Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS landmælingum

Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS landmælingum Hildur María Friðriksdóttir Jarðvísindadeild Háskóli Íslands 2014

Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS landmælingum Hildur María Friðriksdóttir 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðeðlisfræði Leiðbeinendur Sigrún Hreinsdóttir Erik Sturkell Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Reykjavík, maí 2014

Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS landmælingum Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS 10 eininga ritgerð sem er hluti af Baccalaureus Scientiarum gráðu í jarðeðlisfræði Höfundarréttur 2014 Hildur María Friðriksdóttir Öll réttindi áskilin Jarðvísindadeild Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóli Íslands Askja, Sturlugata 7 101 Reykjavík Sími: 525 4000 Skráningarupplýsingar: Hildur María Friðriksdóttir, 2014, Landris á Vatnajökulssvæðinu metið með GPS landmælingum, BS ritgerð, jarðvísindadeild, Háskóli Íslands, 24 bls. Prentun: Háskólaprent, Fálkagata 2, 107 Reykjavík Reykjavík, maí 2014

Útdráttur Frá því litlu ísöld lauk hefur veður hlýnað með þeim afleiðingum að jökulbráðnun hefur átt sér stað. Með aukinni bráðun minnkar fargið á jarðskorpunni svo hún rís hægt og rólega í átt að flotjafnvægisstöðu. Áhrif þessa jökulfargbreytinga hafa verið mæld í kringum Vatnajökul þar sem lóðréttir hraðar náð allt að 25 mm/ári. Ný GPS gögn sýna að landris er í dag mun hærra, eða meira en 40 mm/ári. Lóðréttir hraðar á Vatnajökulssvæðinu hafa verið endurmetnir en þegar litið er á GPS tímaraðir sést að hraði þeirra að aukast veldislega sem fer hönd í hönd við hækkandi meðalhitastig yfir síðastliðin 20 eða svo ár. Abstract Since the end of the little ice age, average temperatures have been rising and glaciers have started melting. With this increased melting, the glaciers put less pressure on the Earth s crust, causing it to rise. In Iceland this glacial isostatic uplift is most prominent on the western side of Vatnajökull where up until now, vertical uplift of the Earth s crust was up to 25 mm/year. New GPS geodetic data reveals much higher uplift in the Vatnajökull region, exceeding 40 mm/year. Time series back to 1992 show that the uplift in the region has increased in a logarithmic manner which correlates with temperatures going up in the past 20 or so years. iii

Hér með lýsi ég því yfir að ritgerð þessi er samin af mér og að hún hefur hvorki að hluta né í heild verið lögð fram áður til hærri prófgráðu... Hildur María Friðriksdóttir Kt. 290589-2319 iv

Efnisyfirlit Myndir... vi Töflur... vii Skammstafanir og breytuheiti... viii Þakkir... ix 1 Vatnajökull... 1 2 Jökulfargbreytingar... 3 3 GPS landmælingar... 7 4 Gögn... 9 5 Niðurstöður... 13 5.1 Lóðréttir hraðar... 13 5.2 Rismiðja... 16 5.3 Tímaraðir... 18 4 Umræður... 21 Heimildir... 23 v

Myndir Mynd 1.1 Kort af Íslandi.... 1 Mynd 2.1 Lögmál Arkimedesar...3 Mynd 2.2 Viðbrögð jarðskorpunnar við jökulfargbreytingum...4 Mynd 2.3 Lóðréttar færslur á Íslandi yfir tímabilið 2003-2013...6 Mynd 2.4 Tímaröð ISAF...6 Mynd 5.1 Lóðréttar færslur á Íslandi yfir tímabilið 1993-2004...15 Mynd 5.2 Rishraðar á Vatnajökulssvæðinu yfir árin 2003-2013...15 Mynd 5.3 Rishraðar frá 2003 til lok árs 2013 með reiknuðum rismiðjum...17 Mynd 5.4 Lóðréttir hraðar sem fall af fjarlægð frá rismiðju...18 Mynd 6.1 Tímaraðir fyrir PALS, JOKU, HAUM/HAUC og HOFN...19 Mynd 6.2 Tímaraðir fyrir SKRO og STKA...19 Mynd 6.3 Tímaröð fyrir HAMA/HAFS...20 Mynd 6.4 Tímaröð fyrir KIDA/KIDC...20 Mynd 6.5 Tímaröð fyrir ESJU...20 vi

Töflur Tafla 4.1 GPS stöðvar og staðsetningar þeirra.... 10 Tafla 4.2 Mælingartímabil stöðva...11 Tafla 3.1 GPS stöðvar og mældur rishraði á þeim...14 vii

