Ótvíræð vísbending á Íó

Við höfum skoðað vísbendingar um uppruna hrauns með því að skoða 13 vísbendingar á tunglinu og á jörðinni. Ef þeir gerast á þessum stöðum, þá ættu þeir einnig að gerast á öðrum stöðum og við munum sjá vísbendingar um einmitt þetta. Fjórtánda vísbendingin sem fjallað verður um hér er ótvíræða vísbendingin um uppruna jarðskjálfta. Við finnum þessa vísbendingu um uppruna hrauns þegar við lítum yfir sólkerfið til að sjá eitt af merkilegustu dæmum um hraun-núnings líkanið að verki. Þessi ótrúlegi staður sem er eldvirkasti hnöttur sólkerfis okkar er tungl Júpiters, Íó. Íó er innsta tunglið af fjórum Galíleótunglum og hefur það stærsta og umfangsmesta eldvirkni sem þekkt er í sólkerfinu. Hver er leyndardómurinn af því að eldvirknin sé svona gríðarleg á Íó?

100 metra háar jarðfallabungur!

Eins og NASA orðaði það:

Massívar sjávarfallabungur á Íó eru um það bil 100 m háar, hærri en 40 hæða bygging! (Heimasíða NASA)

Yfirborð Íó rís og sígur um 100 metra – sem samsvarar lengd fótboltavallar – daglega, sem er um það bil 42 klukkutímar á Íó. Mynd hér að neðan sýnir kraftana að verki á Íó sem geta komið úr mismunandi áttum, allt eftir afstöðu Júpiters og hinna Galíleutunglanna. Vísindamenn vita að núningshiti vegna flóðkrafta gerast daglega á þessu tungli Júpiters vegna þess að þeir sjá það gerast. Hvaðan kemur sá kraftur sem orsakar slíkar hreyfingar á yfirborðinu?

Eftirfarandi tilvitnun um Íó er tekið úr einum af kennsluvefum NASA. Takið eftir orsökinni fyrir 100 metra jarðfallabungunum:

Hér eru þyngdarkraftar Júpiters og stóra tunglsins Ganýmedesar (með aðstoð frá tunglunum Evrópu og Kallistó) að leika sér í reipitogi, með Íó í hlutverki kaðalsins! Íó bungar út á tveimur stöðum líkt og [amerískur] fótbolti. (Heimasíða NASA).

Það sem er að gerast á Íó er mjög gott dæmi um þyngdarafls-núningslögmálið að verki. Hraunfamleiðsla þar er ekki vegna fræðilegarar kviku; hún er bein afleiðing núningshita. Flóðkraftar frá öðrum hnöttum valda þessum hita. Rannsakendur greina frá áhrifunum úr hnoðinu á Íó vegna togs þyngdarkrafta:

Á þessar mundir toga Júpiter og öll hin þrjú stóru tunglin á sömu hlið Íó. Braut hans beygir til að toga hann nær Júpiter. Íó aftur á móti er afmyndaður eins og [amerískur] fótbolti. (Heimasíða NASA).

Hvað hefur ‚afmyndun‘ í för með sér?

Öll þessi svignun orsakar uppsöfnun hita innan í Íó. Íó verður svo heitur að innan, að eitthvað af efninu í innviðunum bráðnar og sýður og reynir að sleppa út eins og það getur. Þannig að það sprengir holur á yfirborðinu! Þetta er það sem eldfjöll eru. Sumir þeirra á Íó hafa skotið heitum gasstróki 300 kílómetra upp í geim! (Heimasíða NASA).

Hversu mikinn hita losar Íó raunverulega? Hann kann að vera eldvirkasti hnötturinn í sólkerfinu, en hversu mikil bráðnun á sér raunverulega stað á yfirborði Íó? Rannsakendur sem rýndu í gögn frá Galileó geimfarinu sögðu árið 2004:

Það er líklegt að Íó sé að gefa af sér svo mikinn heildarhita, að besta útskýringin væri sú að eiginlega er allur hnötturinn þakinn hrauni sem er svo nýlegt, að það er enn að kólna, samkvæmt nýjum útreikningum. (Heimasíða Space Daily).

Í stuttu máli, núnings-hitalögmálið útvegar okkur uppruna hitans og þyngdarafls-núningslögmálið útvegar okkur gangverkið, eða uppruna hreyfinganna innan jarðskorpunnar sem knýja varmavél núningsins. Við tókum einnig tillit til niðurstaðnanna þessara tveggja lögmála, þar með talið hinna 13 sannanlegra vísbendinga. Þessar þrjár grundvallar hugmyndir eru það sem hraun-núnings líkanið samanstendur af, líkan sem útskýrir hvaðan hraunið á jörðinni raunverulega kemur og sem fjórtánda vísbending, tungl Júpiters, útvegar Íó ótvíræða vísbendingu um hraun-núnings líkanið.

