Morgunblaðið - 27.09.2014, Page 30

30 UMRÆÐAN
MORGUNBLAÐIÐ LAUGARDAGUR 27. SEPTEMBER 2014
Þekkingin um innri
gerð jarðarkúlunnar
kemur frá jarð-
skjálftamælingum. Jarð-
skjálftabylgjur sem ber-
ast gegnum jörðina
gegnumlýsa hana eins
og röntgenbylgjurnar
sem gegnumlýsa okkur.
Til að gegnumlýsa
jarðskorpuna undir Ís-
landi notum við bylgjur
sem berast frá fjölda lítilla jarð-
skjálfta sem verða undir landinu en
líka bylgjur sem við búum til með
sprengingum. Til að fá góðar upp-
lýsingar um dýpsta hluta skorp-
unnar og niður í möttulinn undir
landinu nýtum við bylgjur frá
stórum jarðskjálftum annars staðar
á jarðarhnettinum.
Auk þess að jarðskjálftabylgjur
veiti okkur upplýsingar um hina
innri gerð bera þær með sér upplýs-
ingar um brotið sem olli skjálft-
unum og þá spennu sem leystist úr
læðingi í upptökum þeirra. Þetta
getum við nýtt til að fylgjast með
þeim brotaferlum niðri í jarðskorp-
unni sem búast má við að leiði til
stórra og hættulegra jarðskjálfta og
til að segja fyrir um þá.
Spennan sem leiðir til stórra jarð-
skjálfta byggist hægt upp, tekur
jafnvel mörg hundruð ár við hverja
sprungu, eins og er hér á Suður-
landsundirlendinu. Besta ráðið til
að skoða þessa spennuuppbygg-
ingu, á 4-12 km dýpi á upptakasvæði
stórra skjálfta, er að lesa hana út úr
upplýsingum sem berast þaðan upp
á yfirborðið með smáskjálftum. Út
úr þeim má líka lesa brotahreyf-
ingar sem stöðugt eru í gangi þarna
niðri og hægt er að tengja við verð-
andi stórskjálfta þegar hann nálg-
ast.
Til að fá samfellda mynd í tíma og
rúmi af aðdraganda stórra skjálfta
þurfum við að geta lesið upplýs-
ingar úr örsmáum skjálftum sem
stöðugt verða í brotabeltunum.
Árið 1967, við upphaf SIL-
verkefnisins, sem var norrænt rann-
sóknarsamstarf um jarðskjálftaspá
á Suðurlandsundirlendi, var ekki til
í heiminum neitt mælingakerfi sem
réð við að nema og túlka mælingar
frá svo litlum skjálftum, sem þurfti
til að fylgjast með þessum aðdrag-
anda. Það var fyrsta verkefni sam-
starfsins að hanna og byggja upp
slíkt kerfi 8 mælingastöðva á Suður-
landi, SIL-kerfið.
Hönnunarforsendur kerfisins
voru að það ætti að nema alla jarð-
skjálfta á Suðurlandi niður í stærð-
ina 0 og túlka sjálfvirkt út úr mæl-
ingunum upplýsingar um spennu og
brotaferla. Sjálfvirk úrvinnsla væri
nauðsynleg á öllum stigum til að
ráða samstundis við að vinna úr
upplýsingum frá miklum fjölda
skjálfta.
Við þurftum að hafa mælingarnar
stafrænar til að upp-
lýsingarnar væru
sem minnst truflaðar
af óreglum í um-
hverfinu og til að
geta unnið sjálfvirkt
í tölvu úr gífurlegu
gagnamagni. Við
þurftum að geta
mælt og nýtt okkur
bylgjuhreyfingu sem
var nokkrir tugir
sveiflna á sekúndu
(Herz) og þetta
þýddi í hinni staf-
rænu skráningu að það þurfti 100
mæligildi á sveifluútslagi á hverri
sekúndu. Og þetta þurfti að marg-
falda með þremur því á hverri stöð
er þriggja átta nemi til að ná hinni
þrívíðu mynd jarðskjálftabylgn-
anna. Þetta var miklu meira gagna-
magn en venjulegar símalínur réðu
við á þessum tíma og þetta þurfti að
leysa án þess að kostnaður í rekstri
yrði mjög mikill.
Jarðskjálftanemar eru í grunninn
einföld tæki, svolítið eins og dýna-
mór á reiðhjóli. Spóla af rafmagns-
vír hreyfist í segulsviði og við það
myndast straumur sem er mældur.
