23. nóvember 2017

Hugleiðingar um eldsumbrot í Öræfajökli​

Öræfajökull, myndbútur af Berggrunnskorti Íslands.

Það hefur varla farið fram hjá neinum að Öræfajökull er að rumska eftir tæpra þriggja alda svefn. Vísbendingarnar um það eru af þrennum toga;

  • verulega aukin jarðskjálftavirkni síðasta árið
  • landlyfting
  • augljós merki um jarðhitavirkni á síðustu vikum

Tvö fyrrnefndu atriðin, aukin skjálftavirkni og landlyftingar, eru dæmigerður forleikur eldgosa þótt slíkur forleikur endi oftar en ekki án eldgoss. Það er hins vegar rétt að gaumgæfa jarðhitavirknina í Öræfajökli og velta því fyrir sér hvað hún er að segja okkur.

Öræfajökull er ein nokkurra risastórra eldkeila sem prýða Ísland ásamt Eyjafjallajökli og Snæfellsjökli. Líklega má einnig fella Snæfell og Heklu í eldkeiluflokkinn. Öllum þessum eldstöðvun er það sameiginlegt að þær standa mjög hátt yfir umhverfi sitt og þeim fylgja engin umtalsverð jarðhitakerfi, hvorki í fjallinu sjálfu eða í næsta nágrenni þeirra. Flestum öðrum megineldstöðvum landsins fylgja öflug háhitasvæði með sprungukerfum sem teygja sig langt út fyrir megineldstöðina sjálfa, eins og til dæmis í Hengli, Torfajökulssvæðinu, Kötlu, Grímsvötnum, Öskju og Kröflu.

Háhitasvæði sækja orku sína til kólnandi innskota eða kviku ofarlega í jarðskorpunni, iðulega á fárra kílómetra dýpi eins og t.d. í Kröflu. Kalt grunnvatn seytlar niður að þeim, hitnar við snertingu við heit innskotin eða kvikuna og rís upp til yfirborðs sem heitt vatn eða gufa. Það er forsenda fyrir myndun háhitasvæða að kólnandi kvikuinnskot eða kvikuhólf séu grunnt í jörðu. Af því má svo álykta að grunnstæð kvikuhólf séu ekki til staðar í eldkeilunum heldur liggi þau mun dýpra í jarðskorpunni og neðan þess dýpis sem hringrás vatnsins nær til. Þannig myndast eldkeilurnar fyrst og fremst við það að kvika djúpt úr jörðu berst beina leið til yfirborðs en óverulegur hluti hennar situr eftir sem grunnstæð innskot sem ná að mynda háhitakerfi. Því eru engin háhitakerfi við eldkeilurnar.

Eldkeilan Öræfajökull er hæsta fjall landsins. Efst í fjallinu er um 5 kílómetra breið askja sem væntanlega hefur myndast einhvern tíma við stórgos í fjallinu. Hún er talin vera um allt að 540 m djúp og fyllt af jökulís. Engar vísbendingar eru um að þarna hafi menn orðið varir við umtalsverða jarðhitavirkni fyrr en í nóvembermánuði 2017. Þá fór að finnast brennisteinslykt við Kvíá og sigketill tók að myndast í miðri öskjunni. Hvort tveggja ber þess skýr merki að nýtt háhitasvæði hafi orðið til í miðri öskju Öræfajökuls undir 400-500 m þykkri ísbreiðu.

Út frá bráðnun íssins má leggja mat á það hversu öflugt þetta nýja hitakerfi er. Sigketillinn er talinn vera um 1 km í þvermál og ef við segjum að meðaldýpt hans sé 10 m, eðlismassi íss 900 kg/m3, bræðsluvarmi íss sé 335 kJ/kg og að bráðnunin hafi staðið yfir í einn mánuð fæst að varmaafl þessa nýja jarðhitasvæðis er um 900 MW. Þá er miðað við að bráðnunin hafi byrjað þegar skjálftavirkni jókst um miðjan október. Ef við hins vegar gerum ráð fyrir að hún byrjað þegar skjálftavirkni tók að aukast í maí 2017 reiknast varmaaflið 150 MW. Með því að fylgjast með því hversu hratt sigketillinn dýpkar með tíma má fá nánari hugmynd um bræðsluhraðann.

Vegna landhæðar og dýpi á grunnvatnsborð má reikna með því að þessi orka berist upp að botni jökulsins sem heit gufa en ekki sem vökvi. Ef við gerum ráð fyrir að gufan sé um 250°C heit og varmainnihald slíkrar gufu er nálægt 2800 kJ/kg þá streyma ríflega 300 kg/sek af 250°C heitri gufu upp úr berggrunninum, bræðir ísinn og þéttist í hreint vatn. Með þessari gufu koma svo einhver kvikugös eins og brennisteinssambönd og koltvísýringur.

