The Surtsey eruption plume. Size, characteristics and constraints on tephra dispersal

Abstract

Surtsey er syðst Vestmannaeyja og er hluti af samnefndu eldstöðvakerfi. Eyjan myndaðist í eldgosi á hafsbotni þar sem áður var 130 m dýpi. Eldgosið náði upp úr sjó þann 14. nóvember 1963 og stóð yfir með hléum í þrjú og hálft ár, þetta er eitt lengsta eldgos hér á landi á sögulegum tíma. Surtseyjargosinu má skipta í fjóra fasa. Fyrsti fasinn einkenndist af sprengivirkni (tætigos) og stóð yfir í um fjóra og hálfan mánuð. Tilgangur verkefnisins er að magngreina gjósku sem barst með gosmekkinum í fyrsta fasa Surtseyjargossins. Rannsókninni má skipta upp í tvo hluta: (1) Rannsaka jarðvegssnið annars vegar í Heimaey og hins vegar uppi á landi til að finna loftborna gjósku frá Surtseyjargosinu. Einnig er stuðst við tiltækar heimildir um gjóskufall. (2) Meta hæð gosmakkarins út frá mælingum, heimildum og lýsingum. Út frá hæð gosmakkar er með líkanreikningum hægt að gera gróft mat á heildarmagni gjósku. Að lokum eru niðurstöður (1) og (2) bornar saman. Gos-mökkurinn náði 5-9 km hæð fyrstu vikurnar. Virknin í gosinu var tvíþætt, annars vegar slitróttar sprengingar sem mynduðu samfelldan gosmökk eða sísprengivirkni. Gjóska fell að mestu leyti í sjóinn umhverfis eyjuna, en gjóskufall varð alloft í Heimaey, 20 km norðaustur af Surtsey. Gjóskufalls varð einnig vart uppi á landi. Niðurstöðurnar benda til þess að þunnt gjóskulag hafi breiðst yfir Heimaey og að gjósku sé einnig að finna í jarðvegi á suðurströndinni, þó að hún myndi nú ekki samfellt gjóskulag. Upplýsingar um gjóskufall í sjó eru af skornum skammti. Þess vegna getur verið erfitt að leggja mat á heildarmagn gjóskunnar. Hins vegar bendir hæð gosmakkar og þykkt og dreifing gjóskunnar þar sem hún finnst á landi til þess að heildarrúmmál loftborinnar gjósku hafi verið á bilinu 0,30 - 0,59 km3. Það er töluvert hærra en eldra mat, sem var 0,09 - 0,14 km3.

Surtsey is an island in the south-western end of Vestmannaeyjar archipelago off the south coast of Iceland and is a part of the Vestmannaeyjar volcanic system. It is built from the ocean floor at about 130 m depth in a series of eruptive episodes over 3.5 years during 1963-1967, one of the longest eruptions in Iceland in historical times. The eruptions can be split into four phases. The first phase was explosive and phreatomagmatic in character and lasted about 4.5 months. The aim of this study is to put constraints on the mass of tephra transported with the eruption plume during this phase. This is done in two ways: (1) Study soil profiles on Heimaey and on the mainland to look for tephra deposits from Surtsey, supplemented by contemporary descriptions of tephra fallout; and (2) by compiling existing contemporary records of plume height and use plume height – mass transport systematics to estimate the transport. Finally, the outcomes of (1) and (2) are compared. The Surtsey eruption broke through the ocean surface on 14 November 1963. It was explosive and fed an eruption plume rising typically to 5-9 km in the first weeks of the eruption. The activity alternated between frequent explosions forming a continuous plume and periods of continuous uprush. Tephra fallout was mostly into the ocean around the island but did occur on several occasions on the inhabited Heimaey, 20 km to the northeast of Surtsey. Some fallout was also detected on the mainland of Iceland. The results indicate that minor amounts of tephra are preserved in Heimaey and that only traces of tephra may be present on the mainland while a discernible tephra layer is not preserved in soil. Data on the magnitude of fallout into the ocean is scarce or non-existent. The scarcity of data makes estimates of total volume difficult. However, both the indications from plume height and the high likelihood that the majority of the tephra was transported away from land out to the ocean, are that the total bulk volume of airborne tephra may have been 0.30 - 0.59 km3. That is a significantly larger estimate than previous estimate of 0.09 - 0.14 km3.