Er það rétt að kvikan sem kom upp við Fagradalsfjall 2021 sé ólík annarri kviku á Reykjanesskaga?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Er það rétt að kvikan sem kom upp við Fagradalsfjall 2021 sé ólík annarri kviku á Reykjanesskaga?
Í stuttu máli: 2021-hraunin við Fagradalsfjall eru við fyrstu sýn venjulegt basalt en reynast við nánari skoðun að ýmsu leyti frábrugðin flestum öðrum hraunum á Reykjanesskaga.

Sennilega hefur 2021-hraunið við Fagradalsfjall verið ítarlegast rannsakað allra hrauna á Reykjanesskaga, ekki síst vegna þess að á þeim 183 dögum sem gosið stóð voru reglulega tekin fersk sýni af hrauninu til greiningar. Þannig fékkst í fyrsta sinn í 780 ár tækifæri til að mæla þróun bergbráðar á Reykjanesskaga í tímaröð – raunar eru 6000 ár frá því síðast gaus í Fagradalsfjalls-eldstöðvakerfinu. Um niðurstöður þessara rannsókna birtust árið 2022 tvær greinar, Halldórsson o.fl. í Nature^[1] og Bindeman o.fl. í Nature Communications,^[2] og árið 2024 hin þriðja, Marshall o.fl. í AGU Advances.^[3] Halldórsson o.fl. og Marshall o.fl. eru í aðalatriðum sami rannsóknahópurinn, tengdur Háskóla Íslands og stofnunum hans sem og Veðurstofu Íslands.

Í ljós kemur að kvikan sem upp kom við Fagradalsfjall er að ýmsu leyti óvenjuleg en þó ekki fordæmalaus. Við fyrstu sýn virðast 2021-hraunin vera „venjulegt“ ólivín þóleiít (lág-alkalí basalt), algengasta bergtegund Reykjanesskaga og raunar allra heimsins hafsbotna. Nánari greining sýnir hins vegar að í 2021-hraununum er hærra MgO en í öðrum sögulegum hraunum á skaganum – nefnilega frá Reykjaneseldum 800–1240 sem tóku til annarra eldstöðvakerfa á Reykjanesskaga en Hengils- og Fagradalsfjalls-kerfa – og K₂O/TiO₂-hlutfall þeirra er hærra en annars staðar hefur mælst (2. mynd a,b).

Hátt MgO í basalti bendir til „frumstæðrar“ kviku, það er lítillar breytingar kvikunnar á leiðinni frá upphafsstað hennar í jarðmöttlinum, og kalí/títan-hlutfallið er merki um „auðgaða“ (hátt hlutfall) eða „sneydda“ kviku^[4] auk þess sem þetta hlutfall haggast lítt í hvers kyns bergfræðilegum ferlum sem að öðru leyti breyta samsetningu kvikunnar.

Sá eiginleiki að varðveita merki uppruna síns, er einmitt það sem gerir 2021-hraunin bæði óvenjuleg og merkileg. Með nútíma vélbúnaði má greina aðalefni jafnt sem snefilefni og samsætur í heildarsýnum (möluðu grjóti), einstökum kristöllum, tilteknum hlutum kristals sem og í örsmáum glerinnlyksum í kristöllum – glerjuðu sýni kvikunnar sem kristallinn óx úr. Og frá þeim upplýsingum má meðal annars ákvarða, auk samsteningar kvikunnar, hvaðan (af hvaða dýpi) kvikan lagði upp í síðasta áfanga ferðar sinnar til yfirborðsins – í tilviki 2021-kvikunnar á 13–15 km dýpi sem er nálægt mótum skorpu og efri möttuls (Moho^[5]).

Mynd 3 sýnir tímaháðan breytileika hlutfallsins K₂O/TiO₂ þá 183 daga sem gosin við Fagradalsfjall stóðu. Í upphafi sýnir hlutfallið sneydda kviku (sjá einnig 2. mynd) sem síðan auðgast nokkuð reglulega fyrstu 40 daga gossins en sveiflast síðan kringum 0,25 til loka þess. Breytingar í hlutfallinu verða aðeins skýrðar með misleitni í möttulefninu sem kvikan hefur bráðnað úr, fjórum þáttum samkvæmt Bindeman o.fl. ekki færri en fjórum samkvæmt Marshall o.fl.

Efnasamsetning kvikunnar sem upp kom við Fagradalsfjall 2021 breyttist ört í gosinu, jafnvel frá degi til dags og breytileiki innan þeirra varð meiri en samanlagður breytileiki allra hraunanna frá Reykjaneseldum 800-1240. Ólíkt þessu er til dæmis Holuhraun 1914-15, svo rúmmálsmikið sem það er, mjög einsleitt að samsetningu,sem rakið er til útjöfnunar („hræringar“) í kvikuhólfi á 7-8 km dýpi undir öskju Bárðarbungu.^[6]

Djúpur uppruni 2021-kvikunnar, sú staðreynd að mismunandi efnisgerðir hafa haldist tiltölulega aðskildar á langri leið, og að enginn jarðhiti kemur fram við Fagradalsfjall hefur verið túlkað þannig að (a) ekki er sameiginlegt kvikuhólf undir eldstöðinni, (b) allra síst grunnt (jarðhiti), (c) í stað eins kvikuhólfs eru mörg smærri á svæði kringum Moho með bráðum frá mismunandi dýpi og efnisgerð í misleitum efra möttli sem (d) leggja til í ýmsum hlutföllum efni sem fyllti kvikugang og eldgos.

