Íslensk­ir vís­inda­menn sýna fram á ásamt er­lend­um sam­starfs­mönn­um hvernig unnt er að nota lágtíðni­merki í venju­leg­um ljós­leiðarakapli til að kort­leggja kviku­hreyf­ing­ar í jarðskorp­unni á Reykja­nesi í hærri tíma­upp­lausn og mæla minni hreyf­ing­ar en áður hef­ur verið hægt með aðferðum eins og GPS og gervi­hnatta­bylgju­víxl­mynd­un (InS­AR).

Þetta er niðurstaða úr nýrri rann­sókn, sem birt­ist í heimsþekkta vís­inda­tíma­rit­inu Science í dag.

Um er að ræða venju­leg­an kap­al, sams kon­ar þeim sem flyt­ur in­ter­netið inn á ís­lensk heim­ili.

Þetta kem­ur fram í til­kynn­ingu frá Há­skóla Íslands.

For­dæma­laus lágtíðni­merki

Aldrei áður hef­ur lágtíðni­merki af þess­um toga fund­ist á hefðbundn­um ljós­leiðara í tengsl­um við eld­virkni í heim­in­um. Merk­in í ljós­leiðar­an­um hafa nýst til að mæla af­lög­un, sam­bæri­legt því sem við þekkj­um með GPS-tækni eða með mynd­um úr gervi­hnött­um.

Haft er eft­ir Elíasi Rafni Heim­is­syni, sér­fræðingi við Jarðvís­inda­stofn­un Há­skóla Íslands og ein­um höf­unda grein­ar­inn­ar, að næmni þess­ara mæl­inga sé meiri en við hefðbundn­ar aðferðir sem áður voru notaðar.

Kort/​Science/​Minu­te-scale dynamics of recur­rent dike intrusi­ons in Ice­land with fiber-optic geodesy

Gefið skýr­ari mynd af kviku­göng­um

„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.“

Jafn­framt er haft eft­ir hon­um að aðferðina 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.“

Í til­kynn­ing­unni seg­ir að þegar horft sé til ham­far­anna við Grinda­vík hafi þessi nýja aðferð gefið skýr­ari mynd af kviku­göng­um und­ir Svartsengi og at­b­urðarás­inni eft­ir at­b­urðinn í nóv­em­ber 2023, sem leiddi til sprungu­hreyf­inga í Grinda­vík.

Niðurstaða rann­sókn­ar­inn­ar er að sögn Elías­ar að sá viðburður hafi að hluta ákveðið spennusvið svæðis­ins og mótað síðari inn­skot.

Mynd/​Science/​Minu­te-scale dynamics of recur­rent dike intrusi­ons in Ice­land with fiber-optic geodesy

Rann­sókna­bylt­ing í jarðskjálfta­fræði

Haft er eft­ir Elíasi að á síðustu árum hafi ljós­leiðarar sem notaðir eru í svo­kallaðri DAS‑tækni verið það heit­asta í jarðskjálfta­fræði.

Seg­ir hann það m.a. vera vegna þess að það sé hægt að breyta um hundrað kíló­metr­um af ljós­leiðara í um tíu þúsund jarðskjálfta­mæla sem nema hvernig kap­all­inn þenst út eða dregst sam­an.

Enn sé þó margt sem menn reyni að skilja í sam­bandi við þessi gögn, hvernig á að túlka þau og nota í hefðbundn­um aðferðum jarðskjálfta­fræðinn­ar, til dæm­is við að staðsetja jarðskjálfta.

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.

Hóp­ur frá Caltech-há­skól­an­um í Banda­ríkj­un­um hafi þannig ásamt Theó­dóri Gunn­ars­syni, starfs­manni Google á Íslandi, komið fyr­ir svo­kölluðu in­terrogator‑tæki til að breyta ein­um slík­um ljós­leiðarakapli í skjálfta­mæli en sá kap­all ligg­ur meðfram Suður­strand­ar­veg­in­um í gegn­um Grinda­vík.

Mynd/​Science/​Minu­te-scale dynamics of recur­rent dike intrusi­ons in Ice­land with fiber-optic geodesy

Notað til að spá fyr­ir um gos

„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.

Mynd/​Science/​Minu­te-scale dynamics of recur­rent dike intrusi­ons in Ice­land with fiber-optic geodesy

Bætt­ar spár um eld­gos og áhættumat

Vala Hjör­leifs­dótt­ir, dós­ent við verk­fræðideild Há­skól­ans í Reykja­vík, er einn höf­unda grein­ar­inn­ar. Haft er eft­ir henni í til­kynn­ing­unni að ekki þurfi að fjöl­yrða um hversu mik­il­væg upp­götv­un­in sé í sam­bandi við hugs­an­leg viðbrögð við nátt­úru­vá, en hún hef­ur unnið að þróun hag­nýt­ing­ar þess­ara mæl­inga til eld­gosaviðvar­ana.

Í grein­inni kem­ur fram að lágtíðniniður­stöður úr ljós­leiðara­mæl­ing­un­um hafi sýnt níu kvikuinn­skot og sex þeirra hafi leitt af sér sprungugos.

Haft er eft­ir Elíasi 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 fyr­ir um eld­gos og um leið bætt áhættumat,“ er haft eft­ir Elíasi.

Helstu höf­und­ar grein­ar­inn­ar eru eins og komið hef­ur fram vís­inda­menn frá Caltech og HÍ en auk þeirra koma m.a. að grein­inni vís­inda­menn frá HR og Google og fá­ein­um fjölþjóðleg­um stofn­un­um.