Sólin Sólin Rís 07:14 • sest 19:25 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 19:57 • Sest 10:19 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:38 • Síðdegis: 19:53 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:35 • Síðdegis: 13:47 í Reykjavík

Hvaðan kemur vatnið sem veldur sprengingum í gígnum í Geldingadölum?

Sigurður Steinþórsson

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Það er sagt að það sé vatn sem gerir að verkum, að hraun spýtist með sprengingum úr gígnum í Geldingadölum! Er þetta „eldgamalt vatn“, eða eru þetta efnahvörf vetnis og súrefnis á leiðinni að yfirborði?

Góð spurning, en vatn myndast aldrei í bráð með þessum hætti, efnahvörfum vetnis og súrefnis. Hins vegar hefði þriðji möguleikinn komið til greina: grunnvatn sem hvarfast hefur við bráðina. Ef svo væri hefði gos á hverjum nýjum gíg á sprungunni sennilega hafist með öskufalli og í framhaldinu fremur myndast gjall en kvikuslettur, og gufusprengingar vera ríkjandi í gosinu. Í Geldingadölum er vatnið því að öllum líkindum upprunalegur (og þá „eldgamall“) hluti bráðarinnar, kringum 0,5% af þyngd hennar. Í Surtseyjargosinu var hlutfall vatns í bráðinni og í gosgufunum mælt: 0,6% vatn í bráð[1] og í gosgufum 87% vatn.[2] Þar (í Surstey) var reiknað með því að við afloftun kvikunnar yrðu 0,1% vatn eftir, þannig að 0,5% rykju út í loftið.

Útleysing vatns og þensla kvikunnar á efstu metrum gosrásarinnar veldur ólgu og sprengingum í gígnum í Geldingadölum.

Segjum nú að 0,5% af þunga bráðarinnar í Geldingadölum sé vatn sem losnar úr henni í gosinu, veldur sprengingum og sameinast síðan andrúmsloftinu. Útstreymi kviku er sagt vera um 10 rúmmetrar á sekúndu, um 27 tonn (27.000 kg/sek). Þar af er vatnið þá rúm 135 kg, sem í vökvaformi við 100°C og einnar loftþyngdar þrýsting jafngildir 141 lítra en í gufuformi við 100 gráðu hita um 1630 sinnum stærra rúmmáli, 230.000 lítrum á sekúndu! Við hærri hita, segjum 1170°C (=1443K) væri rúmmálið 230.000 *1443/373 = 890.000 lítrar. Það er sem sagt útleysing vatns og þensla kvikunnar á efstu metrum gosrásarinnar sem veldur ólgu og sprengingum í gígnum – en eftir sem áður er massi vatnsins (135 kg/sek) sá sami, og á eftir að þéttast og falla til jarðar í rigningu.

Hugsum okkur lóðrétt sívalt rör, með 10 fermetra þversnið (þvermál = 1,78 m) og opið að ofan. Upp rörið streyma 10 rúmmetrar (2700 kg) á sekúndu af 1170 gráða heitri bergbráð með 0,5% uppleystu vatni: það er streymishraði bráðarinnar er 1 m/sek. Þar kemur, á tilteknu dýpi, að bráðin mettast af vatni og gufubólur taka að myndast. Bólurnar berast áfram með bráðinni og vaxa hratt með lækkandi þrýstingi vegna þess að jafnframt því að vatn heldur áfram að losna út bráðinni, vex rúmmál hvers gramms af gufu. Þegar jafnvægi ríkir hlýtur sami massi (27.000 kg) af efni, bráð + vatni/gufu, að streyma á hverri sekúndu fram hjá sérhverjum punkti í pípunni. Lítum á tvo punkta (dýpi) í pípunni: Áður en vatn byrjar að mynda gufubólur, segjum við 50 bar þrýsting (samsvarandi 500 m dýpi í vatni, 135 m dýpi í bergi), er hraði bráðarinnar upp rörið 1 m/sek. Efst í rörinu, við 1 bar þrýsting, eru öll 135 kg vatnsins úr 10 m3 af bráð orðin að 1170 gráða heitri gufu að rúmmáli 6660 cm3/gm,[3] eða 135.000 gm/sek * 6660 cm3/gm = 899 milljón rúmmetrar og útblásturshraðinn þá ≈ 90 m/sek (hljóðhraði er 344 m/sek). 10 fermetra þversnið rörsins var valið til hægðarauka, og víðari gosrás skilar auðvitað hægari streymishraða, en dæmið sýnir orku jafnvel lítils uppleysts vatns í bergbráð.

Tilvísanir:
  1. ^ Sveinbjörn Björnsson, 1968. Radon and water in volcanic gas at Surtsey. Geochimica et Cosmochemica Acta, 32, 815-821.
  2. ^ Guðmundur E Sigvaldason & Gunnlaugur Elísson, 1968. Collection and analysis of volcanic gases at Surtsey, Iceland. Geochimica et Cosmochemica Acta, 32, 797-805.
  3. ^ Handbook of Physical Constants, ritstj. S.P. Clark, Jr. The Geological Society of America, Inc., New York, 1966.

Mynd:
  • JGÞ.

Höfundur

Sigurður Steinþórsson

prófessor emeritus

Útgáfudagur

24.6.2021

Spyrjandi

Halldór Halldórsson

Tilvísun

Sigurður Steinþórsson. „Hvaðan kemur vatnið sem veldur sprengingum í gígnum í Geldingadölum?“ Vísindavefurinn, 24. júní 2021. Sótt 23. september 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=81889.

