Eru hraunmolar úr nýja gosinu í Geldingadölum geislavirkir?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Eru hraunmolar úr nýja gosinu í Geldingadölum geislavirkir?
Þetta er ágætis spurning sem hægt er að svara á einfaldan hátt: Nýja hraunið á Reykjanesskaga er basalt og að vísu geislavirkt, en í svo litlum mæli að geislunin er með öllu hættulaus og einungis greinanleg með næmustu mælitækjum.

Þeir sem vilja fræðast meira um geislavirkni í bergi geta svo lesið afganginn af svarinu hér fyrir neðan.

Á Íslandi sjá Geislavarnir ríkisins um mælingar á geislavirkni og aðeins einu sinni hefur mælst hér umtalsverð náttúrleg geislun í bergi, í kísilútfellingum úr jarðhitavökva í holutoppi Reykjanesvirkjunar haustið 2015.^[1] Þarna er jarðhitavökvinn jarðsjór – upphitaður saltur sjór – sem skolar ýmsum dreifðum utangarðsefnum úr berginu sem hann seytlar um, meðal annars gulli, silfri og blýi.^[2] Við hreinsun á umræddri jarðhitaholu árið 2015 losnuðu 800 lítrar af kísilútfellingum sem úr voru tekin 19 sýni til greiningar. Hæstu mældu gildi geislunar frá einstöku sýni voru 418,4 Bq/g^[3] frá póloni (Po-210) og 80,3 Bq/g frá blýi (Pb-210). Þessi niðurstaða þótti ekki kalla á sérstakar varúðar-ráðstafanir starfsmanna.

Tafla 1: Helstu geislavirku frumefni í bergi.^[4]

Geislavirk frumefni í bergi eru einkum úran, þórín, kalín og rúbidín (tafla 1). Ólíkt til dæmis rúbidíni (Rb) sem sundrast í strontín (Sr) „í einu stökki“ mynda úran og þórín langa röð geislavirkra dótturefna sem enda loks í stöðugu blýi, hvert efnanna í sinni blýsamsætu (tafla 1). Meðal 26 hlekkja í hrörnunarröð U-238 eru Po-210 og Pb-210 sem mestan þátt áttu í geislun útfellinga í ofangreindri jarðhitaholu á Reykjanesi, en í hrörnunarröð allra þriggja efna, U-238, U-235 og Th-232, er jarðalkalímálmurinn radín (Ra) sem sundrast í geislavirka eðallofttegund, radon (Rn). Í húsum sem byggð eru á granítsvæðum eða úr graníti, bergtegund með tiltölulega háan styrk geislavirkna efna (tafla 2), vill radon safnast í kjallara húsanna vegna þess hve þung þessi lofttegund er, og andrúmsloftið verður hættulega geislavirkt. Radon-geislun mun vera helsta orsök lungnakrabbameins næst á eftir reykingum. Meðalvirkni radons í andrúmslofti jarðar er sögð vera 5-15 Bq/m³ (Becquerel per rúmmetra) og að fyrir hver 100 Bq/m³ aukningu vaxi hættan á lungnakrabba um 16%. Ólíkt Íslandi er þessi heilsuvandi vel þekktur í nálægum löndum, til dæmis í Skandinavíu og Bretlandi.

Öll efnin í töflu 1 eru utangarðsefni í basísku og útbasísku bergi, það er: við kristöllun finna þau sér ekki stað í kristalgrind þeirra meginsteinda sem mynda þessar bergtegundir. Í „þróaðra“ bergi, það er kísilríkara, er kalín aðalefni til dæmis í alkalífeldspati, KAlSi₃O₈. Rúbidín staðgengur fyrir kalín í ýmsum steindum, en öll efnin nema kalín eru snefilefni (styrkur < 0,01% = 100 ppm) í bergi. Við kristöllun safnast þau í síðustu bráðina (talnadálkur 2 í töflu 2) þar sem þau bindast loks í ýmsum „aukasteindum“ eins og zirkoni (ZrSiO₄) (mynd), títaníti (sphene, CaTiSiO₅) og apatíti (Ca-fosfat). Við uppbráðnun bergs fylgja utangarðsefnin fyrstu bráð.

