Meistaradagur náttúruvísinda - janúar 2023

Leiðbeinandi: Magnús Tumi Guðmundsson

Ágrip á íslensku
Bláfjall er móbergsstapi á öræfunum sunnan Mývatns. Það myndaðist í eldgosi undir ísbreiðu seinustu ísaldar, norðan ísaskila. Ísflæði jökulsins var því að mestu frá suðri til norðurs á meðan gosinu stóð. Ílöng lögun fjallsins liggur samhliða straumstefnu ísflæðisins á myndunartímanum. Bláfjall rís 1222 metra yfir sjávarmáli, hefur þykka hraunahettu og er eitt af hæstu móbergsmyndunum svæðisins. Hraunahettan er að meðaltali nokkrir tugir metrar á þykkt en mælist allt að 200 metrar þar sem hún er þykkust. Fjallið er hæst syðst, nærri gígnum, og lækkar til norðurs. Hraunahettan er hins vegar þynnst syðst og þykknar eftir því sem norðar dregur. Fjallið virðist hafa vaxið í norðurátt, í skriðstefnu jökulsins. Norðurhluti fjallsins er að stórum hluta myndaður af hrauni sem byggst hefur upp ofan á hraunfótsbreksíum sem fellur að því að ísbreiðan hafi þynnst til norðurs. Vatnsborð jökullóns eða lóna, sem umkringdu stapann, annað hvort alveg eða að hluta á meðan gosinu stóð, fór lækkandi eftir því sem norðar dró. Vatnsborð takmarkaðist af þykkt íssins og stýrðist annað hvort af stöðugu frárennsli frá jökullóninu við brún fjallsins eða endurteknum jökulhlaupum. Bæði þykkt ísbreiðunnar og stefna ísflæðisins höfðu því mikil áhrif á myndun Bláfjalls, bæði hæð þess og form.

Ágrip á ensku
Bláfjall tuya in northern Iceland was formed in a volcanic eruption within a Pleistocene ice sheet. It is located well north of the old ice divide, where ice flow was predominantly from south to north. The elongated structure of the tuya is oriented parallel to the flow of the ancient glacier. Bláfjall is one of the tallest glaciovolcanic edifices in the area, standing 1222 meters a.s.l., highest on the southern end and capped with effusive lava flows. Whilst the elevation of the mountain decreases to the north, the thickness of the lava cap is greatest in the northern part and generally decreases to the south. Its thickness generally ranges from a few meters to few tens of meters, with a maximum of about 200 m. The water level of the englacial lake or lakes, which either partially or completely surrounded the tuya during its formation, would have to become progressively lower towards the north for the deposition of effusive lava layers. The northern part is predominantly formed by an advancing lava delta which suggests the ice sheet was thinning towards the south, with either continuous meltwater drainage or repeated drainage in the form of jökulhlaups. Apparently, both the thickness of the ice sheet and the direction of ice flow direction exerted major control on the height and elongation of the Bláfjall tuya.