Vísbendingin um jarðföll tunglskjálfta

Jarðfræðingar reiða sig á kvikukenninguna til að útskýra uppruna jarðskjálfta og gera þeir ráð fyrir að hægfara hreyfing í kviku inni í jörðinni valdi þessum jarðskjálftum. Krafturinn á bak við þessa hreyfingu er sagður vera uppstreymi kviku. Tunglið hefur einnig skjálfta, en ólíkt jörðinni, þá telja vísindamenn að tunglið eigi engan innra hita eftir:

Tunglið, hnöttur sem er miklu minni en jörðin, glataði innri hitanum sínum hlutfallslega snemma í sögu sinni. Það leiddi til þess að innri virkni þess hnattar hætti um það bil fyrir einum milljarð ára eða lengra síðan.  (The Age of the Earth: G. Brent Dalrymple, Stanford University Press, 1991, bls. 193).

Það eru engin eldfjöll eða virk hraunflæði á tunglinu – en þar eru tunglskjálftar. Maður spyr sig þá, ef tunglið hefur enga innri heita kviku til að valda skjálftum, hvers vegna eru þeir þá til? Úr bókinni Melting the Earth, lýsir höfundurinn því yfir að tunglið sé „dautt“ að innan og að „flóðkraftar frá jörðinni“ valdi lotum í tunglskjálftum:

Þegar skjálftamælar Apollo 12 mældu fyrstu tunglskjálftana í nóvember 1969, fengu vísindamenn beina staðfestingu á því að tunglið sé ‚dautt‘ að innan, að það eigi enga orku fyrir eldvirkni. Menn komust að því að tunglskjálftar eiga uppruna sinn um það bil 600 til 800 km undir yfirborðinu, eru mjög staðbundnir og eiga sér stað á um fjórtán daga millibili. Þeir eru greinilega hrintir af stað af flóðkröftum frá jörðinni. (Melting the Earth, The History of Ideas on Volcanic Eruptions: Haraldur Sigurðsson, Oxford University Press, 1999)

Þessir rannsakendur sögðu að flóðkraftar valdi „greinilega“ djúpum tunglskjálftum. Þúsundir tunglskjálftar sem mældir hafa verið í fleiri ár sanna á efa að djúpir tunglskjálftar eiga sér stað og að þeir hljóta að vera afleiðing flóðkrafta vegna þess að þeir gerast í lotubundnum hringrásum. Úr fjórðu Lunar Science ráðstefnunni:

Samanburður hefur leitt í ljós að margir langtíma skjálftakippir á tunglinu passa saman við hvort annað í nánast hverju smáatriði í gegnum alla bylgjuröðina. Borið hefur verið kennsl á fjörtíu og eina samstæðu af tilsvarandi viðburðum hingað til. Tilsvarandi skjálftamerki úr hverri samstæðu eru framleidd af endurteknum tunglskjálftum sem eiga sér stað á eins mánaðar fresti í einum af fjörtíu og einum upptakastað tunglskjálfta…

Sérhver upptakastaður skjálfta er virkur í aðeins fáeina daga á mánuði á einkennandi stigi í kvartalalotunni. Fjöldi tunglskjálfta sem mældir eru á virku tímabili eru á bilinu engum til fjóra. Nokkurn veginn jafn margir upptakastaðir skjálfta eru virkir á nánast gagnstæðum fasa í mánaðarlegu kvartalalotunni, sem er þá ábyrgt fyrir hinum mældu toppum tvisvar á mánuði í tunglskjálftavirkninni. (Moonquakes, meteroids, and the state of the lunar interior, G. Latham, J. Dorman, F. Duennebier, M. Ewing, D. Lammlein, Y. Nakamura, Proceedings of the Fourth Lunar Science Conference ,1973, Vol. 3, bls. 2521-2522).

Rannsakendur lýstu öðrum lotum flóðkrafta sem tengdar eru braut tunglsins með því að lýsa yfir að „ríkjandi upptök orku sem leysist úr læðingi sem tunglskjálftar“ samanstendur af „sjávarfallaorku“:

Þessi langvarandi minnkun í virkni virðist samsvara 6 ára sveiflu í álagi á sjávarföllum sem er afleiðing fráviks í hlutfallslegum fasatengslum á meðal nokkurra af kennistærðum á braut tunglsins. Hin sterku samsvörun á milli tímasetningu tunglskjálfta og orkulosun og sveifluvídd og lotur sjávarfalla tungls benda til þess að sjávarfallaorka er mikilvæg, ef ekki ríkjandi upptök orku sem leysist úr læðingi sem tunglskjálftar. (Moonquakes, meteroids, and the state of the lunar interior, G. Latham, J. Dorman, F. Duennebier, M. Ewing, D. Lammlein, Y. Nakamura, Proceedings of the Fourth Lunar Science Conference ,1973, Vol. 3, bls. 2521-2522).

Þess vegna eru skjálftar á tunglinu, sem eru svipaðir skjálftum á jörðinni, ekki orsakaðir af kviku innan í tunglinu, heldur af „sjávarfallaorku“ sem myndast vegna hringdans tunglsins í kringum jörðina.