Tafla 2: Styrkur geislavirkra efna í storkubergi.^[5]

Frumefni	Basískt og ísúrt berg	Súrt (kísilríkt) berg	Loftsteinar
Úran	0,1 – 2 ppm	0,5 – 10 ppm	0,0125 ppm
Þórín	0,4 – 8 ppm	1,5 – 25 ppm	0,0418 ppm
Kalín %	0,2 – 1,5%	4,5 +/– 0,5%	0,085+/–0,015%
Kalín ppm	2000–15000	45000 +/– 5000	850 +/– 150

Tölurnar í fyrstu tveimur talnadálkunum eru byggðar á miklum fjölda efnagreininga á bergi í jarðskorpunni. Þriðji dálkurinn (Loftsteinar) er meðaltöl greininga á þeim flokki „venjulegra kondríta“ sem gerður er úr ólivíni og lág-Ca pýroxeni (bronzít) og eru um 80% af fjölda þeirra loftsteina sem fundist hafa á jörðinni.

Þegar meta skal meðalsamsetningu hins 2900 km þykka jarðmöttuls er úr vöndu að ráða. Að vísu má finna sýnishorn úr efsta hluta hans til dæmis í ófíólítum (e. ophiolite), – tuga kílómetra þykkum hlunkum af hafsbotnsskorpu og efra möttli sem borist hafa upp á yfirborðið í jarðskorpuhreyfingum – og í bergbrotum (xenolites) sem kvika úr möttlinum hefur flutt upp á yfirborðið í eldgosum. Í annan stað má áætla samsetningu efra möttuls út frá samsetningu basalts sem varð til við uppbræðslu á möttulefni. Í þriðja lagi eru loftsteinar taldir vera sýnishorn af því efni sem myndaði jörðina og sólkerfið allt samkvæmt „aðsópskenningunni“ sem kennd er við 18. aldar hugsuðina Kant og Laplace. Þá hefur magn flestra frumefna lotukerfisins í sólkerfi okkar verið mælt með litgreiningu (spectroscopy), og loks hafa menn slegið á styrk geislavirkra frumefna í möttlinum út frá áætlaðri varmamyndun í möttlinum. En allt er þetta háð hugmyndum um gerð og þróun möttulsins, hversu einsleitur hann sé, og hve mikið af varmanum sem mældur er við yfirborð sé ættaður frá kjarnanum.

Í töflu 2 sést að í basalti og loftsteinum er hlutfallið Th/U = ~4 og hlutföll U og Th í basalti móti lofsteinum (U_B/U_L og Th_B/Th_L) = ~10. Með því að kalín er utangarðsefni líkt og úran og þórín, ættu svipuð hlutföll að gilda fyrir kalín. Svo er þó ekki, því kalín í loftsteinum virðist vera talsvert hærra en í efra möttli: Hlutfall K/Th í basalti er 5000 en 20335 í loftsteinum, og hlutall kalíns í basalti versus loftsteinum K_B/K_L = 2,35. Nýlega^[6] hefur komið fram sú hugmynd, byggð á tilraunum sem sýndu að við ofurþrýsting leysist kalín upp í járni, að miklu meira kalín (K) sé uppleyst í járnkjarna jarðar en áður var talið, og að þar sé að finna það kalín sem vantar í jörðinni miðað við styrk kalíns í bergsteinum, þeirri tegund loftsteina sem jörðin er talin hafa að mestu myndast úr. Þetta mundi breyta forsendingum varma-útreikninga.

Sumar fyrrnefndra geislavirkra steinda, einkum zirkon, eru sérlega stöðugar, standast bæði háan hita, þrýsting og hvers kyns hnjask og veðrun – myndin sýnir zirkon-innlyksur í bíótíti (Mg-glimmer) umkringdar lithverfum baug (pleochroic halo) af völdum α-geislunar. Zirkon-sandur er þekktur á ströndum fornra meginlanda, til dæmis Indlands og Ástralíu: við það að velkjast í öldunum eyddust korn annarra steinda hraðar en hinn staðfasti zirkon þannig að sandurinn varð með tímanum mein-geislavirkur.