Leiðbeinendur: Samuel Scott og Guðni Axelsson

Ágrip á íslensku
Jarðhitakerfið á Hellisheiði er í sunnanverðu eldstöðvakerfi Hengilsins á SV-Íslandi. Berggrunnur kerfisins samanstendur aðallega af basalthraunlögum, móbergi og innskotum, en eðli þess er að mestu stýrt af sprungum af ýmsum toga, aðallega siggengjum tengdum vestara gosbeltinu og sniðgengjum tengdum Suðurlandsskjálftabeltinu. Markmið þessarar rannsóknar er uppsetning tölulegs reiknilíkans jarðhitakerfisins á Hellisheiði með sérstakri áherslu kælingu kerfisins vegna niðurdælingar í Húsmúla. Reiknilíkanið er kvarðað með borholugögnum um náttúrulegt hitaástand kerfisins auk ferilprófunargagna, sem safnað var árið 2019, og er svo notað til að spá fyrir um umfang kælingar vegna langtímaniðurdælingar. Með því að nota nálgun sem gerir ráð fyrir tvöföldum poruhluta nær líkanið nokkuð góðri samsvörun við ferilprófunargögn fyrir þrjár borholur, HE-31, HE-48 og HE-48. Flæði ferilefnisins í reiknilíkaninu undirstrikar hlutverk siggengja með NE-stefnu sem helstu rennslisleiða ferilefnanna og hlutverk sniðgengja sem rennslishindrana. Reiknilíkani spáir minna en 1°C árlegri kólnun holna HE-31 og HE-48. Þó mjög lítið af ferilefni hafi komið fram í holu HE-33, sem bendir til lítillar kælingarhættu vegna niðurdælingar, þá bendir reiknilíkanið á hinn bóginn til þess að sú hola geti kólnað vegna innstreymis kaldara vatns úr nálægum hlutum jarðhitakerfisins. Kólnunarspár reiknilíkansins eru bornar saman við spár reiknaðar með einvíðu flæðislíkani (forritið TRINV), sem nær betur að herma endurheimtu ferilefnisins en reiknilíkanið, þrátt einfalda innri gerð. Niðurstöður þessarar rannsóknar sýna mikilvægi niðurdælingar, sem styður ekki aðeins við þrýsting í jarðhitakerfinu heldur hjálpar einnig við að vinna gegn kaldara innstreymi frá jöðrum jarðhitakerfisins.

Ágrip á ensku
The Hellisheiði geothermal system is a fracture-controlled geothermal system located in the south part of the Hengill volcanic system in SW-Iceland. The bedrock mainly consists of a sequence of basaltic lavas, hyaloclastites and intrusions. Abundant extensional and transform faults reflect its location near a triple junction. The objective of this study is to construct a numerical reservoir model of the Hellisheiði geothermal system with a particular focus on reinjection-induced cooling in the Húsmúli subfield. A numerical model is calibrated using natural state temperature profiles as well as recent tracer data collected in 2019, and is used to predict magnitude and timescales of cooling due to long term reinjection. Using the dual porosity approach, the model is able to achieve a fairly good match to field data for three monitoring wells, (HE-31, HE-48, HE-48). The tracer flow in the numerical model constructed underscores the role of the NE oriented fault structures as the main conduits for tracer migration, and the role of transform structures as flow barriers. The models predict an annual temperature decrease of less than 1°C for wells HE-31 and HE-48. On the other hand, although very little tracer appeared in well HE-33 suggesting little risk of injection-induced cooling, the model suggests it may be affected by cooling due to cold water recharge from neighboring formations. Cooling predictions using one and three dimensional models are compared. Despite its unknown internal working principles, TRINV provides greater tracer simulation accuracy. This study outlined the importance of reinjection that not only builds pressure support but also helps to counter colder marginal recharge from surrounding formations.

Leiðbeinendur: Mariana Lucia Tamayo og Brynjar Skúlason

Ágrip á íslensku
Markmið rannsóknarinnar var að mæla og greina lifun og vöxt kvæmatilraunar í greni (Picea spp.) sem Skógræktin stofnaði til árin 1995 og 1996 og finna út hvaða grenitegundir og kvæmi þeirra henta best til nýskógræktar. Tilraunastaðirnir voru metnir í tvo flokka eftir frosthættu sem tóku mið af legu í landslagi, annars vegar litla frosthættu og hins vegar verulega frosthættu. Lifun trjánna var metin og hæð mæld í alls 9 tilraunasvæðum víða um Ísland. Síðustu mælingar fóru fram 2018. Tilraunirnar samanstóðu af 8 eða 10 blokkum og hver blokk innihélt 10 tré í endurtekningu af 14 50 kvæmum grenis. Flest kvæmin eiga uppruna í Alaska og vestur Canada. Niðurstöður sýna að á stöðum með litla frosthættu sýnir bæði hreint sitkagreni (P. sitchensis) og sitkabastarður (P. x lutzii) góða lifun og vöxt en á stöðum með meiri frosthættu hefur hreint hvítgreni (P. glauca) vinninginn ásamt sitkabastarði. Kvæmi nr. 3, sitkabastarður frá Iniskin Bay, Alaska, er eina kvæmið sem hægt er að mæla með til notkunar bæði þar sem frosthætta er lítil og mikil. Niðurstöður rannsóknarinnar munu gagnast til að auka umhverfislegan ávinning og sjálfbærni í íslenskri nýskógrækt, eins og að draga úr jarðvegsrofi, auka kolefnisbindingu og draga úr hættu á ágengum tegundum. Ennfremur munu niðurstöðurnar gagnast til að þróa timburframleiðslu til iðnaðarnota sem getur verið arðbær og sjálfbær auðlind, bæði staðbundið og á landsvísu. Áætlanir um nýskógrækt á Íslandi þurfa að taka mið af líklegum loftslagsbreytingum til að tryggja árangur til langs tíma.