Ef til vill ertu að furða þig á því hvers vegna tunglskjálftar valdi ekki eldgosum á tunglinu. Miðað við jörðina eru tunglskjálftar óvenju fátíðir samkvæmt skjálftagögnum sem mælar á tunglinu hafa safnað, en Apollo geimfarar settu þessa mæla þangað á milli 1969 og 1972. Af fjórum gerðum tunglskjálftum virtust aðeins grunnir skjálftar þýðingarmiklir, eða þeir sem eru innan 20-30 km dýpi. Skjálftamælarnir töldu 28 skjálfta á fimm ára tímabili, frá 1972 til 1977, með stærstu mælinguna sem 5,5 á Richterskvarðanum, samkvæmt NASA. Þó að þetta sé ekki tæmandi talning, þá sýnir hún, sem er takmörkuð við þau svæði sem Apollo geimförin staðsettu mælana, töluvert færri tunglskjálfta í samanburði við jarðskjálfta sem eiga sér stað á stærðargráðunni nokkrar milljónir daglega, samkvæmt jarðfræðimælingum Bandaríkjanna (USGS). Orka úr svo miklu minna magni af skjálftum kallar greinilega ekki fram sjáanlega eldvirkni á tunglinu í dag. Ein ástæðan fyrir því er að gagnheili jarðfræðilegu innviðirnir eru frábrugðnir þeim á jörðinni sem er með meiri vökvakennda innviði. Þar að auki snýst jörðin um sjálfa sig einu sinni á dag, en sama hlið tunglsins snýr alltaf að jörðinni. Þetta umfjöllunarefni, ásamt fleirum tengda tunglinu munu verða útskýrð bráðlega.

Vísbendingin um öndun jarðarinnar

Er jörðin að anda? Í jarðfræðilegum skilningi – já:

Nú, sumum grunar að jörðin sé einnig að ‚anda‘, þ.e. að þrýsta saman jarðskorpunni og þenja hana út einu sinni á ári. Þessi lota er augljósust í Japan, sögðu jarðeðlisfræðingar á fundinum, þar sem hún gæti verið ábyrg fyrir ‚jarðskjálftatímabil‘ landsins. Annars staðar gæti hún leitt til þess að sum eldfjöll fari að gjósa næstum einungis á milli september og desember. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Þessi grein úr tímaritinu Science, sýnir bara hversu sterk lotubundna samsvörunin getur verið. Í tilfellinu Pavlof, eldfjalli í Alaska, er 99% samsvörun:

GPS og spennumælar eru ekki einu hlutirnir sem virðast geta mælt öndun í plánetu. McNutt greindi frá því að hafa borið kennsl á fjögur eldfjöll – Pavlof í Alaska, Oshima og Miyake-jima í Japan og Villarica í Síle – sem greinilega gjósa aðallega á milli september og desember, með hærri líkur á gosi þá en 99% þrepið í Pavlof tilfellinu. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Vegna þess að jarðeðlisfræðingar sem eru fastir í hugmyndafræði kvikunnar, halda að jarðskjálftar koma úr kviku, virðast þeir vera tregir til að taka tillit til jarðskjálfta-þyngdarafls tengslanna, sem gerir það erfitt fyrir þá til að vera móttækilegir fyrir þýðingu lotubundinna viðburða:

Jarðeðlisfræðingar hafa venjulega forðast að tengja slíkt. ‚Hingað til höfum við hneigst að því að hafna hlutum án augljósra og sýnilegra gagnverka‘, sagði eldfjalla- og jarðskjálftafræðingurinn David Hill frá U.S. Geological Survey í Menlo Park, Kaliforníu. En eftir að Landers jarðskjálftinn 1992 í Kaliforníu náði að hrinda af stað skjálftum í hunduði kílómetra fjarlægð á enn leyndardómsfullan hátt, varð a.m.k. einn, Hill, móttækilegri og opnari. Hann sagði á fundinum, ‚Það sló að mér að það gæti verið eitthvað‘ við öndun jarðar og eldgos eða jarðskjálfta. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Jörðin er ekki eini hnötturinn sem er þekktur fyrir skjálfta. Apollo geimfarar skildu fjóra jarðskjálftamæli eftir á tunglinu, sem mældu um það bil 12.500 ‚tunglskjálfta‘ eða skjálftavirkni á 8. áratugnum. Hvaða vísbendingar eru til um tengsl þyngdarafls við tunglið?

Vísbendingin um afstöðu tungls í jarðskjálftum og eldgosum

Ef braut tunglsins um jörðina hefur áhrif á hreyfingu í jarðskorpunni, þá ættu að finnast tengsl á milli daglegrar snúning jarðarinnar, umferð tunglsins og jarðskjálfta. Við sjáum vísbendingar um þessi tengsl við virkasta eldfjall heimsins sem er á Havaí. Vísindamenn tilkynntu árið 1988 í Journal of Geophysical Research:

Á milli 1967 og 1983 riðu fjórar jarðskjálftahrinur yfir eldfjallið Kilauea, Havaí, sem stóðu yfir í 68 til 156 klukkutíma. Ferilskráning á fjölda viðburða á klukkutíma sýnir merkilega mótun sem endurtekur sig daglega eða tvisvar á dag… áhrif flóðkrafta virðist vera besta útskýringin fyrir þessari mótunarvirkni. (Tidal Triggering of Earthquake Swarms at Kilauea Volcano, Hawaii, Rydelek, Davis, Koyanagi, Journal of Geophysical Research, Vol. 93, NO B5, bls. 4401, 10. maí 1988).

