Doktorsvörn í jarðfræði - Robert Alexander Askew

Doktorsefni: Robert Alexander Askew

Heiti ritgerðar: Breiðdalseldstöðvarkerfið. Hvort kom fyrst: megineldstöðin eða sprungusveimurinn?

Andmælendur: Dr. Valentin Rudolf Troll, prófessor í bergfræði við Jarðvísindadeild Uppsalaháskóla í Svíþjóð.
Dr. Brian Bell, lektor við land- og jarðvísindasvið Háskólans í Glasgow, Skotlandi.

Leiðbeinandi: Dr. Þorvaldur Þórðarson, prófessor í eldfjalla- og bergfræði við Jarðvísindadeild Háskóla Íslands.

Einnig í doktorsnefnd: Dr. Ármann Höskuldsson, rannsóknarprófessor í eldfjallafræði við Jarðvísindastofnun Háskólans.

Dr. Phillip Gans, prófessor í strúktúrjarðfræði við Jarðvísindadeild University of California Santa Barbara, Bandaríkjunum.

Doktorsvörn stýrir: Dr. Magnús Tumi Guðmundsson, prófessor og deildarforseti Jarðvísindadeildar Háskóla Íslands.

Ágrip

Eldstöðvakerfið sem er kennt við Breiðdal á Austurlandi samanstendur af c.a. 600 km³ megineldstöð, með rúmmál metið upp á, og 30-40 km löngum gangasveim sem framleiddi ofan og umliggjandi flæðibasalthraun. Eldstöðvakerfið var virkt á tímabilinu frá 10,1 til 7,8 milljónum ára (Ma), megineldstöðin frá 10,1 til 9,1 Ma. Gangasveimurinn byrjaði að myndast fyrir c.a. 9.9 Ma og var virkur næstu 2,3 milljónir ár. Megineldstöðin er að mestu gerð úr basalthraunum frá gosum á tímabilinu 10.1 Ma til c.a. 9,6 Ma sem hlóðu upp ytri hlíðar fjallsins. Þróaðri hraun úr basaltísku íslandíti og íslandíti mynduðust einnig á þessum tíma og þá einkum á tímabilinu 9,9-9,7 Ma þegar 400 m þykk syrpa af íslandíthraunum staflaðist upp í suðausturhlíðum fjallsins. Þessar ísúru kvikur mynduðust sennilega við hlutkristöllun á kvikunni sem lagði til basísku hraunin í árdaga eldstöðvarinnar og benda til þess að einhvers konar kvikugeymsla (kvikuhólf?) hafi þá þegar myndast undir megineldstöðinni.

Rýólít-eldvirkni hófst í Breiðdalsmegineldstöðinni fyrir um 9,6-9,5 Ma sem leiddi af sér myndun öskju í toppi fjallsins. Askjan, sem er að stórum hluta fyllt af vikurbrexíu, hélt áfram að þróast í þeim eldgosum sem fylgdu í kjölfarið. Rýólít-kvikur Breiðdalseldstöðvarinnar virðast hafa myndast við hlutbráðnun á vatnaðri basaltskorpu og drifu áfram sprengigosavirknina í eldstöðinni. Askjan í Breiðdalseldstöðinni var 8-10 km í þvermál og allt að 500 m djúp og er fyllt af gosmyndunum súrra sprengigosa og hraungosa ásamt seint tilkomnum basískum og ísúrum innskotum. Gjóskumyndanirnar í öskjufyllunni urðu á þessum tíma fyrir verulegu rofi og endurflutningi, sennilega að mestu vegna úrkomu. Um tíma voru lítil „öskjuvötn“ inni í öskjunni og setið í öðru þeirra hefur varðveitt steinrunnin för eftir vatnalífverur. Ofan á gosmyndanir öskunnar leggst „Toppmyndunin“ (e. Summit Group), sem er syrpa af lárétt liggjandi stafla sem er byggður upp af hraunum, gjóskuhlaupaseti, og gjósku sem mynduðust í eldgosum í kringum 9,3 Ma og inniheldur í minna mæli setlagamyndanir. Á svipuðum tíma mynduðust rýólíthraun í hraungosum á ytri hlíðum eldstöðvarinnar og þar eru mest áberandi Suðaustur-Rýólít-Hraunasyrpan (e. South East Rhyolite Group) sem krýnir fjallagarðinn sem skilur að Berufjörð og Breiðdal og síðan samsetta hraunið (e. composite lava) neðarlega í suðurhlíðum eldstöðvarinnar og rekja má með Fossárfjalli og yfir í Fossárdal. Þessi rýólít-eldvirkni var öll um 9.1 Ma.

Gangasveimurinn byrjaði að myndast tvö hundruð þúsund árum seinna en megineldstöðin og var virkur frá 9.8 Ma til 7,8 Ma. Berggangarnir eru að mestu basískir og eflaust tengist myndun sumra þeirra myndun flæðibasalthraunanna sem umlykja og leggjast ofan á Breiðdalseldstöðina. Eldstöðin grófst í hraun á nokkrum hundrað þúsund árum og virkni lognaðist út af í Breiðdal fyrir um 7,8 Ma.

Kulnuðu eldstöðvarkerfin Þingmúli, Breiðdalur og Álftafjörður voru öll virk á svipuðum tíma, eða á tímabilinu 11 Ma til 8 Ma og með til hlýðandi skörun í eldvirkninni. Kerfin sem eru kennd við Reyðarfjörð og Streitishvarf eru eldri, eða um 12-11 Ma. Öll kerfin eru þóleiítísk og framleiddu kvikur sem eru heldur auðugri af utangarðsefnum en dæmigerðar úthafshryggja kvikur (þ.e. MORB). Samsætugreiningar á sýnum sem var safnað innan þessara kerfa sýna að Breiðdals-, Þingmúla- og Streitishvarfskerfin eru óaðgreinanleg, sem bendir til þess að basaltkvikur þessara kerfa eigi rætur sínar að rekja til upptaka með sömu samsetningu og það þrátt fyrir aldursmuninn á síðastnefnda og hinum tveimur fyrrnefndu kerfum. Basaltkvikur Reyðarfjarðarkerfisins, sem liggur nyrst af þessum kerfum, virðast komnar frá upptökum sem eru heldur snauðari í utangarðsefnum, á meðan basaltkvikur syðsta kerfisins, sem er kennt við Álftafjörð, er heldur auðugari í utangarðsefnum. Þessar niðurstöður benda til þess að það sé staðbundinn munur á samsætusamsetningu upptakasvæða kvikunnar sem komu upp í þessum eldstöðvarkerfum á sínum tíma, ekki ósvipað þeim mun sem er til staðar í dag innan virkra gosbelta á Íslandi. Einnig fylgir með uppfært jafnaldurkort af Austfjarðarstaflanum og kort sem sýna svæðisbundnar breytingar í efnasamsetningu hraunlagastaflans.

Um doktorsefnið

Robert Askew er fæddur 1989 og uppalinn í Norðaustur-Englandi. Hann flutti til Skotlands þegar kom að háskólanámi þar sem hann hlaut meistaragráðu í jarðvísindum frá Edinborgarháskóla áður en hann færði sig um set til Íslands til þess að hefja sitt doktorsnám. Robert starfar hjá Náttúrufræðistofnun.