Hversu mikið afl er í eldgosum?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hversu mikið afl er í eldgosum?
Fá fyrirbæri á jörðu eru aflmeiri en stórt eldgos í algleymingi. Kvikustreymi í öflugustu gosum hér á landi er líklega um hundrað þúsund rúmmetrar á sekúndu, en flest gos eru þó miklu minni. Rúmmálið getur verið ónákvæmur mælikvarði á efnismagnið. Magn kvikugasa (vatnsgufu, koltvíoxíðs, brennisteins) er mjög mismunandi, háð efnasamsetningu kvikunnar. Eftir því sem gasinnihaldið er meira, eykst blöðruhlutfall og þar með lækkar eðlismassinn. Því er oft miðað við massaflæði á tímaeiningu (kíló á sekúndu). Í stórum gosum á Íslandi á síðustu öldum (Skaftáreldar 1783, Askja 1875, Hekla 1947) hefur kvikuflæðið náð 25-100 milljón kílóum á sekúndu. Í Heklugosinu 1947 var talið að fyrstu klukkustundirnar hefðu um 75.000 rúmmetrar gosefna (aska og vikur) streymt upp úr gígnum á sekúndu,^[1] sem er svipað og vatnsrennsli í meðalstóru Kötluhlaupi.

Orka á sér margar myndir. Hún er mæld í einingunni Joule (J)^[2] þar sem 1 Joule er sú orka sem þarf til að lyfta einu kílói upp um 10,2 sentimetra við yfirborð jarðar. Algeng form orku eru varmaorka, hreyfiorka, stöðuorka, efnaorka og raforka. Efnaorka og raforka koma lítið við sögu meðan á eldgosum stendur. Í kröftugu sprengigosi geta kvika og gas þeyst út í andrúmsloftið á meira en hljóðhraða. Því mætti ætla að hreyfiorka væri mjög mikilvæg í ljósi þess að hún er háð hraða gosefna í öðru veldi. Þegar stærðir eru skoðaðar nánar, kemur þó í ljós að enda þótt ýmsir orkuþættir séu stórir, eru þeir samt sem áður mjög litlir í samanburði við varmaorkuna. Þetta merkir að orkan liggur í hita gosefnanna, en hreyfiorka og stöðuorka eru varla nema 1-3% af heildarorkunni. Hreyfiorka í flæðigosum er hlutfallslega hverfandi, því að heit gosefnin flæða þá fremur hægt á yfirborði, án mikils gosmakkar. Varmaorka er háð hita og magni gosefnanna, auk eðlisvarma þeirra, en það er orka sem losnar við kólnun eins kílós gosefna um eina gráðu. Sama magn af basískri kviku hefur heldur meiri varmaorku en súr, þar sem hún er heitari og eðlisþyngri.

Í umfjöllun um eldgos þarf að gæta þess að rugla ekki saman orku og afli. Orka lýsir heildarvarmamagni gosefnanna, en afl (mælt í wöttum – W)^[3] segir til um hve mikil orka flyst til eða losnar á sekúndu. Tvö eldgos skila sömu heildarorku ef gosefni eru eins, jafnheit og sama magn kemur upp í báðum. Mikill munur getur hins vegar verið á afli, ef annað gosið stendur lengi en hitt í stuttan tíma. Afl stutta gossins er þá meira, því að það skilar sömu orku á styttri tíma. Í flestum gosum er upphafshrinan öflugust, síðan hjaðnar gosið, en getur staðið í daga, vikur, mánuði eða ár. Áhrif flestra sprengigosa ráðast fyrst og fremst af afli upphafshrinunnar, því að hæð gosmakkar og dreifing gjósku er algerlega háð aflinu. En hvert er þá afl eldgosa? Því verður best lýst með því að taka nokkur dæmi.

Öflugasta eldgos á Íslandi á 20. öld var Heklugosið 1947. Þá komu um 0,135 rúmkílómetrar af vikri og gjósku upp úr fjallinu á hálftíma eða um 75.000 rúmmetrar á sekúndu.^[4] Þetta efni var létt í sér, eðlismassi þess 620 kíló á rúmmetra. Auðvelt er að reikna út að þetta kvikustreymi samsvarar aflinu 50 milljón MW.^[5] Til samanburðar má taka Kárahnjúkavirkjun, en afl hennar eru 700 MW. Afl Heklugossins þennan hálftíma var því á við rúmlega 70.000 Kárahnjúkavirkjanir! Eldgosið í Gjálp í Vatnajökli í október 1996 bræddi einn og hálfan rúmkílómetra af ís á þremur sólarhringum í upphafi gossins. Ekki nýttist öll varmaorkan til ísbræðslu á þessum þremur sólarhringum, en sé gert ráð fyrir að um 70% hennar hafi náð því, fæst að meðalafl Gjálpargossins var um þrjár milljónir MW, sem er 4300 sinnum afl Kárahnjúksvirkjunar. Á hliðstæðan hátt má sýna fram á að tiltölulega lítið Grímsvatnagos, eins og það sem varð 2004, hafi haft afl sem nemur um 1500 Kárahnjúkavirkjunum fyrsta klukkutímann.^[6] Rétt er að hafa í huga hér að þessar tölur eiga við tiltölulega stuttan tíma þegar gosin voru í hámarki.

Tilvísanir:

1. ^ Sigurður Þórarinsson, 1968. Heklueldar. Sögufélag, Reykjavík.
2. ^ Eftir enska eðlisfræðingnum og brugghúseigandanum James Prescott Joule (1818-1889)
3. ^ Eftir skoska uppfinningamanninum James Watt (1726-1819).
4. ^ Sama heimild og í nr. 1.
5. ^ Magnús Tumi Guðmundsson, 2005. Eldgos: Orka, afl og uppdrif. Verpill, 6-10.
6. ^ Sama heimild og í nr. 5.

Mynd:

• Bárðarbunga Volcano, September 4 2014 | Unedited photos take… | Flickr. Höfundur myndar:peterhartree. Birt undir creative Commons Attribution-ShareAlike 2.0 Generic leyfi. (Sótt 9.3.2021).

---

Þetta svar er úr bókinni Náttúruvá á Íslandi: Eldgos og jarðskjálftar (2013) og birt með góðfúslegu leyfi. Það er lítillega aðlagað Vísindavefnum. Seinni myndin er fengin úr sama riti.

Spurningu Þórhalls er hér svarað að hluta....