Í apríl 2003 útgáfunni af Scientific American var grein um annað af einu virkasta og tilkomumesta eldfjalli heims, Etnu. Þetta eldfjall sem er þekkt í mannkynssögunni vegna eyðileggingar sem það hefur orsakað í aldarraðir, er staðsett á eynni Sikiley á Ítalíu. Þetta er það sem rannsakendur höfðu að segja um losun gufu úr Etnu:

Fyrir utan hraunflæði, framkallar Etna næstum stöðuga, taktbundna losun gufu, ösku og bráðnuðu bergi. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Gæti verið til hulin hringrás í eldvirkni Etnu sem tengist snúningslotu jarðarinnar eða braut tunglsins?

Í febrúar 2000 áttu heiftarleg gos sér stað í suðausturhluta gígs Etnu á 12 eða 24 klukkustunda millibili. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Þetta er sterk vísbending um að lotubundinn þáttur þyngdarafls hefur bein áhrif á hraunflæði og jarðskjálfta. Lotur jarðskjálfta og hraungosa gerir rannsakendur ráðþrota vegna þess að þeir hugsa í hugmyndafræði kvikuplánetunnar. Lotur eldgosa Etnu eru ekkert annað en ‚tilviljun‘ vegna þess að svipaðar lotur finnast einnig annars staðar, eins og í Merapi, eldfjalli í Java. Úr bókinni Volcanic Seismology skrifar höfundur eftirfarandi athugun varðandi gosið í Merapi í október 1986:

Fyrir myndun hraungúlsins, átti þýðingarmikil og reglubundin endurtekning sér stað á 24 og 12 klukkutíma fresti á kippunum. Þetta fyrirbæri minnkaði stórlega með uppsöfnun kviku [hrauns] upp á yfirborðið. (Volcanic Seismology, P. Gasparini, R. Scarpa, K. Aki, 1992, bls. 62).

Kvikuplánetukenningin getur ekki útskýrt ‚lotur‘ og vissulega getur hún það ekki vegna þess að ekkert gangverk er til sem getur útskýrt lotubundnar hreyfingar efnis djúpt í jörðinni, sérstaklega þegar hreyfingin gerist líklega mjög hægt – aðeins sentimetra á ári. Þetta er ástæðan fyrir því að jarðskjálftar halda áfram að vera leyndardómsfull ráðgáta fyrir marga rannsakendur. Árið 2002 ætluðu hjón sem rannsóknarteymi að finna tengsl milli tunglsins og eldvirkni:

Ef spár um eldgos eru ruglandi ráðgáta, þá trúa eldgosaaðdáendurnir Steve og Donna O‘Meara að þau gætu hafa komið auga á lykilatriði. Hjónarannsóknarteymið eru að rannsaka tengsl sem sumir eldfjallafræðingar hafa tekið eftir fyrir löngu síðan en enginn hafði rannsakað nægilega – hlutverk tunglsins í að hafa áhrif á eldvirkni…

Verkefni teymisins var að ákvarða hvenær mesta hámark í eldvirkni eigi sér stað og hvernig aukin virkni gæti tengst togi vegna þyngdarafls tunglsins. Með því að fylgja því mynstri sem þau höfðu séð áður, spáðu O‘Meara hjónin því að á meðan eldgosin eru í gangi, þá myndu vera hámark í eldvirkni í jarðnánd tunglsins og í fullu tungli. Í þessu tilfelli studdu viðburðir þessa kenningu og reyndar átti hæsti toppur eldvirkni sér stað á tímapunkti nákvæmlega á milli fulls tungls og jarðnánd tunglsins. (Vefsíða National Geography sem er ekki lengur aðgengileg).

Teymið uppgötvaði beinan hlekk byggðan á staðreyndum á milli staðsetningu jarðarinnar og staðsetningu tunglsins, sett í samband við eldvirkni. Maður myndi halda að með þessum sönnunum um lotur jarðskjálfta-eldgosa, ættu vísindin að líta nánar á hinu svokölluðu ‚orsök‘ eldgosa. Sannanir um fyrirsjáanlegar lotur halda áfram að hrynja inn, sérstaklega með uppgötvuninni um „þögla jarðskjálfta“:

…uppgötvunin um þögla jarðskjálfta er að neyða vísindamenn til að endurskoða ýmsa þætti sprunguhreyfinga… Eitt forvitnilegt einkenni þessara þöglu jarðskjálfta er að þeir gerast með reglulegu millibili – reyndar svo reglulega, að vísindamenn eru nú að spá um endurkomu þeirra með góðum árangri. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 91).

Nýlegar uppgötvanir um jarðföll og þögla jarðskjálfta marka einungis upphaf nýrra uppgötvana sem hjálpa okkur að skilja betur áhrif þyngdarafls himintungla og verkun þeirra á hreyfingu í jörðinni.

Núnings-hitalögmálið og þöglir jarðskjálftar

Eftir að hafa skoðað vísbendingarnar um uppruna jarðhitans, getum við nú komið auga á nýtt náttúrulögmál með hraun-núnings líkaninu:

Það eru margar breytur sem leggja sitt af mörkum til framleiðslu hrauns og næstum því allar þeirra tengjast annaðhvort beint eða óbeint þeim hita sem myndast með núningi.