Skammstafanir GNSS: Global Navigation Satellite System GPS: Global Positioning System IGS: International GNSS Service NSF: National Science Foundation RANNÍS: Rannsóknamiðstöð Íslands Breytuheiti m: massi, g: þyngdarhöðun, ρ v : eðlismassi vökva, V r : rúmmál vökva sem hluturinn ryður frá sér X: lengdargráða rismiðju x x : lengdargráða hvers punkts fyrir sig v x : hraði hvers punkts fyrir sig V: summa allra punkthraðanna viii

Þakkir Þakkir fara til leiðbeinanda míns, Sigrúnar Hreinsdóttur, fyrir hvetjandi kennslu og leiðsögn síðastliðin þrjú ár og fyrir að vera með svona bráðsmitandi áhuga jarðeðlisfræði. Takk fyrir að treysta mér fyrir þessu verkefni. Þakkir fara til Jöklarannsóknarfélagsins fyrir að safna gögnum frá Vatnajökli og Erik Sturkell fyrir að gefa mér góðfúslegt leyfi til að nota gögnin fyrir þessa ritgerð. Karolina Michalczewska fær þakkir fyrir að vera ótrúlega þolinmóð gagnvart mér og vera ávallt tilbúin til að aðstoða mig þegar ég þarf á því að halda. Einnig vil ég þakka fjölskyldu minni, þá sérstaklega foreldrum mínum Maríu Helgadóttur og Friðriki Gunnari Gunnarssyni, fyrir stuðning og ást. Ég vil þakka David Gundry fyrir að hvetja mig áfram og samnemendum mínum í jarðeðlisfræði fyrir allan þann stuðning sem þau hafa veitt mér í gegnum síðastliðin þrjú ár. ix

1 Vatnajökull Mynd 1.1 Kort af Íslandi. Rekbeltin eru merkt með rauðum lit. Vesturhluti Vatnajökuls er staðsettur ofaná flekaskilum og möttulstrók sem veldur mikilli eldvirkni. Vatnajökull, stærsti jökull Evrópu, er vinsælt rannsóknarefni enda er hann sérstakur á þann hátt að hann liggur bæði á flekaskilum og möttulstrók eða svokölluðum heitum reit (mynd 1.1). Mikil eldvirkni er á svæðinu og liggja sjö eldstöðvar undir Vatnajökli; Þórðarhyrna, Hamarinn, Kverkfjöll, Esjufjöll, Öræfajökull, Grímsvötn og Bárðabunga. Tvær síðastnefndu eru með þeim eldvirkustu á sögulegum tíma (Larsen o.fl., 1998). Eldvirknin á Vatnajökulssvæðinu er lotubundin og þegar gostíðni er sem hæst líða 5-10 ár á milli gosa (Larsen o.fl, 1998). Ríflega 80 eldgos að lágmarki urðu í Vatnajökli frá árinu 1200 og þar af voru nærri 70 ættuð úr Grímsvatnakerfinu (Guðmundsson o.fl., 2013). Vatnajökull er einnig þekktur fyrir tíð jökulhlaup, meðal annars úr öskjuvatninu Grímsvatni. Fram til 1938 komu stór jökulhlaup á 10 ára fresti en eftir það hefur tíðni hlaupa aukist, jafnframt því sem þau hafa orðið minni. Nú til dags koma smáhlaup á 1-2 ára fresti en búast má við stærri hlaupum á nokkura áratuga fresti (Guðmundsson o.fl., 2013). Stórhlaupin nema nokkrum tugum þúsunda rúmmetra á sekúndu og geta valdið verulegum skemmdum á hringveginum. Fjöldi megineldstöðva og mesta eldvirkni á landinu gerir Vatnajökulssvæðið að áhugaverðu viðfangsefni en auk þess býr jökullinn yfir gríðarlegum ísmassa sem er að ganga í gegnum miklar breytingar. Við landnám á Íslandi var Vatnajökull minni en hann er í dag því loftslagið var tiltölulega hlýtt. Vitað er að að loftslag á Íslandi hafi kólnað í 1