Það sem takmarkar getu okkar til
að nema bylgjur frá smáskjálftum
er hávaðinn í umhverfinu, samfellt
jarðsuð, vindur, vélar, menn og dýr
á hreyfingu og rafmagnstruflanir.
Nemunum er komið fyrir á góðum
berggrunni á flatlendi, í niðurgraf-
inni tunnu sem þarf að einangra
sem best fyrir slíkum truflunum.
Í frumgerð SIL á Suðurlandsund-
irlendi voru 8 mælistöðvar. Næmni
kerfisins var hámörkuð með því að
láta skynjara á hverri mælistöð skrá
nánast hvað sem bærðist og senda
viðstöðulaust í miðstöðina í Reykja-
vík, þar sem það var samstundis
borið saman í miðtölvunni við upp-
lýsingar frá öðrum mælistöðvum til
að vita hvort um væri að ræða stað-
bundna truflun, t.d. af völdum
vinds, manna eða dýra, eða hvort
þetta væri raunverulegur smá-
skjálfti ættaður djúpt úr jörðu ber-
andi okkur dýrmætar upplýsingar.
Öll þessi greining og frumvinna
gagnanna gerist sjálfvirkt. Kerfið
vinnur eins og heildstætt UNIX-
tölvukerfi og er á margan hátt enn
þá einstakt í heiminum.
Þessi frumgerð SIL-jarð-
skjálftamælingakerfisins var farin
að gefa sjálfvirkar upplýsingar um
stærð og staðsetningu allra smá-
skjálfta á Suðurlandi árið 1991,
ásamt upplýsingum um brotahreyf-
inguna sem kom af stað hverjum
einstökum þeirra. Skoðun sem gerð
var um næmni kerfisins frá 1991-
2000 sýndi að þetta kerfi, þar sem
fjarlægðin milli stöðva var 25-30
km, mældi í reynd alla smáskjálfta
sem urðu á Suðurlandi niður að
stærðinni 0, eins og til var ætlast.
Slíka skjálfta mundum við ekki
skynja sjálf þótt við stæðum beint
fyrir ofan þá. Sprunga slíks skjálfta
niðri í skorpunni gæti verið nokkrir
tugir metra að lengd og misgeng-
ishreyfingin um hana hundraðasti
hluti úr mm. Reyndar nær kerfið þó
nokkrum skjálftum á svæðinu, sem
eru enn minni en 0, sem hefur
reynst mjög gagnlegt.
SIL-kerfið er enn nánast einstakt
í heiminum hvað varðar tæki í stöð-
ugum rekstri til að mæla og meta
smáskjálfta. Ég hef stundum sagt
að það hafi kostað blóð svita og tár
að ná þessum árangri. Kannski væri
réttara að segja starfsgleði og sköp-
unarvilja. Það er á engan hallað að
ég minni sérstaklega á hlut Reynis
Böðvarssonar í þessu, en hann var
aðalhönnuður og tæknistjóri í upp-
byggingu þessa kerfis og í áfram-
haldandi þróun þess, en kerfið tekur
nú til meira en 60 stöðva um allt
land. Reynir sem var rannsókn-
arverkfræðingur við Háskólann í
Uppsölum þegar SIL-verkefnið
hófst er nú yfirmaður sænska jarð-
skjálftamælingakerfisins. Annar
sem hefur haft gífurleg áhrif á þró-
un sjálfvirkrar úrvinnslu kerfisins
er Ragnar Slunga, einnig starfandi í
Svíþjóð. En auðvitað hefði þessi ár-
angur ekki náðst nema fyrir frá-
bæra vinnu og fórnfýsi starfsmanna
á jarðeðlissviði Veðurstofunnar á
þessum árum og nefni ég í því sam-
bandi jarðeðlisfræðingana Stein-
unni S. Jakobsdóttur, Gunnar B.
Guðmundsson og rafmagnsverk-
fræðinginn Svein Ólafsson.
Árangur SIL-verkefnisins og
SIL-kerfisins
Á nokkrum árum var sýnt fram á
eftirfarandi:
 Með sjálfvirkri úrvinnslu ör-
smárra og tíðra skjálfta er hægt að
fá upplýsingar um staðsetningu og
upptakaeðli þeirra nær samstundis.