Jarðskjálftar eru oft vísir á hreyfinu jarðar, þó ekki alltaf. Á síðustu árum hafa vísindamenn uppgötvað nýja og áður óþekkta tegund jarðskjálfta – þögla jarðskjálfta. Ekki hafði verið tekið eftir hægfara færslum í jarðskorpunni fyrr en nýlega:

Snemma í nóvember 2000 varð Havaíeyjan Big Island fyrir stærsta jarðskjálftanum á því svæði í rúman áratug. Í kringum 2.000 rúmkílómetrar af suðurhlíð eldfjallsins Kilauea skjögraðist í áttina að sjónum og leysti orkuhögg úr læðingi af stærðargráðunni 5,7. Hluti þessarar hreyfingar átti sér stað undir svæði þar sem þúsundir manns koma daglega við til þess að sjá eitt af tilkomumesta hraunflæði eyjunnar. En samt tók enginn eftir því þegar jarðskjálftinn reið yfir – ekki einu sinni jarðskjálftafræðingar.

Hvernig var hægt að yfirsjást slíkan athyglisverðan viðburð? Það hefur komið í ljós að titringur er ekki eðlislægur hluti allra jarðskjálfta. Viðburðurinn í Kilauea var ein af fyrstu ótvíræðu mælingum á hinum svokölluðu þöglum jarðskjálftum, tegund mikilla jarðhreyfinga sem voru óþekkt í vísindunum þar til fyrir aðeins fáeinum árum síðan. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 87).

Rannsakendur hafa tekið eftir því að á rúmlega 36 klukkustunda tímabili færðist jarðvegurinn um 10 cm, sem mældist vegna nýrra og nákvæmari mælitækja. Uppgötvun þessara gríðarstóra þögla jarðskjálfta tryggir að vísindamenn verði að rannsaka „gamalgrónar kenningar um alla jarðskjálfta“ á ný:

Ef rannsóknir í framtíðinni leiða í ljós að þöglir jarðskjálftar séu algeng fyrirbæri flestra sprungna, þá munu vísindamenn neyðast til að endurskoða gamalgrónar kenningar um alla jarðskjálfta. Athuganir á mörgum mismunandi hröðum á færslum í sprungum er raunveruleg áskorun fyrir kenningasmiði sem reyna að útskýra ferli sprungna, til dæmis með grundvallar eðlisfræðilögmálum. Það er talið í dag að fjöldi og stærð mældra jarðskjálfta getur verið útskýrt með nokkuð einföldu núningslögmáli. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 91).

Tenglsin á milli jarðskjálfta, núnings og hrauns eru skýrari vegna þess að hægfara, þöglir jarðskjálftar, sem orsakast af voldugum en þó hljóðlátum hreyfingum í jörðinni, framleiða gífurlegan hita með núningi. Þessar hljóðlátar hreyfingar eru afleiðingar þyngdaráhrifa frá öðrum himintunglum.

Hve mikið vita vísindin um núningshita sem myndast í sprungum?

Ef nútíma vísindi myndu viðurkenna möguleikann á að jarðskjálftar séu að valda, eða að minnsta kosti að stuðla að hraungosum, myndi maður ætla að til væru umtalsverðar rannsóknir á viðfangsefninu, og með slíkum rannsóknum myndi koma fram þekking á því hversu mikill núningshiti í raun myndast í sprungum á hreyfingu. Einnig, því meira sem jarðfræðingar vita um núningshita úr jarðskjálftavirkni, því minna myndu þeir hallast að því að hafna honum. Ótrúlega lítið ítarefni er til þegar skoðaðar eru faggreinar í tímaritum um núningshita í sprungum. Það var líkt og það hafi verið ‚ekki fara þangað‘ viðhorf – líkt og það hafi verið að segja að ‚við vitum að hitinn er til kominn vegna kviku‘ þannig að hvers vegna að leita annars staðar? En leit okkar leiddi okkur til þessarar greinar í Science frá 1998:

Möguleikinn á bráðnun vegna núnings í sprungum hefur verið lagður fram af nokkrum rannsakendum. (Frictional Melting During The Rupture Of The 1994 Bolivian Earthquake, Kanmori, Andersen & Heaton, Science, Vol. 279, 6. febrúar 1998, bls. 839).

Ef til vill var það langsótt á þeim tíma að leggja fram þá hugmynd að núningur gæti valdið bráðnun vegna örfárra mælinga sem teknar voru á hitamyndunum í sprungum. Eins og aðrir sérfræðingar á þessu sviði hafa sagt í eftirfarandi tilvitnun, þá vita þeir það hreinlega ekki:

Vandamálið með hitamyndun á yfirborðinu við sprungur hefur ekki verið leyst á fullnægjandi hátt. Það virðist líklegt úr fyrri umræðum að mismunandi sprungur gætu sýnt mismunandi hegðun hvað þetta varðar, ef til vill vegna mismikilla smurningu vegna þrýstings í holufylltum vökva. Þegar tækni byggð á tölulegum aðferðum verða betri og fleiri varmaflæðigögn fást í grennd við stórar sprungur, gæti þessari spurningu verið svarað. Hinsvegar er engin einföld lausn til í dag um það hve mikill núninghiti myndast í sprungum. (Crustal Heat Flow: a guide to measurement and modeling, G. R. Beardsmore, J. P. Cull, Cambridge University Press, 2001, bls. 41).

