyndaskriða með því að móta eina atburðarás sem samstundis hreyfingu blokkar í sjóinn.
 

Abstract in English
In northern Iceland, the ~ 100 km long dextral transform Húsavík-Flatey Fault (HFF) runs between the offset of the onshore Northern Volcanic Zone and the offshore Kolbeinsey Ridge. The fault orientation relative to the rift zones causes complex stress regimes resulting in fault segments with oblique strike-slip nature. A significant rupture of the HFF has the potential to be tsunamigenic, which may be further amplified by ruptures occurring along oblique segments. The HFF has historically generated large earthquakes, the last being in 1872 and with estimated magnitude between 6.5 and 7. There are also written accounts of tsunamis, possibly resulting from large HFF earthquakes or correlating mass-movement events, causing damages and deaths. Recent studies of the HFF demonstrate a moment accumulation corresponding to a magnitude 7+ earthquake. In this study, we employ the forward model FakeQuakes to generate six synthetic rupture scenarios with a magnitude of 7 along the HFF and the resulting seafloor displacement data. Utilizing this, we simulate the propagation of tsunami waves through the numerical model GeoClaw. We find that a major earthquake along the HFF can produce a small tsunami impacting Húsavík and Flatey within minutes after rupture and Akureyri around half an hour and with amplified waves lasting over two hours. We also show that oblique ruptures can yield wave amplitudes of greater than 2 m. Furthermore, we explore the influence of coseismic landslides by modeling one scenario as an instantaneous block movement into the sea.

Leiðbeinandi / Advisor: Halldór Geirsson

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:  Sonja Heidi Maria Greiner

Ágrip 

Mælingar á jarðskorpuhreyfingum veita mikilvægar upplýsingar um ýmis ferli í iðrum eldfjalla. Líkanreikningar bæta skilning okkar á þessum ferlum, hvort sem um er að ræða landris eða landsig. Síðasta eldgos í Öskju varð árið 1961. Aflögunarmælingar til eftirlits með Öskjusvæðinu, voru gerðar árlega, 1966-1972 og síðan frá 1983. Fyrstu mælingarnar gáfu til kynna landris og síðan landsig frá u.þ.b. 1973, allt þar til landris hófst að nýju sumarið 2021. Síðustu mælingar, í ágúst 2023, sýna að landris er enn í gangi. Fjaðrandi, þrívítt aflögunarlíkan af Öskju sem líkir eftir landslagi og misleitnu jarðskorpulíkani byggðu á jarðskjálftamælingum var lagt til grundvallar líkanreikningum með hugbúnaðinum COMSOL Multiphysics. Mikilvægt er að líkanið sé þrívítt þar sem landslag hefur staðbundin áhrif á aflögunarmerkið, sérstaklega á svæðum með miklum landfræðilegum halla. Misleitni jarðskorpunnar hefur hins vegar víðtækari áhrif: hún magnar og þrengir aflögunarsviðið miðað við einsleitt flatt jarðlíkan. Reiknilíkanið var notað með bestunaraðferðum innan COMSOL, ásamt GPS gögnum frá Öskju sem spanna landrisið frá september 2021 til september 2022, til að leysa fyrir bestu staðsetningu, dýpt og þrýstingsbreytingu upptaka aflögunar. Niðurstöður líkanreikninganna gáfu til kynna rismiðju á um 3.6 km dýpi skammt norðvestur af Öskjuvatni, um 1 km dýpra en fékkst með einföldum líkönum með einsleitu hálfrúmi. Þrívíð reiknilíkön af eldfjöllum gera okkur kleift að meta orsakir jarðskorpuhreyfinga með meiri nákvæmni en áður og bæta þannig skilning okkar á innri gerð og virkni eldfjalla. Nýr skilningur og þekking er mikilvæg til mats á náttúruvá á óróleikatímabilum í framtíðinni.
 

Abstract in English

Surface deformation is used to investigate subsurface processes at active volcanoes. The use of forward and inverse modeling, by constraining deformation source parameters, can help to improve our understanding of these processes. The last eruption occurred at Askja, Iceland in 1961, followed by inflation 1966-1972 and subsidence since approximately 1973. Askja began uplifting in the summer of 2021, and as of August 2023 is still uplifting. An elastic 3D Finite Element (FE) deformation model was created of Askja incorporating realistic topography and crustal heterogeneity, from seismic tomography, to investigate the inflation signal using the software COMSOL Multiphysics. Topography has a local influence on the predicted deformation signal, particularly around areas of high topographic gradient. Crustal heterogeneity has a more widespread influence, compared to a homogeneous halfspace model, amplifying and slightly narrowing the deformation field. Based on GPS data from Askja during a portion of the inflation period, from September 2021 to September 2022, an inversion using the optimization tool within COMSOL was implemented to estimate latitude, longitude, depth, and pressure change of the deformation source. The inversion using the FE model including topography and crustal heterogeneity produced a best fitting result near the NW edge of lake Öskjuvatn, with a depth of 3.6 km, which is 1 km deeper than found using simple analytical models in a homogeneous halfspace. Advanced FE models allow for the customization of crustal parameters to each volcanic system and improves the understanding of the system, which may be valuable during future periods of unrest.