kringum árið 1300 (Pagli o.fl., 2007) með þeim afleiðingum að jöklar stækkuðu fram yfir lok litlu ísaldar og náðu hámarki í kringum árið 1800 (McKinzey o.fl., 2005). Þrátt fyrir einstaka flökt í rúmmáli jöklanna þá breyttist það ekki mikið á milli áranna 1750 til 1890 (Björnsson, 1979) en árið 1890 er oftast notað sem viðmiðunarár fyrir upphaf þeirrar jökulbráðnunar sem á sér stað í dag. Árið 1890 var flatarmál Vatnajökuls um 8600 km 2 en það fór niður í 8300 km 2 árið 1973 og er talið vera um 8100 km 2 í dag (Pagli o.fl., 2008). Þegar jöklarnir bráðna missa þeir hluta af massa sínum svo farg losnar ofan af jarðskorpunni. Við það minnkar þrýstingur og truflun verður í massajafnvægi skorpunnar. Allir jöklar á Íslandi eru að hopa vegna hlýnunar en þar sem Vatnajökull er langstærstur þeirra, þá á mesta fargtapið sér stað þar. Talið er að Vatnajökull hafi tapað 435 km 3 af ís (Pagli o.fl., 2007) og 10% af massa sínum á árunum 1890-2003 (Pagli o.fl., 2008). Mesta ísþykkt bráðnar á jöðrum Vatnajökuls eða um 62 cm á ári en innar í jöklinum við jökulhetturnar bráðna um 25 cm á ári (Pagli o.fl., 2007). 2

2 Jökulfargbreytingar Lögmál Arkimedesar lýsir því hvernig fljótandi hlutur í jafnvægi ryður burtu þyngd vökva sem er jöfn þyngd hlutarins. Krafturinn sem verkar á hlutinn er Þar sem m er massi, g er þyngdarhöðun, ρ v er eðlismassi vökva, V r er rúmmál vökva sem hluturinn ryður frá sér. (1) Mynd 2.1 Lögmál Arkimedesar. Fljótandi hlutur í jafnvægi ryður burtu þyngd vökva sem er jöfn þyngd hlutarins. Ef heildarkraftur á hlutinn er enginn, þá er hluturinn í jafnvægi. Ef hluturinn er í jafnvægi þá er krafturinn enginn og þyngd vökvans sem rutt er frá er jöfn þyngd hlutarins (Mynd 2.1). Hins vegar ef partur yrði skorinn ofan af massanum svo m í jöfnunni minnkaði, þá myndi uppdrifskrafturinn ýta massanum upp þangað til jafnvægi yrði náð á ný. Lögmál Arkimedesar lýsir viðbörgðum jarðarinnar við fargbreytingum mjög vel því hugsa má um efsta lag jarðarinnar sem þunnt fjarðrandi lag sem getur bognað en flæðir ekki ofan á seigfjaðrandi efni sem getur bæði bognað og flætt. Fjöll og jöklar bæta auknum massa á fjaðrandi lagið sem flýtur á seigfjaðrandi laginu eins og hlutur flýtur á vökva. Jörðinni er ekki aðeins þrýst niður með auknu fargi heldur þrýstir hún seigfjaðrandi efninu út frá sér, líkt og tannkremi úr tannkremstúpu, og jörðin í kring sem verður ekki fyrir beinum áhrifum 3

frá farginu rís undan auknum þrýstingi (mynd 2.2). Viðbrögð jarðarinnar við fargbreytingum eru mjög hæg og hraði þeirra veltur á seigju jarðarinnar. Það getur tekið jörðina mörg þúsund ár að rísa hægt og rólega í átt að jafnvægisstöðu eftir að þunga hefur verið létt af henni. Eitt þekktasta dæmið um landris vegna jökulfargbreytinga er landrisið í Skandinavíu eftir síðustu ísöld sem lauk fyrir 12.500 árum en meðan á ísöldinni stóð var jörðinni þrýst niður af gríðarlegu jökulfargi. Jökullinn frá síðustu ísöld er að mestu horfinn en landið í Skandinavíu er enn að jafna sig og rís í dag um 11 mm/ári (Lidberg o.fl., 2007). Það tók jörðina undir Íslandi aðeins um 1000 ár að jafna sig á sömu ísöld (Sigmundsson, 1991). Ástæðan fyrir því hversu mikill munur er á þeim tíma sem það tekur Ísland og Skandinavíu að komast aftur í flotjafnvægi er sú að seigjan undir Skandinavíu er mun hærri en undir Íslandi. Lága seigju undir Íslandi má rekja til möttulstróksins (Pagli o.fl.,2007), en hann veldur háu hitaflæði og mikilli eldvirkni, eiginleikum sem lækka seigju. Mynd 2.2 Myndin lýsir viðbrögðum jarðskorpunnar við jökulfargbreytingum. a) Jökull liggur á yfirborði og þrýstir skorpunni niður. Þunnfljótandi möttulefni þrýstist út frá jöklinum og veldur risi utan við það svæði sem verður fyrir beinum áhrifum frá jökulfarginu. b) Jökullinn bráðnar svo farginu hefur verið létt af. Skorpan sem var áður undir jöklinum reynir að komast aftur í flotjafnvægi með því að rísa hægt í átt að jafnvægisstöðu. Seigfljótandi möttulefnið flæðir til baka og jörðin sem reis sekkur nú til baka. c) Skorpan er komin í jafnvægi (physicalgeography.net). 4