Þrátt fyrir að jarðfræðingar hafi viðurkennt að þeir vita ekki hversu mikill núningshiti myndast í sprungum, lýsa sumir því yfir að sprungur framleiða ekki nægilega mikinn hita til að mynda bráðið hraun:

Návist sprungna er hinsvegar aðeins ábyrg fyrir því að kvika geti komiægilega mikinn hita til að mynda bráðið hraun:st upp á yfirborðið, hún útskýrir ekki hvers vegna kvikan [innskotshraun] upprunalega myndast. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Úr sömu grein í Science vitnað í hér að ofan, viðurkenna rannsakendur töluverða hitamyndun á meðan jarðskjálfti stóð yfir í Bólivíu árið 1994:

Orkumagn sem myndaðist í Bólivíu jarðskjálftanum var sambærilegt eða stærri en varmaorkan í eldgosinu í St. Helens fjallinu árið 1980 en hún var nægilega mikil til að bræða allt að 31 cm lag. (Frictional Melting During The Rupture Of The 1994 Bolivian Earthquake, Kanmori, Andersen & Heaton, Science, Vol. 279, 6. febrúar 1998, bls. 839).

Hið mikla eldgos í St. Helens fjallinu, sem sumir líkja við kjarnorkusprengingu, framleiddi gífurlegt magn af varmaorku, þannig að hvernig getur það verið að spurningar haldast óspurðar um hvernig hiti hefur áhrif á bráðnun á meðan jarðskjálftar eiga sér stað? Er þetta mikilvægur þáttur eða ekki? Hér er svarið úr sömu vísindagrein:

Þessar rannsóknir benda til þess að bráðnun vegna núnings geta átt sér stað ef spennan á sprungusvæðinu er nægilega mikil. Þrátt fyrir þessar rannsóknir, er bráðnum vegna núnings ekki almennt talin vera mikilvægt ferli í jarðskjálftum vegna óvissu í spennustigi.

Það er ótrúlegt að vísindamenn skuli hafa tekið eftir furðumiklu magni af hita sem myndaðist á sprungusvæðinu í jarðskjálftanum í Bólivíu þar sem þykkt bráðnunar var aðeins 3,7 mm:

Ef notuð er dýptin sem varminn smýgur um, Delta d = 3,7 mm, þarf staðbundið hitastig að hækka í stærðargráðuna 52.000°C. (Sama vísindagrein, bls. 840).

Það þarf aðeins 1.700°C til að bræða kísilsteina, þar á meðal kvars, og rannsakendurnir segja að þessi jarðskjálfti hafi myndað hita sem samsvarar rúm 30 sinnum hærra hitastig!

Í annarri vísindagrein, birt árið 2005, útskýrir greinarhöfundur:

Bráðin smurning getur útskýrt magn orku í stórum jarðskjálftum til að vera 10 til 100 sinnum meiri en í smærri jarðskjálftum. (Abstract, Evidence for melt Lubrication during large earthquakes, Geophysical Research Letters, VOL. 32, 5. apríl 2005).

Hann tók eftir því að með því að velta graníti undir þrýstingi, eykst hreyfinúningurinn í réttu hlutfalli við hitastig, þar til það nær markgildi sem samsvarar bræðslumark feldspats (~1150°C), mikilvægur efnisþáttur graníts. Ef hitastigið fer yfir mörkin:

… í náttúrulegum víxlgengum, sem er háð bergtegundinni, getur það leitt til bráðnunar vegna núnings. (Sama vísindagrein).

Jarðfræðingar horfa almennt á sprungur sem rás sem kvika notar til að komast upp á yfirborðið, en þeir eru tregir til að líta á þær sem hitauppsprettu sem getur framleitt bráðið hraun. Þegar hraun flæðir úr sprungum, endurtaka þeir þá ímyndun að sprungan væri beinlínis leiðin sem ‚kvikan‘ notar til að sleppa út. Jarðskjálftar eru tíðir án þess hraun myndast, sem leiðir til þess að sumir rannsakendur koma með þá staðhæfingu að engin bráðnun eigi sér stað vegna hreyfinga í sprungum. En eldgos eru sjaldan, ef nokkurn tímann, afleiðing eins meiriháttar jarðskjálfta, heldur frekar afleiðing jarðskjálftahrina, sem oft standa yfir í viku eða lengur í senn. Snögg losun orku undir álagi framkallar uppsprengingu í hitastigi og síðar eitthvað magn af afgangs hita, en það er langvarandi og stöðug hreyfing jarðskorpunnar sem geymir orku og framleiðir nægan núningshita til að bræða berg.

Að lokum langar mig að deila stuttu myndbandi um bráðnun hrauns vegna núnings, gerð í tilraunastofu.

Vísbendingin um jarðskjálftahrinur og hraun

Margir jarðskjálftar og mörg eldgos voru skoðuð til að svara spurningunni

Að sjálfsögðu framkalla ekki allir jarðskjálftar eldgos vegna þess að þeir standa venjulega stutt yfir. Jarðskjálftahrinur standa venjulega yfir í fleiri daga í einu og fylgja vanalega eldgosum. Vegna nýrrar tækni gátu John Benoit og Steve McNutt frá Háskólanum í Alaska, Jarðvísindastofnun í Fairbanks, rannsakað og greint hundruði jarðskjálftahrina og tengt þær við eldgos á rúmu 10 ára tímabili. Þetta þykir til þessa vera víðáttumesta rannsókn heimsins sinnar tegundar. Rannsóknin innihélt meira en 600 jarðskjálftahrinur víða um heim sem áttu sér stað á tímabilinu 1979 til 1989. Eftirfarandi mynd er skýringamynd jarðskjálftahrina og eldgosa, en hún sýnir niðurstöður þessarar rannsóknar.