Leiðbeinandi / Advisor: Þorsteinn Sæmundsson

Aðrir í meistaranefnd / Other members of the masters committee:   Greta Wells

Ágrip 
Landmótunarferli á svæðum þar sem jöklar hafa hopað eru mikilvæg og mun vægi þeirra verða meira með áframhaldandi loftslagsbreytingum. Sprungur í jöklum endurspegla flæðimynstur jökulsins og eru viðkvæmar fyrir breytingum á því. Í þessari rannsókn er leitast við að skoða hvernig óstöðugar hlíðar geta haft áhrif á sprungumynstur jökla. Það var gert með því að kortleggja breytingar á sprungumynstri þriggja skriðjökla byggða á loftmyndum frá árunum 1945 til 2022. Stórt berghlaup féll á Steinsholtsjökul, sem staðsettur er í norðanverðum Eyjafjallajökli, árið 1967 og braut hann upp og aflagaði. Berghlaupið féll einnig í lón jökulsins og orsakaði jökulhlaup (GLOF) sem flæddi niður samnefndan dal. Tungnakvíslarjökull, sem gengur út úr norðvestanverðum Mýrdalsjökli, hefur orðið fyrir áhrifum af hægfara hreyfingum (DSGSD) á norðurhlíð hans, alla vega frá árinu 1945. Að lokum er Sólheimajökull, sem liggur í suðvestur af Mýrdalsjökli, þar sem engin aflögun fjallshlíða hefur verið greind. Niðurstöðurnar sýna að Steinsholtsjökull jafnaði sig fljótt eftir berghlaupið og var sprungumynstur líkt og var fyrir hlaupið komið á innan við 13 árum. Greina má áhrif sets sem ýtir eða hleðst upp við jaðra skriðjökla á sprungumynstur þeirra líkt og á Steinsholtsjökli og Tungnakvíslarjökli. Engin óvenjuleg sprungumynstur voru greind við Sólheimajökul. Rannsóknin hefur því leitt í ljós að jöklar geta jafnað sig fljótt eftir atburði sem breyta sprungumynstri þeirra, en að aukin setsöfnun, að mestu meðfram jaðri jökulsins, getur skapað langvarandi breytingar í sprungumynstri þeirra.
 

Abstract in English
Paraglacial processes play an important role in many regions worldwide and their importance increases with ongoing climatic changes. Crevasses within glaciers are very sensitive to changes within the stress field of the glacial ice and it is therefore suggested that past or ongoing slope instabilities can be detected in the crevasse pattern evolution. To investigate this, crevasses of three outlet glaciers in South Iceland were mapped based on aerial images between the years 1945 until 2022 and their crevasse evolution was studied. At the Steinsholtsjökull outlet glacier, located in the Northern part of the Eyjafjallajökull ice cap, a rockslide event in 1967 fell on top of the glacier, producing rockslide parallel features within the ice. Subsequently a GLOF was triggered which affected the whole Steinsholtsdalur valley as well as the outwash plain. The Tungnakvíslarjökull outlet glacier, Northwest of the Mýrdalsjökull ice cap, is affected by a DSGSD on its Northern slope that has been in motion since at least 1945. Lastly, the Sólheimajökull outlet glacier, Southwest of Mýrdalsjökull, is not connected to any slope deformation. The results show that Steinsholtsjökull recovered quickly, within 13 years, from the changes in the ice and re-established crevasse patterns typical for valley glaciers. Increased input of debris and boulders on the glacier margins that lead to uneven glacier bed topography and therefore irregular crevasse patterns are present at Steinsholtsjökull as well as Tungnakvíslarjökull. No unusual crevasse patterns that would indicate any slope movements were detected at Sólheimajökull. The study has therefore shown that glaciers can recover quickly from disturbances, especially during advance periods, but that increased debris deposition, mostly along the glacial margins, can create long lasting changes within the crevasses.