ISVOLC rannsóknarverkefnið

Áhrif hopandi jökla í kjölfar loftslagsbreytinga á jarðskjálfta og eldvirkni

(Effects of climate change induced Ice-retreat on Seismic and VOLCanic activity)

Í ISVOLC verkefninu vinnur alþjóðlegur hópur vísindamanna (yfir 20 vísindamenn frá 11 stofnunum) að því að rannsaka jöklabreytingar, jarðskorpuhreyfingar vegna þeirra, og áhrif þessara ferla á jarðskjálfta og eldvirkni. Verkefnið hlaut öndvegisstyrk frá Rannsóknarsjóði 2023, hefst 1. apríl 2023 og er til þriggja ára. Verkefnið er leitt af Michelle Parks á Veðurstofu Íslands ásamt Freysteini Sigmundssyni við Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands.

Jöklar á Íslandi hafa hopað síðan 1890 og líkön af framtíðarþróun þeirra sýna að þeir verða að mestu horfnir innan nokkurra hundraða ára. Það er þekkt að hopandi jöklar hafa mikil áhrif á jarðskorpuna og valda landrisi, samfara því að breyta kröftum og spennu í jarðlögum. Áhrif þessara breytinga á eldstöðvakerfi geta verið mikil og m.a. valdið því að meiri bergkvika myndist. Eldstöðvakerfi hulin jökli verða fyrir mestum áhrifum, en einnig jarðskorpa utan jökla. Eldvirkni getur aukist, eins og raunin varð í ísaldarlok á Íslandi. ISVOLC samtvinnar eldfjallafræði og jöklafræði til að rannsaka þessar umhverfisbreytingar.

Í verkefninu verður búinn til samþættur gagnagrunnur yfir rúmmálsbreytingar íslenskra jökla síðan 1890 með hárri upplausn í tíma og rúmi. Stuðst verður við mælingar á jörðu niðri og fjarkönnun, sem og líkanreikninga af loftslagi og ísflæði. Í framhaldinu verða svo þrívíð tímaháð líkön af jarðskorpuhreyfingum vegna jöklabreytinga fyrir allt Ísland útbúin, með hliðsjón af raunsæum strúktúr fyrir stinnhvolf og möttul.

Líkön af jarðskorpuhreyfingum vegna jöklabreytinga (GIA líkön; Glacial Isostatic Adjustment) verða notuð til að meta nýmyndun bergkviku undir landinu í tengslum við yfirstandandi hörfun jökla. Samþættar spennubreytingar vegna GIA ferla og kvikuhreyfinga vera einnig notaðar til að meta stöðugleika kvikuhólfa í rótum eldfjalla, og til að meta áhrif á jarðskjálftasvæði. Sviðsmyndir af áframhaldandi hörfun jökla verða notaðar til að áætla framtíðaráhrif á jarðskjálfa- og eldvirkni, til frekari skilnings á náttúruvá.

Rannsóknasvæði ISVOLC og ferli sem á að rannsaka: a) Kort of Íslandi með jöklum (hvítir), sprungusveimum (gulir) sem sýnir áherslusvæði: Katla (K), Askja (A), Grímsvötn (G), Bárðarbunga (B), Suðurlandsskjálftabeltið (SISZ) og Tjörnesbrotabeltið (TFZ). b) Ferli sem eiga sér stað í rótum eldfjalla vegna hörfunar jöklar. c) Landris (efri mynd) og rishraði með óvissu á völdum tímabilum (neðri mynd) á mælistöð JOKU í Jökulheimum (merkt með svörtum þríhyrningi á mynd a) vegna hörfunar jökla. Eftirtektarvert er hve óreglulegur rishraðinn er yfir tímabilið, en þessi óregla er eitt af því sem á að rannsaka í ISVOLC.

