Doktorsvörn í jarðeðlisfræði - Chiara Lanzi

Streymi á Zoom

Doktorsefni: Chiara Lanzi

Heiti ritgerðar: Bætt líkangerð af jarðskorpuhreyfingum í tengslum við ferli sem eiga sér stað í rótum eldstöðva og í jarðhitakerfum (Improving modelling of crustal deformation in relation to magmatic and geothermal processes)

Andmælendur:
Dr. Alessandro Bonforte, sérfræðingur við National Institute of Geophysics and Volcanology, Etna volcano observatory í Catania á Ítalíu

Dr. Emily Montgomery-Brown, jarðeðlisfræðingur og sérfræðingur í aflögun eldfjalla við Cascades Volcano Observatory, U.S. Geological Survey í Bandaríkjunum

Leiðbeinandi: Dr. Freysteinn Sigmundsson, rannsóknaprófessor við Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands

Einnig í doktorsnefnd:
Dr. Halldór Geirsson, prófessor við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands
Dr. Michelle Parks, sérfræðingur í jarðskorpuhreyfingum og vöktun eldfjalla hjá Veðurstofu Íslands
Dr. Vincent Drouin, sérfræðingur í bylgjuvíxlmælingum með ratsjárgervitunglum og jarðskorpuhreyfingum hjá Veðurstofu Íslands

Doktorsvörn stýrir: Dr. Andri Stefánsson, prófessor og deildarforseti Jarðvísindadeildar HÍ  

Ágrip

Aukinn skilningur á minniháttar jarðskorpuhreyfingum er mikilvægur til að bæta vöktun eldfjalla og draga úr áhrifum af náttúruvá af þeirra völdum. Munstur jarðskorpuhreyfinga í tíma og rúmi var mælt með GNSS-landmælingum (e. Global Navigation Satellite System geodesy) og bylgjuvíxmælingum úr ratsjárgervitunglum (e. InSAR, Interferometric analysis of Synthetic Aperture Radar), sem gerir kleift að mæla smáar hreyfingar jarðskorpunnar (af stærðargráðunni millimetrar og sentimetrar). Líkangerð var notuð til að finna uppsprettur jarðskorpuhreyfinganna og eiginleika þeirra með því að beita andhverfum vörpunum, eða með beinum samanburði mældra jarðskorpuhreyfinga við niðurstöður reiknilíkana, með það að markmiði að auka skilning á ferlum sem eiga sér stað á eldfjöllum og jarðhitasvæðum sem og tektónískum ferlum.

Sumarið 2018 mældist breyting á munstri jarðskorpuhreyfinga í Kröfluöskjunni, á sama tíma og þrýstingsbreytingar mældust í borholu sem notuð er til að vakta jarðhitakerfið í Kröflu. Þetta gerðist á svipuðum tíma og breytingar voru gerðar á niðurdælingu vatns í jarðhitakerfið í tengslum við jarðhitanýtingu. Mismunur á GNSS og InSAR hraðasviðum á Kröflusvæðinu fyrir tímabilin 2015-2018 og 2018-2020 sýnir þenslu með láréttar færslur jarðskorpunnar allt að 8–10 mm/ári.

Skýra má jarðskorpuhreyfingarnar sem afleiðingu af þrýstiaukningu í litlu kúlulaga rúmmáli (e. point-source) á 2.1–2.5 km dýpi undir Kröfluöskjunni, nálægt mörkum jarðhitakerfis og kviku. Ef tekið er tillit til fjaðureiginleika jarðskorpunnar innan öskjunnar og hvernig þeir eru breytilegir frá því sem gerist í nágrenni öskjunnar þá getur þrýstiaukning af svipaðri stærðargráðu og mældist í vöktunarborholunni útskýrt að mestu jarðskorpuhreyfingarnar.

Einnig var rannsakað hvernig fjaðrandi og seigfjaðrandi eiginleikar jarðskorpu og möttuls í eldstöðvakerfum á flekaskilum hafa áhrif á jarðskorpuhreyfingar vegna svæðisbunda ferla í jarðskorpunni eins og flekareks. Unnið var reiknilíkan með bútaaðferð (e. FEM; Finite Element Method) og seigfjaðrandi efnishegðun til að líkja eftir efnishegðun undir öskjum og gliðnunarbeltum. Líkanið sýnir að samspil á milli staðbundinna efniseiginleika í rótum eldstöðva og krafta vegna flekahreyfinga getur leitt til landsigs á eldvirkum svæðum. Slíkt samspil getur skýrt stóran hluta landsigs sem mældist í eldstöðvakerfi Kröflu 2015-2018, en aðeins 20-30% af landsigi sem mældist í Öskju á sama tímabili.

Loks var rannsökuð þróun landsigs (~40-60 mm) í 2021 eldgosinu í Fagradalsfjalli og metið hvernig breytingar á jarðskorpuhreyfingum tengjast breytingum á kvikustreymi, efnasamsetningu gosefna og gosvirkni. Metin voru áhrif fergingar vegna hraunsins sem myndaðist og niðurstöður sýna að fergingin hefur áhrif á landsig innan við 1-2 km frá hrauninu. Líkangerð með andhverfri vörpun þar sem tekið var tillit til fergingarinnar sýnir að jarðskorpuhreyfingarnar má skýra með sillulaga líkani í fjaðrandi hálfrúmi á 12-14 dýpi sem dregst saman um 21-27 milljón rúmmetra.

Rannsóknarvinnan sýnir að þörf er á að taka tillit til flókinna jarðfræðilegrar aðstæðna á eldfjöllum þegar minniháttar jarðskorpuhreyfingar eru túlkaðar og að samspil margra mismunandi ferla getur skýrt mælt munstur jarðskorpuhreyfinga.

 

Um doktorsefnið

Chiara Lanzi er fædd árið 1994 í Alatri á Ítalíu og hún ólst í nálægum bæ, Torre Cajetani.

Hún lauk BS-gráðu í jarðfræði frá La Sapienza háskólanum í Róm og lauk MS-gráðu jarðfræði frá sama skóla í mars 2019.

Chiara hóf doktorsnám við Háskóla Íslands haustið 2019 og hefur hún starfað sem sérfræðingur í eldfjallaaflögun við Veðurstofu Íslands síðan í október 2024 .