En zirkon kemur víðar við, því með nýrri tækni er hægt að aldursgreina einstaka zirkon-kristalla, og jafnvel mismunandi hluta sama kristals, út frá U/Pb-hlutfalli: Árið 1918 birti breski jarðfræðingurinn Arthur Holmes grein þar sem hann lýsti þeirri hugmynd að undir Íslandi sé „flís“ af meginlandsskorpu Grænlands sem skýrt geti bæði það hve algengt ljósgrýti (líparít, ríólít) er á landinu, af úthafseyju að vera, og það að Ísland er yfirleitt ofansjávar. Sú hugmynd Holmes að súra bergið (ljósgrýtið) sé uppbrætt grænlenskt granít eða gnæs laut í gras um hríð árið 1965 (Sr-samsætur), en ný skýring kom 1970 á óeðlilegri tilveru Íslands: heitur möttulstrókur heldur uppi landinu en ekki eðlislétt Grænlandsskorpa.

En ekki er allt sem sýnist og um tíma virtist sem aldursgreiningar á zirkon-kristöllum í súru bergi frá Öræfajökli og Hvítserk í Borgarfirði eystri gætu endurvakið hina gömlu hugmynd Holmes – nú þannig að suðurendi Jan Mayen-hryggjarins teygi sig undir Austurland allt suður til Öræfajökuls: Upp kom óstaðfestur kvittur þess efnis að norskir vísindamenn hefðu látið aldursgreina zirkon úr bergi Öræfajökuls og hefði hann reynst miklu eldri en Ísland sjálft. Sú skýring var síðar gefin á þessu að íslenska sýninu hefði verið ruglað við zirkona frá S-Afríku. Og á fundi jarðvísindamanna í Bandaríkjunum árið 2006 skýrðu J. Paquette & fl.^[7] frá aldursgreiningu 16 zirkon-korna úr hinu 12,5 milljón ára fjalli Hvítserk, en zirkon-kristallarnir spanna aldurinn 126 – 242 milljón ára.Til að staðfesta þessa óvæntu niðurstöðu var sýnum enn safnað úr Hvítserki og nú gáfu 32 aldursmælingar á zirkon-kristöllum aldurinn 12,5+/-0,1 miljónir ára. Enn var um sýnarugl að ræða: Í grein Olgeirs Sigmarssonar í Náttúrufræðingnum segir að zirkonar frá miðlífsöld og taldir voru vera frá Hvítserk finnist ekki í berginu. Leiddar eru líkur að því að þeir séu frá árósum fljótsins Elbu í Norður-Þýskalandi.^[8]

Tilvísanir:

1. ^ Geislavarnir ríkisins. (2015, 13. nóvember). Nýjar mælingar á aukinni náttúrulegri geislavirkni í útfellingum frá Reykjanesvirkjun.
2. ^ Sigurður Steinþórsson. (2013, 8. nóvember). Af hverju finnst ekki gull í jörðu á Íslandi, er landið of ungt? Vísindavefurinn.
3. ^ Bq/g = Becquerel per gramm, mælikvarði á geislun: 1 Bq = 1 hrörnunaratburður á sekúndu. Henri Becquerel uppgötvaði geislavikni 1896.
4. ^ Radioactivity in Minerals
5. ^ S.P. Clark, Jr. (ritstj.): Handbook of Physical Constants. Geological Society of America Memoir 97, New York 1966.
6. ^ K. Lee & R. Jeanloz 2003. High-pressure alloying of potassium and iron: Radioactivity in the Earth's core? Geophysical Research Letters, 30(23), 2012.
7. ^ J. Paquette, O. Sigmarsson, M. Tiepolo 2006. Continental basement under Iceland revealed by old zircons. Haustfundur American Geophysical Union, Abstract V33A-0642.
8. ^ Olgeir Sigmarsson, 2024. Steindin sem aldrei var (og aldur Hvítserks á Austurlandi). Náttúrufræðingurinn, 94(1-2): 19-23.

Mynd:

• Dark crown.JPG. Höfundur myndar: Alessandro Da Mommio. Birt undir Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 International leyfi. (Sótt 10.8.2021).

...