Bulk density of the 2021 lava in Nátthagi, Reykjanes Peninsula, estimated with gravimetry

Abstract

After almost 800 years of no volcanic activity, the Reykjanes Peninsula in Iceland stirred to life with an effusive basaltic eruption at Fagradalsfjall in 2021. Gravity measurements were conducted in the neighboring valleys, including in Nátthagi Valley, in anticipation of lava flow reaching these areas. In January 2024, three locations within Nátthagi Valley were revisited, and gravity was measured atop the solidified lava. The objective is to obtain values for bulk density of the lava flow, through measurements taken before and after its emplacement and solidification. Density estimation was carried out using two methods: a straightforward Bouguer plate assumption and a more comprehensive 3D model calculation. The model calculations gave densities for the three locations of 2860 ± 80 kg/m3, 2670 ± 60 kg/m3, and 2260 ± 80 kg/m3, with an average of 2600 ± 50 kg/m3. The Bouguer plate gave an average of 2550 kg/m3, so the disparity in the average density between the two methods was small—approximately 2% —with the Bouguer plate assumption underestimating the density. The average density of the lava, based on the three points measured, is comparable to the average density of quaternary basaltic lava in Iceland and Hawaii. To our knowledge, estimations of the bulk density of lava using this method have never been performed before.

Eftir nær 800 ára goshlé vaknaði Reykjanesskagi aftur til lífsins þegar basískt hraungos hófst við Fagradalsfjall árið 2021. Þyngdarmælingar voru framkvæmdar á stöðum þar sem talið var líklegt að hraun myndi flæða yfir, þar á meðal í Nátthaga. Í janúar 2024 voru þrír mælipunktar í Nátthaga endurmældir, núna ofan á storknuðu hrauninu. Tilgangurinn var að mæla þyngdarfrávik sem hraunið olli, með því að framkvæma mælingar fyrir og eftir að hraunið lagðist yfir svæðið og storknaði. Út frá þessu þyngdarfráviki má meta eðlismassa hraunsins. Eðlismassi var metinn með tveimur aðferðum: annars vegar með Bouguer-plötu og hins vegar með ítarlegum þrívíddarlíkanreikningum. Líkanreikningarnir gáfu eðlismassa fyrir þrjá punktanna sem 2860 ± 80 kg/m3, 2670 ± 60 kg/m3, og 2260 ± 80 kg/m3, meðal eðlismassinn er þá 2600 ± 50 kg/m3. Bouguer platan gaf meðal eðlismassa sem 2550 kg/m3. Munurinn á meðal eðlismassa samkvæmt þessum tveimur aðferðum var lítill, um 2%, þar sem aðferðin með Bouguer-plötunni vanmat eðlismassann. Meðal eðlismassi hraunsins, sem byggist á þessum þremur mælipunktum, er sambærilegur við meðal eðlismassa kvartert basalthrauna á Íslandi og Hawaii. Við teljum að mælingar á eðlismassa hraunmyndunar hafi ekki áður verið framkvæmdar með þessari aðferð.