Ágrip á ensku
The aim of this study was to analyze the Icelandic Forest Service’s provenance study of spruces (Picea spp.) that was started in 1995 and 1996 to determine which species and their original sources would be best for afforestation. Experimental plots were divided into two categories: protected (i.e., non-frost-prone) and frost-prone. Survival and height data were collected from nine field sites across Iceland at various time intervals with the last data collection in 2018. Each site had 8 or 10 blocks and every block usually contained 10 seedlings from 14-50 provenances of mostly spruces. The provenances mainly originated from southern Alaska and western Canada. Results indicate that at protected locations, Sitka spruce (P. sitchensis) and Sitka spruce hybrids survive and grow well, while white spruce (P. glauca) and its hybrids have the advantage in frost-prone areas. Provenance 3, a Sitka spruce mixed with Lutz spruce (P. x lutzii) from Iniskin Bay, Alaska, is the only provenance recommended for both types of sites. This information will help afforestation in Iceland in a way that brings environmental advantages and sustainable practices, such as minimizing soil erosion, increasing carbon sequestration, and reducing the risks of invasive species. Furthermore, it can contribute to the development of a viable timber industry that benefits local and national economies through sustainable resource management. Finally, forestry strategies need to consider climate change to ensure long-term success of afforestation efforts in Iceland.

Leiðbeinendur:Mariana Lucia Tamayo,Filipa Isabel Pereira Samarra og Paulus Jacobus Wensveen

Ágrip á íslensku
Að skilja hreyfimynstur háhyrninga (Orcinus orca) í tengslum við bráð er mikilvægt fyrir nátturuvernd. Í Norður-Atlantshafi er vitað að háhyrningar eru í nánum tengslum við síld, þar sem þeir sjást reglulega á veiðum á síldarstofninum við landsins. Hins vegar er minna fylgst með og verri skilningur á dreifingu háhyrninga á hafi úti. Í þessari rannsókn var könnuð tilvist háhyrninga á sex svæðum á Íslandsmiðum með því að nota hljóðgreiningu til að afla þekkingar á útbreiðslu þeirra. Hlutlaus hljóðupptökutæki voru notuð á árunum 2018 til 2022 á 5 stöðum víðs vegar um Ísland, flestir á hafi úti. Hljóðupptökur voru greindar til að bera kennsl á og flokka köll háhyrninganna og voru þessi köll svo borin saman við útgefnar hljóðskrár frá Íslandi og Noregi. Alhliða samanburðurinn, sem byggður var á 3.876 hágæða útköllum sem greindust, leiddi í ljós 760 samsvaranir við 29 útkallstegundir sem kenndar eru við íslenska háhyrningastofninn, sem gefur vísbendingar um veru háhyrninga á öllum vöktunarstöðum. Flest háhyrningshljóð mældust á Austur- og Norðausturlandi yfir sumarmánuðina, sem bendir til þess að einstaklingar hafi mögulega nærst á norsku vorgotssíldinni sem undanfarin ár hefur snúið aftur á þetta svæði yfir sumarmánuðina. Á Suðurlandi greindust hjarðköll yfir vetrarmánuðina, sem bendir til að háhyrningar sækja í fæði á svæðinu allt árið um kring en ekki bara á sumrin eins og áður var talið. Þrjú útköll sem passa við Norsku hljóðskrárnar voru auðkennd á Austurlandi í apríl, sem bendir til þess að íslenskt hafsvæði séu heimsótt af háhyrningum frá öðrum stofnum. Þessi rannsókn sýnir að háhyrningar eru til staðar á nokkrum úthafssvæðum Íslands, og þótt líklegt sé að margir séu hluti af íslenska stofninum, bendir uppgötvun Norskra kalltegunda til tengsla milli Norðaustur-Atlantshafs háhyrningastofna sem krefjast frekari rannsókna.