Þeir flokkuðu virknina í þrjár gerðir af hrinum. Gerð 1 hrinu (sú algengasta) eru þær sem eru undanfarar eldvirkni, gerð 2 hrinu fylgdi eldvirkni og gerð 3 hrinu voru ekki í neinu sambandi við eldvirkni. Gerð 3 hrinu kom í 39% skipta fyrir en greinilega hafði jarðskjálftavirknin ekki nægan tíma til að framleiða nægilegt mikið magn af hrauni sem nauðsynlegt er fyrir eldgos, eða þeir áttu sér stað of djúpt í jörðu til að hraunið gæti komist upp á yfirborðið. Gerð 3 hrinu stóð yfir aðeins í 3,5 daga að meðallagi, á meðan gerð 1 hrinu stóð yfir í allt að 9 daga, næstum þrisvar sinnum lengur.

Skýringamynd jarðskjálftahrina og eldgosa hér að ofan sýnir hið sérstaka samband á milli jarðskjálftahrina og eldgosa. Takið eftir tímasetningunni á gerð 1 og 2 hrinu miðað við tímasetningu eldgosa.

Önnur þýðingarmikil tengsl er hægt að sjá í gerð 1b hrinu. Flestar jarðskjálftahrinur eru af þessari gerð og það er eina gerðin þar sem jarðskjálftar eiga sér stað rétt á undan eldgosinu. Þessi athugun leiðir okkur skrefi nær því að staðfesta það að jarðskjálftar orsaka hraungos.

Þegar tímar líða og með skráningu fleiri og fleiri eldgosa og með æ fleiri jarðskjálftagögn, halda upplýsingarnar áfram að styðja samband jarðskjálfta og hrauns. Að auki hafa rannsóknir á hitastigi og hitastigsbreytingum í sprungum og á sprungusvæðum gefið okkur gögn sem undirstrika tengslin á milli núningshita og jarðskjálfta. Ef kvika væri ábyrg fyrir jarðskjálftum, myndi hiti vegna aflögunar og kvikuinnskots myndast fyrir jarðskjálftann, ekki eftir. Eins og er, þá virðist lítil sem engin bein þekking vera til um hita og myndun hans í sprungum.

Tengsl á milli jarðskjálfta og hrauns

Svörum fyrst spurningunni „Hvað fylgir hraungosum alls staðar í heiminum?“

Í síðast liðnum október [2002] flúðu í kringum 1.000 Ítalir heimili sín eftir að Etna, fræga eldfjallið á Sikiley vaknaði til lífsins. Fljúgandi glóandi hraunmolar skutust rúma 500 metra upp í loftið og hraun flæddi hratt niður hlíðarnar norðaustan og sunnan megin. Gosinu fylgdi hundruðir jarðskjálftar sem mældust í allt að 4,3 á Richter kvarðanum. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 60).

Þar sem eldgos eiga sér stað, þar eru jarðskjálftar en geta rannsakendur, þrátt fyrir yfirlýsingar USGS um að vísindamenn trúa því að flestir jarðskjálftar orsakast af „hægfara hreyfingum [kviku] innan í jörðinni“, sýnt að ‚fræðileg kvika‘ er orsök jarðskjálftanna? Þegar jarðskjálfti á sér stað, vitum við oft af honum bara vegna jarðskjálftamæla sem safna gögnum. Það sem mælarnir raunverulega mæla eru titringar, eða ‚hljóð‘, en rannsakendur hafa sagt:

Rannsóknir á jarðskjálftum hafa sýnt að stígandi kvika framleiðir örlítið hljóð og virðist hreyfast nokkuð greiðlega, án þess að verða fyrir meiri háttar hindrunum. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Annars vegar eru hægfara hreyfingar kviku innan í jörðinni sögð vera orsök jarðskjálfta en hins vegar framleiðir stígandi kvika lítið hljóð og hreyfist nógu greiðlega að jarðskjálftamælar nemi hana ekki, e.t.v. að mjög litlu leyti. Þetta er þýðingarmikil en þó mótsagnarkennd yfirlýsing, sérstaklega þegar við könnum, hvor kom á undan eins og skráð var í eftirfarandi lýsingu á eldgosi í Mauna Loa á Havaí:

Eftir gos í fjallshlíðinni 1935 fylgdi rúm fjögurra ára hvíld. En árið 1939 og í byrjun árs 1940 bentu æ fleiri jarðskjálftar að þögli tíminn væri senn á enda. Klukkan 23:00 þann 7. apríl 1940 hófust gosskjálftar sem mældust á jarðskjálftamælum við eldfjallaathugunarstöðinni og kl. 23:30 sá fólkið í Kona appelsínugula bjarma goss á fjallstoppnum. (Volcanoes in the Sea, the Geology of Hawaii, Gordon A. Macdonald og Agatin T. Abbott, University of Hawaii Press, 1970, bls. 57).