ISVOLC tilgátan

Megintilgáta verkefnisins er  að hörfun jökla hafi nú þegar haft áhrif á kvikuframleiðslu undir landinu, hvernig kvika ferðast neðanjarðar, að spennubreytingar vegna jöklarýrnunar hafi haft áhrif á stöðugleika kvikuhólfa og geti þar með valdið breytingu í lengd goshléa, sem og að áhrif séu á jarðskjálftavirkni. 

Til að rannsaka þessa tilgátu þá mun ISVOLC kanna sérstaklega áhrif jöklabreytigna á fjögur eldstöðvakerfi: Kötlu, Öskju, Grímsvötn, og Bárðarbungu, og tvö jarðskjálftasvæði:  Suðurlandsskjálftabeltið og Tjörnesbrotabeltið. Þessi svæði verða notuð sem náttúrulegar tilraunastofur til að rannsaka áhrif jöklarýrnunar á eldgos og jarðskjálfta.

ISVOLC verkþættir

Fjölmargir verkþættir eru tengdir saman í ISVOLC á skipulagðan hátt til að kanna ýmis atriði sem tengjast megintilgátu verkefnisins. Við ætlum að gera eftirfarandi:

• Útbúa samþættan gagnagrunn yfir rúmmálsbreytingar íslenskra jökla síðan 1890 með hárri upplausn í tíma og rúmi. Stuðst verður við fyrri mælingar og rannsóknir á massabreytingu íslenskra jökla, byggt á beinum mælingum og fjarkönnun, þar með talið loftmyndum.
• Búa til þrívíð tímaháð líkön af jarðskorpuhreyfingum vegna jöklabreytinga fyrir allt Ísland, með hliðsjón af raunsæum strúktúr fyrir stinnhvolf og möttul
• Hanna háþróuð þrívíddarlíkön af kvikukerfum í áherslu-eldstöðvakerfum. Tekið verður tillit til eininga bráðinnar bergkviku og blöndu hennar með kristöllum í kvikusvæðum undir eldfjöllum, sem og breytilegs streymis kviku.
• Tengja líkön af kvikukerfum og jarðskorpuhreyfingum vegna jöklabreytinga og búa til samþætt líkan sem lýsir áhrifum bæði af jöklarýrnun og kvikustreymi.
• Útbúa sviðsmyndir af framtíðarþróun massabreytinga Vatnajökuls, og nákvæmnislíkön af jöklarýrnun fyrir síðustu fjóra áratugi.
• Meta áhrif jöklabreytinga á nýmyndun bergkviku undir landinu, streymi bergkviku og stöðugleika kvikuhólfa.
• Meta áhrif jöklabreytinga á jarðskjálftavirni á tveimur meginskjálftasvæðum Íslands.

ISVOLC ransóknahópurinn: Stofnanir og vísindamenn

• Veðurstofa Íslands (Michelle Parks, Benedikt G. Ófeigsson, Vincent Drouin, Kristín Vogfjörð, Sara Barsotti) 
• Jarðvísindastofnun, Háskóli Íslands (Freysteinn Sigmundsson, Guðfinna Aðalgeirsdóttir, Halldór Geirsson, Finnur Pálson, Eyjólfur Magnússon, Chiara Lanzi, Siqi Li, Yilin Yang, Sonja H. M. Greiner, Catherine Grace O’Hara)
• Landmælingar Íslands (Joaquin M. M. C. Belart)
• Almannavarnadeild Ríkislögreglustjóra (Björn Oddsson)
• Háskólinn í Uppsala, Svíþjóð (Peter Schmidt, Rémi Vachon)
• Háskólinn í Gautaborg, Svíþjóð (Erik Sturkell)
• INGV, Ítalska jarðeðlisfræði- og eldfjallastofnunin, Ítalíu (Elisa Trasatti)
• ISTerre, Frakklandi (Fabien Albino)
• GNS Science, Nýja Sjálandi (Sigrún Hreinsdóttir)
• University of Cambridge, Bretlandi (John Maclennan)
• University of Leeds, Bretlandi (Andy Hooper, Josefa S. Araya)