Sigurður Steinþórsson. (2021, 24. júní). Hvaðan kemur vatnið sem veldur sprengingum í gígnum í Geldingadölum? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=81889

Sigurður Steinþórsson. „Hvaðan kemur vatnið sem veldur sprengingum í gígnum í Geldingadölum?“ Vísindavefurinn. 24. jún. 2021. Vefsíða. 23. sep. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=81889>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvaðan kemur vatnið sem veldur sprengingum í gígnum í Geldingadölum?
Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Það er sagt að það sé vatn sem gerir að verkum, að hraun spýtist með sprengingum úr gígnum í Geldingadölum! Er þetta „eldgamalt vatn“, eða eru þetta efnahvörf vetnis og súrefnis á leiðinni að yfirborði?

Góð spurning, en vatn myndast aldrei í bráð með þessum hætti, efnahvörfum vetnis og súrefnis. Hins vegar hefði þriðji möguleikinn komið til greina: grunnvatn sem hvarfast hefur við bráðina. Ef svo væri hefði gos á hverjum nýjum gíg á sprungunni sennilega hafist með öskufalli og í framhaldinu fremur myndast gjall en kvikuslettur, og gufusprengingar vera ríkjandi í gosinu. Í Geldingadölum er vatnið því að öllum líkindum upprunalegur (og þá „eldgamall“) hluti bráðarinnar, kringum 0,5% af þyngd hennar. Í Surtseyjargosinu var hlutfall vatns í bráðinni og í gosgufunum mælt: 0,6% vatn í bráð[1] og í gosgufum 87% vatn.[2] Þar (í Surstey) var reiknað með því að við afloftun kvikunnar yrðu 0,1% vatn eftir, þannig að 0,5% rykju út í loftið.

Útleysing vatns og þensla kvikunnar á efstu metrum gosrásarinnar veldur ólgu og sprengingum í gígnum í Geldingadölum.

Segjum nú að 0,5% af þunga bráðarinnar í Geldingadölum sé vatn sem losnar úr henni í gosinu, veldur sprengingum og sameinast síðan andrúmsloftinu. Útstreymi kviku er sagt vera um 10 rúmmetrar á sekúndu, um 27 tonn (27.000 kg/sek). Þar af er vatnið þá rúm 135 kg, sem í vökvaformi við 100°C og einnar loftþyngdar þrýsting jafngildir 141 lítra en í gufuformi við 100 gráðu hita um 1630 sinnum stærra rúmmáli, 230.000 lítrum á sekúndu! Við hærri hita, segjum 1170°C (=1443K) væri rúmmálið 230.000 *1443/373 = 890.000 lítrar. Það er sem sagt útleysing vatns og þensla kvikunnar á efstu metrum gosrásarinnar sem veldur ólgu og sprengingum í gígnum – en eftir sem áður er massi vatnsins (135 kg/sek) sá sami, og á eftir að þéttast og falla til jarðar í rigningu.

Hugsum okkur lóðrétt sívalt rör, með 10 fermetra þversnið (þvermál = 1,78 m) og opið að ofan. Upp rörið streyma 10 rúmmetrar (2700 kg) á sekúndu af 1170 gráða heitri bergbráð með 0,5% uppleystu vatni: það er streymishraði bráðarinnar er 1 m/sek. Þar kemur, á tilteknu dýpi, að bráðin mettast af vatni og gufubólur taka að myndast. Bólurnar berast áfram með bráðinni og vaxa hratt með lækkandi þrýstingi vegna þess að jafnframt því að vatn heldur áfram að losna út bráðinni, vex rúmmál hvers gramms af gufu. Þegar jafnvægi ríkir hlýtur sami massi (27.000 kg) af efni, bráð + vatni/gufu, að streyma á hverri sekúndu fram hjá sérhverjum punkti í pípunni. Lítum á tvo punkta (dýpi) í pípunni: Áður en vatn byrjar að mynda gufubólur, segjum við 50 bar þrýsting (samsvarandi 500 m dýpi í vatni, 135 m dýpi í bergi), er hraði bráðarinnar upp rörið 1 m/sek. Efst í rörinu, við 1 bar þrýsting, eru öll 135 kg vatnsins úr 10 m3 af bráð orðin að 1170 gráða heitri gufu að rúmmáli 6660 cm3/gm,[3] eða 135.000 gm/sek * 6660 cm3/gm = 899 milljón rúmmetrar og útblásturshraðinn þá ≈ 90 m/sek (hljóðhraði er 344 m/sek). 10 fermetra þversnið rörsins var valið til hægðarauka, og víðari gosrás skilar auðvitað hægari streymishraða, en dæmið sýnir orku jafnvel lítils uppleysts vatns í bergbráð.

Tilvísanir:
  1. ^ Sveinbjörn Björnsson, 1968. Radon and water in volcanic gas at Surtsey. Geochimica et Cosmochemica Acta, 32, 815-821.
  2. ^ Guðmundur E Sigvaldason & Gunnlaugur Elísson, 1968. Collection and analysis of volcanic gases at Surtsey, Iceland. Geochimica et Cosmochemica Acta, 32, 797-805.
  3. ^ Handbook of Physical Constants, ritstj. S.P. Clark, Jr. The Geological Society of America, Inc., New York, 1966.

Mynd:
  • JGÞ.
...