1992-1998 seismicity and deformation at Mt. Eyjafjallajökull volcano

Abstract: Sammanfattning: Målet med detta examensarbete i tillämpad geofysik är att öka förståelsen för geologiska och geofysiska processer och deras samspel under vulkanen Eyjafjallajökull i södra Island. På Island har sedan ett tiotal år tillbaka använts geodetiska mätningar med Global Positioning System (GPS) instrument och geodetiska tiltmätare för att påvisa krustal deformation, som orsakas av vulkanisk, annan magmatisk eller seismisk aktivitet. Jag har behandlat och tolkat GPS- och tilt-mätningar utförda i området omkring Eyjafjallajökull sedan 1992 i detta examensarbete. Modellering med en modell med en punktformad tryckkälla föreslagen av K. Mogi 1958 har utnyttjats. Tolkning av denna modell har sedan använts för att dra slutsatser om orsaken till den uppmätta deformationen under tiden då jordbävningssvärmen 1994 ägde rum. Lokalisering av jordbävningsfoci från den för Eyjafjallajökull atypiska seismiska aktiviteten, som ägde rum under försommaren 1994 har gjorts. Vidare har en utvärdering utförts av de seismiska hastighetsmodeller, som finns för det aktuella området, och som använts för att lokalisera jordbävningarna från svärmen 1994. Jag har försökt att tolka både orsaken till den plötsliga seismiska aktiviteten under Eyjafjallajökull och relationen mellan den observerade krustala deformationen och den seismiska aktiviteten under tidsperioden 1992-1998. Eyjafjallajökull utgörs av en stratavulkan som är belägen i den södra delen av den östra vulkaniska zonen (EVZ, the Bastern Volcanic Zone) vid Islands södra kust. EVZ utgör tillsammans med den västra vulkaniska zonen (WVZ, the Western Volcanic Zone) en fortsättning av den mittatlantiska ryggen, som ansluter till Island vid den västligaste sydspetsen, Reykjaneshalvön. Idag anses EVZ vara den mest aktiva av de två, och 85±15% av den totala riftrörelsen anses ske i EVZ. EVZ löper från sydvästra delen av Vatnajökull till Islands södra kust i riktning mot Västmannaöarna. Vulkankonen Eyjafjallajökull bildades för ungefär 0,78 miljoner år sedan i den cirka 2 miljoner år gamla EVZ. Eyjafjallajökull är uppbyggd av alkalina basalter, men den senaste aktiviteten hade en mer sur karaktär. Lavorna domineras av ankaramiter till kvarts-trakyter. Eyjafjallajökull ligger strax väster om den seismiskt och vulkaniskt aktiva vulkanen Katla. Mot norr påträffas ett flertal aktiva vulkaner såsom Hekla, Vatnafjöll och Torfajökull. Eyjafjallajökull har ibland även kallats "Den Tysta", vilket väl karaktäriserar den seismiska och vulkaniska aktivitet som rått under de senaste 15 åren. Den seismiska aktivitet inom EVZ är av heterogen karaktär. Det förekommer både konstant seismiskt aktiva vulkaner och områden och vulkaner som är nästan helt aseismiska. Eyjafjallajökull uppvisar en mycket periodisk seismisitet, som troligen härrör från magmatiska intrusioner eller förändringar i det rådande stressfältet i området. Två jordbävningssvärmar har ägt rum under de senaste tio åren, en 1994 samt en 1996. En utvärdering av de tre seismiska hastighetsmodeller, som finns för området, gjordes varefter en av modellerna lyftes fram som den mest lämpliga för lokalisering av jordbävningarna under Eyjafjallajökull. Den föredragna seismiska hastighetsmodellen baseras på data från den norra delen av den i väster belägna grannvulkanen Katla (MYR-N modellen). I denna seismiska hastighetsmodell finns ingen höghastighetszon, likartad den som påträffats öster om Eyjafjallajökull i den sydisländska seismiska zonen (SISZ - South lceland Seismic Zone) och som ingår i den andra modellen (SIL- the South lceland Lowland model). I den tredje utvärderade modellen finns en zon med lägre seismiska hastigheter, som utgör ett tecken på fickor av magma eller magmakammare. Denna modell är baserad på data från Katlas västra del, där