Ágrip á ensku
Understanding orca (Orcinus orca) movement patterns in relation to prey is important for conservation management. In the North Atlantic, orcas are known to have a close relationship with herring, being regularly sighted feeding in coastal herring grounds. However, the distribution of orcas in offshore waters is less monitored and therefore poorly understood. This study investigated the acoustic presence of orcas across four regions of Iceland to gain knowledge on their seasonal distribution and population origin based on their calls. Six passive acoustic devices were deployed between 2018 and 2022, with four of which in offshore waters. Acoustic recordings were analysed to identify and categorise orca pulsed calls and these calls were compared with published catalogues from Iceland and Norway. The comprehensive comparison, based on 3,876 high-quality calls identified, revealed 760 matches to 29 call types attributed to the Icelandic orca population, providing evidence of orca presence at all monitoring sites. Most orca sounds were detected in the East and Northeast of Iceland during the summer months, suggesting individuals were possibly feeding on the Norwegian spring-spawning herring, which in recent years has returned to this area during the summer months. Herding calls were detected in the South during the winter months, suggesting orcas feed in the region throughout the year and not just in summer, as previously thought. Three calls identified in East Iceland in April were matched to the Norwegian call type catalogue, suggesting that Icelandic waters are visited by orcas from other populations. This study extends the known orca habitat in Iceland to all offshore regions monitored. While most individuals are likely to be a part of the Icelandic population, the detection of Norwegian call types suggests connectivity between Northeast Atlantic orca populations that requires further study.

Leiðbeinandi: Enikö Bali

Ágrip á íslensku
Sekúnderar vökvainnlyksur í sýnum frá þremur dýptarbilum í borholu RN/IDDP-2 voru rannsakaðar með bergfræðismásjá, Raman-litrófsmæli og mælingum með hitaborði. Markmiðið var ákvarða hitastig og seltu vökvans þar sem hann varð innlyksa á dýpi og þar með öðlast meiri skilning á breytileika í efnasamsetningu og hitastigi vökva djúpt í jarðhitakerfi Reykjaness. Hitastig vökvans á 4,3 km dýpi í borholunni er ~425 °C við vökvastöðuþrýsting (~41 MPa). Vökvinn er á formi tveggja fasa, sem H2O-rík gufa (selta << 1 % af massa NaClequiv.) og sem seltumettaður, ofursaltur pækill með seltuna ~52 % af massa NaClequiv. Á 3,6 km dýpi í holunni (~35 MPa þrýstingur) er hitinn ~340 °C og á ~3100 m dýpi (~31 MPa þrýstingur) er hitinn ~300 °C. Vökvinn á báðum dýptarbilum er á formi bæði vökvaríks, salts fasa með seltuna ~12 % af massa NaClequiv. og gufu með seltuna <<1 % af massa NaClequiv.. Annars konar 300 °C heitur, FeCl2-ríkur (25–30 % af massa FeCl2) vökvi fannst á 3,6 km dýpi í borholunni. Selta vökvaríkra innlyksna eykst með dýpi, en mælingarnar ofmeta seltu gufufasans. Hitastigið sem fæst fellur vel að því sem áætlað var fyrir borun og Horner-mat, en fylgir ekki suðumarksferli sjávar (Friðleifsson o. fl., 2020). Ástæðan er sú að NaCl-H2O-kerfið hentar ekki vel til að lýsa jarðhitavökva í Reykjaneskerfinu. Aðrir vökvaþættir, til dæmis CO2, hafa veruleg áhrif á fasajafnvægi djúpt í kerfinu.