Ofangreindir reikningar byggjast á því að vatnið sem bráðnar á botni öskjunnar komist þaðan í burtu. Ólíklegt er að það komist í burtu ofanjarðar undir jökulísnum því það þyrfti fyrst að komast upp úr 400-500 m djúpri öskjunni og ekki er vitað um djúp skörð í öskjurimanum sem gætu veitt því útrás. Af því leiðir að vatnið verður að renna ofan í jörðina aftur eða það safnast einfaldlega fyrir á öskjubotninum undir ísnum. Ef vatnið streymir greiðlega ofan í jörðina aftur kemst hluti þess þar í snertingu við brennheitt berg eða kvikuinnskot, hitnar og rís aftur upp til yfirborðs og magnar þannig jarðhitavirknina en annar hluti þess kæmi fram sem aukið rennsli í ám og lækjum í hlíðum fjallsins. Miðað við að bráðnunin hafi staðið í 1 mánuð væri afrennsli bráðnunarinnar 3-4 m3/sek. en aðeins um 0,5 m3/sek. ef bræðslan hefur staðið yfir í 6 mánuði. Það er því ekkert víst að aukið vatnsrennsli vegna ísbræðslunnar kæmi áberandi fram sem aukið rennsli í ám og lækjum. 

Í því tilviki að vatnið komist ekki í burtu leiðir af því að rúmmálsminnkunin sem sigskálin ber vitni um er einungis til komin vegna þeirrar rúmmálsminnkunar sem verður við að ís bráðnar, að frádregnu því vatni sem þéttist úr jarðhitagufunni. Það þýðir svo að ísinn sem þarf að bráðna til að mynda sigdældina er um tífalt meiri en sem nemur rúmmáli sigdældarinnar. Í því tilviki væri afl jarðhitakerfisins 1500-9000 MW, háð því hve lengi bræðslan hefur staðið og miðað við að ekkert vatn slyppi út úr öskjunni. Það verður þó að teljast ólíklegt því ætla má að ung og óummynduð hraunlög í fjallinu séu hriplek þannig að mestur hluti vatnsins rynni í burtu sem grunnvatn. Hluti bræðsluvatnsins bærist þá aftur inn í hringrás hins nýmyndaða jarðhitakerfis en hluti þess kæmi fram í ám og lækjum í hlíðum fjallsins.
Nú er í raun ekki vitað hvenær bráðnunin hófst en gert hefur verið ráð fyrir því í útreikningunum að hún hafi staðið í einn mánuð, eða frá því að síðasta skjálftahrinan hófst seint í október 2017. Ef við göngum út frá því að skjálftavirknin sem jókst að ráði í maí 2017 marki upphaf bráðnunarinnar þá hefur bráðnunin staðið í 6 mánuði og aflið sem þá fæst er um sjötti hlut þess sem reiknað er hér að ofan. Ef við skoðum óvissubilið í þessum útreikningum fæst að lágmarksafl þessa nýja jarðhitakerfis í Öræfajökli er um 150 MW í því tilviki að allt bræðsluvatn hafi runnið í burtu jafnóðum og bræðslan staðið í 6 mánuði en allt að 9000 MW ef ekkert vatn hefur sloppið út og bráðnunin aðeins staðið í 1 mánuð. Líklega er sannleikurinn einhvers staðar þarna á milli.

Nær óhugsandi er að svona öflugt háhitakerfi verði skyndilega til á stað þar sem ekkert kerfi var áður nema kvika hafi borist mjög nærri yfirborði þar sem nógu gott aðstreymi er að köldu grunnvatni til að mjög virk vatnshringrás hafi myndast. Þótt merki um gosóróa hafi ekki sést á jarðskjálftamælum verður að telja yfirgnæfandi líkur á því að eldsumbrot séu farin af stað í Öræfajökli sem hafi þrýst súrri og seigfljótandi líparítkviku upp undir yfirborð bergsins undir öskjunni, svona svipað og þegar tannkrem er kreist úr túpu.

Af öllu þessu má svo álykta að eldsumbrot séu þegar hafin í Öræfajökli og spurningin snýst um hvort og þá hversu fljótt jarðeldurinn kemst upp til yfirborðs. Í öllu falli eru nokkuð miklar líkur á því að Öræfajökull gjósi innan tíðar.

Ólafur G. Flóvenz

Öræfajökull, myndbútur af Berggrunnskorti Íslands.

jardfraedikort.is