en magmakammare påträffades på cirka 5 km djup. 1994 års jordbävningssvärm under Eyjafjallajökull registrerades av två seismiska nätverk i området och bestod av mer än 130 "event". Dessa "event" är medel- till högfrekvensjordbävningar, som inträffade strax norr om Eyjafjallajökull. Av dessa har totalt 67 lokaliserats i denna studie. Magnitudintervallet sträcker sig från ML 0,59 till 2,27 och jordbävningarna klassificerades därför som mikrojordbävningar. Jordbävningssvärmen började plötsligt den 23:e maj och pågick drygt en och en halv månad fram till den 3:e juli 1994. Majoriteten av jordbävningarna skedde på fyra till sju kilometers djup och uppvisade en tydlig öst-västlig trend, vilken väl överensstämmer med det lokala stressfältet, som anses råda under Eyjafjallajökull, men som ännu ej funnit sin slutliga förklaring. Fokalmekanismerna uppvisar en homogen trend med vertikala T-axlar, horisontella P-axlar och öst-västligt orienterade nodalplan. P-axlarnas orientering varierar dock, vilket har tolkats antingen som en effekt av det heterogen stressfält, som råder under Eyjafjallajökull, eller att stressfältet skulle ha varierat under tiden för jordbävningssvärmen. Den mer regionala seismiska trend, som observerats i anslutning till EVZ, är orienterad i en mer nordöstlig-sydvästlig riktning. Sett över längre tid verkar den seismiska aktiviteten under Eyjafjallajökull vara närmare sammankopplad med detta regionala stressfält. De få jordbävningar som inträffar är troligen inte betingade av magmatiska intrusioner utan snarare av små justeringar av det regionala stressfältet, vilket orsakas av plattornas rörelser. Med hjälp av de GPS-mätningar, som gjorts under åren 1994 till 1998, och som analyserats i detta examensarbete, kan ingen mätbar deformation i Eyjafjallajökull påvisas, trots den jordbävningssvärm som inträffade 1996. Denna svärm anses därför inte vara relaterad till någon magmatisk intrusion, som skulle kunna generera mätbar deformation i jordskorpan. Däremot är jordbävningssvärmen 1994 associerad med mätbar deformation i jordskorpan. Den senare seismiska aktiviteten och deformationen tolkas som resultat av en magmatisk intrusion, en skivformad gång, intruderad på 6-7 km djup i öst-västlig riktning under vulkanens norra flank. Denna intrusion anses vara liten. Som förut föreslagits har den en begränsad längd och mindre än fem meters bredd. Modellering med den modell med en punktformad källa som föreslagits av Mogi indikerar att jordbävningssvärmen under Eyjafjallajökull 1994 troligen orsakats av en gångintrusion snarare än en magmakammare. Denna tolkning beror på att den största uppmätta deformationen inte skedde direkt över det tänkta deformationscentrumet, som Mogis modell föreslår, utan snarare söder om Eyjafjallajökull. Tiltmätningar under tiden 1993-1994 uppvisar en tilt-vektor, som inte är riktad direkt mot deformationscentrumet (Mogimodellen) utan istället pekar mot ett deformationscentrum söder eller sydväst om Eyjafjallajökull. Detta indikerar vidare att en gångintrusionsmodellen bättre skulle passa de geodetiska data och den uppmätta deformationen än en modell grundad på Mogis modell. Eyjafjallajökull karaktäriseras av ringa seismisk aktivitet. Den intensifierade seismisitet, som inträffat under de senaste 15 åren är episodisk och plötslig. Jordbävningssvärmen 1994 orsakades troligen av en magmatisk intrusion medan den under våren 1996 inte kan relateras till någon magmatism, eftersom ingen observerbar krustal deformation förekom under denna tid. Den deformation som uppmätts under mätperioden 1992-1998 anses vara nära knuten till magmatisk och/eller seismisk aktivitet under Eyjafjallajökull. Geodetiska mätningar (GPS och tilt-mätningar) under åren 1994 (efter 1994 års "event") och 1998, visar att ingen långsam mer kontinuerlig mätbar deformation sker under Eyjafjallajökull.