Jarðskjálftar Mauna Loa gefa skýr dæmi um að jarðskjálftar eru undanfarar eldgosa. En eitt stakt dæmi svarar ekki jarðskjálfta-hraun spurningunni:

Valda jarðskjálftar eldsumbrotum?

Samkvæmt flestum vísindamönnum er „innri hitinn“ sem settur er í samband við kviku orsök jarðskjálfta. Frá heimasíðu USGS (Jarðfræðistofnun Bandaríkjanna) gátum við (ekki lengur tiltæk) lesið svarið við eftirfarandi spurningu:

Sp: Valda jarðskjálftar eldgosum?

Sv: Nei, það eru mismunandi ferli í jörðinni ábyrg fyrir eldgosum. Jarðskjálftar geta komið fyrir á svæði fyrir og eftir eldgos en einnig á meðan á því stendur, en þeir eru afleiðingar virkra krafta tengda eldgosum, en eru ekki orsök eldsumbrota.

Jarðskjálftar eru oft tengdir eldgosum, en eldfjallafræðingar álíta þá vera tákn um yfirvofandi eldsumbrot í virkum sem og í óvirkum eldfjöllum. Þó svo að nærri öll eldfjöll og hraunflæði eru tengd aragrúa af jarðskjálftum þegar þau eru virk, þá nær skyndileg skjálftavirkni í dvalandi eldfjöllum athygli vísindamanna og veldur hún viðvörun í nærliggjandi héruðum. Engu að síður hafa vísindamenn almennt ekki trúað því að jarðskjálftar valda eldsumbrotum.

Hvað telja vísindamenn að valdi eldgosum?

Frá sömu heimasíðu USGS svara vísindamenn þessari spurningu þannig:

Jarðvísindamenn trúa því að flestir jarðskjálftar eru orsakaðir að hægfara hreyfingum innan í jörðinni sem ýtir á móti stökkri og tiltölulega þunnri ytri skorpunni, sem veldur skyndilegu broti í bergi.

Vísindamenn „trúa“ að hægfara hreyfingar innan í jörðinni eru orsakaðar af hreyfingum flekanna:

Flekakenningin er útgangspunktur skilnings okkar á kröftum innan í jörðinni sem valda jarðskjálftum.

Flekakenningin segir að jarðskorpuhreyfing sé til vegna uppstreymis kviku, sem er ein hlið kvikuplánetulíkansins. Flekahreyfingar er mikilvægt viðfangsefni og munum við koma nánar að því síðar, en fyrst höldum við áfram að rannsaka hvernig jarðskjálftar og hraun eru tengd.

Hraun-núnings líkanið

Þegar við höfum gert okkur grein fyrir því að kvika djúpt í jörðu sé bara kenning og eftir að hafa gert þá stórfenglegu yfirlýsingu að hún sé ekki til, verðum við að svara spurningunni:

Hvaðan kemur hraunið?

Mig langar að kynna útlínurnar á hraun-núnings líkaninu sem inniheldur þrjá hluti: uppruna jarðhita (núnings-hitalögmálið), uppruna þeirra hreyfinga sem orsaka núning (þyngdarafls-núningslögmálið) og áhrif þessara tveggja lögmála. Til stuðnings þessa líkans, metum við þýðingu jarðskjálfta og hreyfingu jarðarinnar ásamt samhengi og samband þeirra við uppruna hrauns.

Til að skilja uppruna hrauns, þurfum við fyrst að leggja ákveðinn grunn þar sem við getum komið auga á vísbendingarnar en þá kemur nýr skilningur í ljós á ferlum sem hægt er að athuga. Byggt að hluta til á þeirri staðreynd að núningur framkallar hita, er nýja hraun-núnings líkanið grunnurinn að útskýringu á uppruna hrauns, bæði á innskotum og á storkubergi á yfirborðinu. Hraun-núnings líkanið samanstendur af þremur grundvallarreglum:

1. Hraun á uppruna sinn í núningshita (núnings-hitalögmálið) sem stafar af hreyfingu innan í jarðskorpunni.

2. Hreyfing jarðskorpunnar má rekja til áhrifa daglegra sveifla sólar og tungls (þyngdarafls-núningslögmálið).

3. Hið framleidda bráðnaða berg hreyfist eftir leiðum minnsta viðnáms, t.d. sprungum, sem leiðir til frekari bráðnun vegna þrýstingsfalls.

Sagt á einfaldan hátt, heildarhugmyndin inniheldur: uppruna hita í jarðskorpunni, uppruna hreyfinganna sem skapa hitann og sameiginlegar afleiðingar þessa beggja. Jarðvísindasamfélagið er enn að reyna að skilja hversu mikill núningshiti hreyfist um sprungurnar og þarf það að líta á núningshita sem uppsprettu eða uppruna þess hita sem framleiðir heitt hraun. Til að geta skilið hraun, þurfum við fyrst að skilja jarðskjálfta og uppruna þeirra hreyfinga sem valda jarðskjálftum, þar með talið hvernig stjarnfræðilegar lotur hafa áhrif á þessar hreyfingar. Með þessum skilningi munum við sjá að það er ákveðið samband á milli jarðskjálfta og hrauns.