Hægt að nota ljósleiðarakapal til að kortleggja kvikuhreyfingar
Íslenskt vísindafólk sýnir ásamt erlendu samstarfsfólki fram á hvernig unnt er að nota lágtíðnimerki í venjulegum ljósleiðarakapli til að kortleggja kvikuhreyfingar í jarðskorpunni á Reykjanesi. Þetta er unnt að gera í hærri tímaupplausn og mæla minni hreyfingar en áður hefur verið hægt með aðferðum eins og GPS og gervihnattabylgjuvíxlmyndum (InSAR). Þetta er niðurstaða úr nýrri rannsókn sem birtist í grein í hinu heimsþekkta vísindatímariti Science í dag. Um er að ræða venjulegan kapal sem er sams konar þeim sem flytur netið inn á íslensk heimili.
Þetta er í fyrsta skipti sem lágtíðnimerki af þessum toga finnast á hefðbundnum ljósleiðara í tengslum við eldvirkni í heiminum. Merkin í ljóðsleiðaranum hafa nýst til að mæla aðlögun, sambærilegt því sem við þekkjum með GPS-tækni eða með myndum úr gervihnöttum.
Elías Rafn Heimisson, sérfræðingur við Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands, er einn af höfundum greinarinnar ásamt Halldóri Geirssyni, dósent við Jarðvísindadeild HÍ.
Elías segir að næmni í þessum mælingum sé meiri en við hefðbundnar aðferðir sem áður voru notaðar. „Ljósleiðarinn hefur meiri næmni en til dæmis GPS-mælingarnar. Kvikuinnskot sem áður voru ekki greinileg í mæligögnum koma nú glögglega fram auk þess sem rauntímaupplausn gerir okkur kleift að fylgjast með myndun kvikuganga nánast jafnskjótt og hún á sér stað.“
Elías segir að þessa aðferð megi hugsanlega nota við aðrar tegundir aflögunar en þá sem tengist jarðskjálftum, skriðum eða öðrum eldsumbrotum. „Það er hægt að nota þessa aðferð samhliða öðrum aflögunarmælingum til að bæta líkön af kvikuferlum og hugsanlega einnig skriðum eða hreyfingum á misgengjum og ef til vill fleiri náttúrulegum ferlum,“ segir vísindamaðurinn.
Þegar horft er til hamfaranna við Grindavík þá gaf þessi nýja aðferð skýrari mynd af kvikugöngum undir Svartsengi og atburðarásinni eftir atburðinn í nóvember 2023 sem leiddi til sprunguhreyfinga í Grindavík. Niðurstaða rannsóknarinnar er sú að sögn Elíasar að sá atburður hefur að hluta ákveðið spennusvið svæðisins og mótað síðari innskot.
Rannsóknabylting í jarðskjálftafræði
Elías segir að á síðustu árum hafi ljósleiðarar, sem eru notaðir í svokallaðri DAS-tækni, verið það heitasta í jarðskjálftafræði. „Þetta er m.a. vegna þess að það er hægt að breyta um hundrað kílómetrum af ljósleiðara í um tíu þúsund jarðskjálftamæla sem nema hvernig kapallinn þenst út eða dregst saman. Enn er þó margt sem menn reyna að skilja varðandi þessi gögn, hvernig á að túlka þau og nota í hefðbundnum aðferðum jarðskjálftafræðinnar, til dæmis við að staðsetja jarðskjálfta,“ segir Elías. Vísindamaðurinn segir að einmitt þess vegna hafi ýmsir erlendir rannsóknahópar notað þessa tækni á Íslandi í kringum atburðina á Reykjanesi, þar sem hægt sé að safna miklum og áhugaverðum gögnum á skömmum tíma.
„Ljósleiðarinn hefur meiri næmni en til dæmis GPS-mælingarnar. Kvikuinnskot sem áður voru ekki greinileg í mæligögnum koma nú glögglega fram auk þess sem rauntímaupplausn gerir okkur kleift að fylgjast með myndun kvikuganga nánast jafnskjótt og hún á sér stað,“ segir Elías Rafn Heimisson, sérfræðingur við Jarðvísindastofnun Háskóla Íslands. MYND/Kristinn Ingvarsson
Hópur frá Caltech-háskólanum í Bandaríkjunum hafi þannig ásamt Theódóri Gunnarssyni, starfsmanni Google á Íslandi, komið fyrir svokölluðu interrogator-tæki til að breyta slíkum ljósleiðarakapli í skjálftamæli en sá kapall liggi meðfram Suðurstrandarveginum í gegnum Grindavík.
„Það kom í ljós að kapallinn greindi ekki aðeins hefðbundin hátíðnimerki jarðskjálfta heldur líka lágtíðnimerki sem í fyrstu var ekki auðvelt að skilja eða vita hvort væru raunveruleg. Í samstarfi við Caltech bjuggum við til fyrsta líkanið sem sýndi að merkin mætti útskýra sem aflögun vegna myndunar kvikugangs og þannig þróaðist verkefnið áfram. Núna er þetta merki notað hjá Veðurstofunni til að spá fyrir um gos þar sem kapallinn sér kvikuganginn fyrr en önnur mælitæki og hjálpar til við að greina á milli einfaldrar skjálftahrinu og hrinu sem stafar af kvikugangi sem er að myndast og gæti náð yfirborðinu.“
Theódór og vísindafólk frá Caltech-háskólanum eru á meðal höfunda greinarinnar í Science en Caltech er einn af tíu fremstu háskólum í heimi samkvæmt viðurkenndum alþjóðlegum mælikvörðum.
Bættar spár um eldgos og áhættumat
Ekki þarf að fjölyrða um hversu miklvæg þessi uppgötvun er varðandi hugsanleg viðbrögð við náttúruvá, en Vala Hjörleifsdóttir, dósent við verkfræðideild HR, hefur unnið að þróun hagnýtingar þessarra mælinga til eldgosaviðvarana.
Í greinni kemur fram að lágtíðniniðurstöður úr ljósleiðaramælingunum hafi sýnt níu kvikuinnskot og sex þeirra hafi leitt af sér sprungugos. Elías segir að aflögunarlíkönin sem hagnýti sér lágtíðnimerkin sýni í raun nákvæma myndun innskota þar sem rúmmálsaukning er hæst 15 til 22 mínútum fyrir byrjun hvers goss.
„Niðurstöðurnar sýna möguleikann á að nota ljósleiðara sem þétt net aflögunarmæla og þannig fá í nærri rauntíma myndir af aflögunarferlum undir yfirborði jarðar í hærri upplausn en áður. Á eldvirkum svæðum getur lágtíðnimerki boðið upp á nýja innsýn í þróun kvikuferla, bætt spár um eldgos og um leið bætt áhættumat,“ segir Elías.
Helstu höfundar greinarinnar eru vísindafólk frá Caltech og HÍ en auk þess kemur m.a. að greininni vísindafólk frá HR og Google eins og áður sagði og frá fáeinum fjölþjóðlegum stofnunum. Zhongwen Zhan, prófessor í jarðeðlisfræði, leiddi hópinn við Caltech.
