Magnetic field change detection at the 2023 Fagradalsfjall volcanic fissure

Abstract

The onset of a new volcano-tectonic unrest period on the Reykjanes Peninsula in SW Iceland, which has resulted in widespread hazards associated with dike intrusions and eruptions, has emphasized the importance of geophysical monitoring. An underutilized method for that purpose is magnetometry. For this method to effectively function for volcano monitoring, changes have to be reliably detected using repeated magnetic surveys or by using continuous measurements with magnetometry stations. In order to test this method, two ground-level magnetic surveys were performed at a segment of the 2023 Fagradalsfjall volcanic fissure, at 3 months and 8 months post-eruption. Aerial magnetic surveys were also collected with a drone at 8 months post-eruption. The main goal was to estimate the limit for detecting changes in the magnetic field at the fissure. This contributes to methods for monitoring volcanic activity by providing reference measurements useful for detecting hot non-magnetic (possibly molten) lenses in lava. The secondary goal was to assess the changes in the lava after emplacement and the feeder dike at shallow depths. Understanding such changes aids in determining temperature gradients and emplacement dynamics. Results showed that the ground-level surveys were repeatable. Minor magnetic changes were observed in the lava but signals from the feeder dike could not be identified. The mean change in the magnetic anomalies was -23 nT with a standard deviation of 59 nT, the largest discrepancies being caused by inconsistent survey line densities due to the manual (walking) nature of the surveys. Automated drone surveys offer significant advantages to ground-level surveys due to their speed, increased consistency and safety, being able to survey areas dangerous or impossible to survey on foot. However, drones introduce their own sources of error which need to be corrected for.

Jarðeðlisfræðilegar athuganir hafa reynst mikilvægar við vöktun kvikuinnskota og eldgosa í yfirstandandi umbrotatímabili á Reykjanesskaga og að meta þær hættur sem þeim fylgja. Á meðal mögulegra vöktunaraðferða eru segulmælingar, en þær eru enn vannýttar í þessum tilgangi. Svo að segulmælingar nýtist til vöktunar á eldfjöllum þarf að vera hægt að greina breytingar í segulsviðinu á áræðanlegan hátt með endurteknum athugunum eða samfelldum mælingum með segulmælingastöðvum. Til að prófa þessa aðferð voru tvær jarðsegulmælingar framkvæmdar yfir hluta gossprungu í eldstöðvakerfi Fagradalsfjalls, að loknu gosi sem hófst í júlí 2023. Fyrri mælingin var gerð þremur mánuðum eftir lok gossins og sú seinni átta mánuðum eftir lok þess. Segulmælingar voru einnig gerðar með dróna (flygildi) í seinni mælingarferðinni. Rannsóknin var framkvæmd í þeim tilgangi að meta næmni mælinganna við að greina breytingar á segulstyrknum við gossprunguna. Slíkt mat gefur viðmiðunarmælingar sem gætu nýst í að greina ósegulmagnaðar (mögulega bráðnar) linsur í hrauni. Einnig átti að meta breytingar á hrauninu eftir myndun þess og í kvikuganginum á grunnu dýpi. Skilningur á slíkum breytingum getur hjálpað við ákvörðun hitastiguls og aukið skilning á ýmsum ferlum við myndun hraunbreiða. Niðurstöður sýndu að segulmælingar gerðar á þennan hátt voru endurtakanlegar. Vægar segulbreytingar mældust í hraunbreiðunni en ekki tókst að bera kennsl á segulfrávik frá kvikugangi. Meðalbreyting segulfrávikanna var -23 nT með staðalfrávikið 59 nT. Mesta misræmið milli mælinga mátti rekja til misþéttra mælilína. Drónasegulmælingar hafa marga kosti fram yfir jarðsegulmælingar því hægt er að framkvæma þær mikið hraðar og á öruggari og áræðanlegri hátt. Drónar geta flogið yfir svæði sem er of hættulegt eða ómögulegt að ganga um. Hins vegar fylgja drónum vissar mæliskekkjur sem þarf að leiðrétta fyrir.