Ágrip á ensku
Secondary fluid inclusions in samples from three different depths of the RN/IDDP-2 well were studied using petrographic microscopy, Raman spectrometry and microthermometry. The goal was to define trapping temperatures and salinities at depths to better understand the compositional and temperature variation of fluids in the deep Reykjanes geothermal system. At a borehole depth of 4.3 km, the fluid temperature is ~425 °C, at hydrostatic pressures (~41 MPa). The fluid exists as two separate phases: an H2O-rich vapor (salinity << 1 wt% NaClequiv.) and a salt-saturated, hypersaline brine with a salinity of ~52 wt% NaClequiv. At a borehole depth of 3.6 km (P ~35 MPA), the temperature is ~340 °C and at ~3100 m borehole depth (P ~ 31 MPA), the temperature is ~ 300 °C. The fluids at both depths are coexisting liquid-rich saline fluids with a salinity of ~12 wt% NaClequiv. and vapors with a salinity of <<1 wt% NaClequiv. Another 300 °C hot, FeCl2-rich (25–30 wt% FeCl2) fluid is recorded at 3.6 km borehole depth. The salinity of vapor-rich inclusions increases with depth, but the measurements are overestimating the vapor endmember salinity. The derived temperatures fit well with pre-drill estimates and Horner estimates but do not follow the seawater boiling point curve (Friðleifsson et al., 2020). The reason for this is that the NaCl-H2O system is not well suited to describe the deep geothermal fluid in the Reykjanes system. Other fluid components, for example CO2 have a significant effect on phase relations at depth.

Leiðbeinendur: Enikö Bali and Edward W. Marshall IV

Ágrip á íslensku
Eldgosið í Fagradalsfjalli árið 2021 var fyrsta eldgos á Reykjanesskaga í nærri 1000 ár. Í hrauninu voru gabbró og anorthosite hnyðlingar sem samanstóðu að mestu leiti af plagíóklas með lágri prósentu af klínópýroxeni og snefil af ólivíni. Snefilefni úr útreiknaðri móðurkviku og aukaefni úr bráðarinnlyksum benda til þess að bráðir upprunar úr ólíkum samsetningum möttuls hafi verið til staðar við kristöllun. Allir utan eins hnyðlings hafa frumstæða efnasamsetningu, en sá eini var töluvert þróaðari. Þrýstingur fenginn úr klínópýroxen-bráðar þrýstikvarða snýna að kristöllun átti sér stað djúpt í skorpunni og breytileiki í áferð plagíóklas bendir til þess að hnyðlingarinir hafi komið úr ólíkum kvikuhólfum eða ólíkum stöðum sama kvikuhólfs. Áferð uppleysingar í jaðri hnyðlinganna bendir til þess að þeir hafi ekki verið í jafnvægi við kvikuna umhverfis þá. Dílar í móðurkvikunni deila sömu efnasamsetningu og hnyðlingarnir og gætu þeir hafa losnað úr hnyðlingunum á uppleið. Hnyðlingar eru einskonar pokar af hægkólnandi bráð í botni skorpunnar sem losna úr læðingi þegar ólíkar kvikur fara um kvikuhólf, sem gerir ólíkum kristöllum úr mörgum kvikuhólfum kleift að blandast, storkna saman sem hnyðlingar, losna þannig úr læðingi á ný og gjósa úr Fagradalsfjalli.

Ágrip á ensku

The 2021 eruption of Fagradalsfjall was the first eruption on the Reykjanes Peninsula in nearly 1000 years. Hosted in the lavas were gabbro and anorthosite xenoliths that were dominantly composed of plagioclase with small percentages of clinopyroxene and trace amounts of olivine. Trace elements from calculated parental melt and minor elements from melt inclusions suggest that melts derived from various mantle sources were present during crystallization. All but one xenolith have primitive compositions, with the other significantly more evolved. Pressures derived from clinopyroxene-melt barometry show crystallization occurred within the lower crust and the variation in the plagioclase textures suggest the xenoliths were sampled either from different magma reservoirs or from different parts of the same reservoir. Dissolution textures on the xenolith boundaries imply that they were in disequilibrium with the carrier melt. Macrocrysts in the host lava share the same geochemistry as the xenoliths and could be the result of disaggregation of the xenoliths during assent. The xenoliths can be interpreted as pockets of slowly cooling melts at the base of the crust that become mobile with corrosive magma recharge, allowing crystals from multiple magma chambers to interact and freeze together only to remobilize and erupt in the Fagradalsfjall lava.