 Með fjölvinnslu á skjálftaþyrp-
ingum sem kerfið mælir í er unnt að
staðsetja skjálfta afstætt með allt
að tíu metra nákvæmni. Það, ásamt
upplýsingum um upptakaeðli
skjálftanna gerir kleift að kort-
leggja fíngerðar sprungur djúpt í
skorpunni, og hvernig þær þróast.
 Orsakasamhengi má greina
milli skjálfta á litlum svæðum. Í
hefðbundnu tölfræðilegu hættumati
er gjarnan litið á stóra skjálfta sem
óháða hver öðrum og smáskjálftar
voru oftast áður meðhöndlaðir sem
innbyrðis ótengdir og óreiðu-
kenndir. Í SIL-verkefninu og fram-
haldsverkefnum þess var sýnt fram
á orsakasamhengi milli smáskjálfta
og tengsl við hægfara breytingar á
sprungubeltum og tengsl við stóra
jarðskjálfta.
Þróun og uppbygging SIL-
kerfisins olli straumhvörfum í ís-
lenskum jarðfræðirannsóknum. Nú
var hægt að greina sprungur sem
jarðfræðingar sáu á yfirborði, langt
niður í jarðskorpuna. Það gerði
kerfið ómissandi í jarðhitarann-
sóknum. Þetta hjálpaði til að
styrkja rekstur þess. En það sem
var mest um vert, „rannsóknarstofa
náttúrunnar“ á Íslandi eignaðist
rannsóknartæki sem vísindamenn
víða um heim sýndu áhuga og vildu
nýta.
Fjölþjóðlegar jarðskjálftaspá-
rannsóknir sem tóku við af SIL-
verkefninu 1996 byggðust á árangri
SIL og á hinum sérstæðu jarð-
fræðilegu aðstæðum til slíkra rann-
sókna í brotabeltum Íslands, sem
sagt verður frá í næstu köflum.
Jarðskjálftakerfi Veðurstofunnar
sem staðsetur og greinir allt að þús-
und skjálfta á dag, sem sagt er dag-
lega frá í fréttum, er í grunninn
SIL-kerfið, en það hafa bæst við
mælistöðvar umhverfis öll brota-
svæði landsins. Kerfið er upp-
haflega hannað til að ná sem flest-
um örsmáum jarðskjálftum sem
geta sagt okkur hvað er að gerast
skömmu fyrir stóra jarðskjálfta. En
það hefur líka reynst frábærlega vel
til að vara við og fylgjast með eld-
virkni. Daglega yfirfara starfsmenn
hinar sjálfvirku mælingar.
Sjálfvirk úrvinnsla SIL-kerfisins
gefur miklu meiri upplýsingar en nú
eru nýttar í hinu daglega eftirliti.
Þetta þarf að bæta með sjálfvirku
og sívökulu úrvinnslu- og eftirlits-
kerfi. Það þarf að byggja sívökult
viðvörunarkerfi ofan á sjálfvirkar
upplýsingar SIL-kerfisins og aðra
tiltæka þekkingu og aðrar tiltækar
mælingar, t.d. á landbreytingum.
Um þetta verður fjallað betur í síð-
ari grein.
SIL-kerfið: Ný aðferð til að
fylgjast með brotahreyfingum
Eftir Ragnar
Stefánsson » Til að fá samfellda
mynd í tíma og rúmi
af aðdraganda stórra
skjálfta þurfum við að
geta lesið upplýsingar
úr örsmáum skjálftum
sem stöðugt verða í
brotabeltunum.
Ragnar Stefánsson
Höfundur er jarðskjálftafræðingur.
Að segja fyrir um jarðskjálfta
Jarðeðlisfræðingar Í Haukadal á Rangárvöllum 1990. Steinunn Jakobs-
dóttir og Sveinn Ólafsson og á milli þeirra Magnús Runólfsson, níræður
bóndi og mælaeftirlitsmaður.
Norræn samvinna Í nýju Hekluhrauni 1991. Lengst til hægri er Reynir Böðvarsson, en 3. frá hægri er Ragnar
Slunga. Fyrir miðju standa greinarhöfundur og Barði Þorkelsson.
Jarðskjálftamælir Mælahús grafið niður í túni. Í miðju er stöpull steypur á
klöpp. Bláa stykkið er þriggja ása nemi og það brúna stafsetjari mælinga.
Mælanet Fyrsta SIL-mælanetið á Suðurlandi, fjólubláir þríhyrningar, 8
stöðvar. Og síðari útvíkkun SIL-netsins, sjá litakóða með ártölum.