Af ríkjandi sprungustefnu Reykjanesskaga, og staðfest af InSAR-mælingum, má ráða að 2021-kvikan kom upp um lóðréttan gang, sennilega um 15 km djúpan frá mótum skorpu og efri möttuls (Moho). Möttullinn undir Reykjanesskaga er lárétt flæði frá efsta hluta möttulstróks undir miðju landinu, efni sem þegar hefur bráðnað úr mikil basaltkvika, mest úr efri hlutanum. Því má ætla að möttulefnið sé „sneytt“ hið efra en „auðgað“ neðar; ein hugmynd er sú að við frekari bráðnun vegna þrýstiléttis af völdum skorpugliðnunar hafi kvika úr sneyddu möttulefni efst í möttlinum safnast í kvikuhólf við Moho-mörkin en síðan hafi bæst við auðgað efni af meira dýpi og loks orðið ríkjandi – sem skýri meðal annars auðgun kvikunnar fyrstu 40 dagana.

Hvernig svo sem menn hugsa sér þetta ferli er meginmálið það að 2021-hraunin eru næsta einstök sýni af mismunandi möttulbráðum, ómenguð af efnaskiptum við grannberg og ótrufluð af hverskyns bergfræðilegum ferlum sem verða í grunnstæðum kvikuhólfum „þroskaðra“ megineldstöðva

Tilvísanir:

1. ^ Halldórsson, S.A., Marshall, E.W., Caracciolo, A. & 27 aðrir. (2022). Rapid shifting of deep magmatic sources at Fagradalsfjall volcano, Iceland. Nature 609: 529–534. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04981-x
2. ^ Bindeman, I.N., Deegan, F.M., Troll, V.R & 6 aðrir. (2022). Diverse mantle components with invariant oxygen isotopes in the 2021 Fagradalsfjall eruption, Iceland. Nature Communications 13: 3737. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31348-7
3. ^ Marshall, E.W., Caracciolo, E., Bali, S.A & 16 aðrir, 2024. The petrology and geochemistry of the 2021 Fagradalsfjall eruption, Iceland. An eruption sourced from multiple, compositionally diverse, near-Moho sills. AGU Advances 5 nr. 6: 1–28. https://doi.org/10.1029/2024AV001310
4. ^ Hugtökin „auðgaður“ (e. enriched) og „sneyddur“ (e. depleted) möttull eða basalt vísar til styrks og hlutfalla utangarðs-snefilefna og geisla-samsætna. Á 2. & 3. mynd sést hve „auðguð“ 2021- hraunin urðu á fyrstu 40 dögum gossins og héldust svo til loka.
5. ^ Moho, stytting á „Mohorovicic discontinuity“ – breyting á hraða skjálftabylgna á mótum skorpu og möttuls, kennd við serbneska skjálftafræðinginn Andrija Mohorovicic (1857–1936).
6. ^ Halldórsson, S. A., Bali, E., Hartley, M. E. & 18 aðrir. (2018). Petrology and geochemistry of the 2014-2015 Holuhraun eruption, central Iceland: compositional and mineralogical characteristics, temporal variability and magma storage. Contributions to Mineralogy and Petrology, 173, 64. https://doi.org/10.1007/s00410-018-1487-9

Myndir:

• Mynd 1. Náttúruvá á Íslandi: Eldgos og jarðskjálftar. (2013). bls. 379.
• Mynd 2. Halldórsson, S.A., Marshall, E.W., Caracciolo, A. & 27 aðrir. (2022). Rapid shifting of deep magmatic sources at Fagradalsfjall volcano, Iceland. Nature 609: 529–534. https://doi.org/10.1038/s41586-022-04981-x
• Mynd 3. Marshall, E.W., Caracciolo, E., Bali, S.A & 16 aðrir, (2024). The petrology and geochemistry of the 2021 Fagradalsfjall eruption, Iceland. An eruption sourced from multiple, compositionally diverse, near-Moho sills. AGU Advances 5 nr. 6: 1–28. https://doi.org/10.1029/2024AV001310

Upprunalega spurningin hljóðaði svona: Er það rétt að kvikan sem undanfarið hefur komið upp á Reykjanesskaga sé ólík annarri kviku á skaganum?

Svar við henni birtist fyrst 8.2.2024 en í ljósi nýrra rannsókna var skrifað nýtt svar....