Í dag er Ísland að ganga í gegnum flotjafnvægishreyfingar vegna hlýnandi loftslags sem veldur bráðnun á ísmassa. Landris á sér stað á mestöllu landinu en á ýmsum stöðum við jaðar Íslands er landsig (mynd 2.3), t.d. á Vestfjörðum þar sem sig er um 1 mm/ári (mynd 2.4). Flotjafnvægishreyfingar Íslands í dag eru flókin viðbrögð við skammtíma fjaðrandi viðbrögðum jarðskorpunnar og langtíma seigfjaðrandi aðlögunar að bráðnun jökla yfir síðastliðin 120 ár ásamt árstíðabreytingum í snjóþykkt (Auriac o.fl., 2013). Vitað er að árlegar sveiflur í GPS mælingum tengjast beint árstíðarbundnum fargbreytingum í snjóþykkt sem eiga sér stað vegna fjaðrandi viðbragða efri hluta skorpunnar. Samfelldar GPS stöðvar næst Vatnajökli hafa mælst með allt að 16mm hágildi í árssveiflum (Grapenthin o.fl., 2006). Hingað til hefur mesta landris á Íslandi sem mælt hefur verið með GPS mælingum eftir litlu ísöld verið um 25 mm/ári við Vatnajökul (Pagli og Sigmundsson, 2008). Fleiri staðir eru að ganga í gegnum landris sem má rekja beint til hlýnunar eftir lok litlu ísaldar. Landris í suðaustur hluta Alaska hefur mælst allt að 34 mm á ári (Larsen o.fl., 2004). Allt að 41 mm ris á ári var mælt í Patagóníu í Suður Ameríku frá 2001 til 2010, en það er mesta ris sem heimildir geta til um í dag (Lange o.fl., 2014). Rishraðar hafa verið að aukast yfir síðastliðna tvo áratugi en það má tengja við aukna jökulbráðnun frá því um miðjan tíunda áratug síðustu aldar (Björnsson og Pálsson, 2008). Aukin bráðnun undanfarin ár gefur góða ástæðu til að endurmeta lóðrétta hraða reglulega með GPS mælingum. Hér verða hraðarnir endurmetnir með áherslu á áður óbirtar mælingar frá Vatnajökli yfir árin 2003-2013. 5

Mynd 2.3 Yfirlistmynd af Íslandi sem sýnir lóðréttar færslur mældar með GPS mælingum yfir tímabilið 2003-2013. Rauðar súlur sýna svæði þar sem landris á sér stað en bláar súlur tákna svæði þar sem er landsig. Mynd 2.4 Tímaröð sem sýnir lóðrétta færslu GPS stöðvarinnar ISAF frá árinu 2009 til ársins 2014 sem fall af tíma, en á því má sjá að sig á svæðinu er um 1mm/ári. 6

3 GPS landmælingar GPS landmælingar mæla hvernig yfirborð Jarðar hreyfist með tíma í þrjár stefnur (norður, austur og lóðrétt). Fyrsta GPS net mælingin á Íslandi var gerð árið 1986 þar sem stór hluti Íslands var mældur (Foulger o.fl., 1987), en tilgangur hennar var að fylgjast með áhrifum flekaskilanna á jarðhreyfingar. Síðan þá hefur GPS mælipunktum á Íslandi fjölgað ört. Hægt er að fylgjast með jarðskorpuhreyfingum í nær rauntíma með samfelldum GPS stöðvum um land allt, en samfelldar GPS mælingar hófust árið 1995 þegar IGS setti upp samfellda stöð í Reykjavík (Geirsson o.fl., 2010.). Stöðugt er verið að fjölga samfelldum stöðvum á Íslandi í samvinnu við Háskóla Íslands, Veðurstofu Íslands, Jöklarannsóknarfélagið, Háskólann í Pennsylvaníu, Háskólann í Savoie, Háskólann í Arizona, Tækniháskólanum ETH í Zürich og UNAVCO ásamt styrktaraðilunum RANNÍS og NSF. Í dag eru samfelldar stöðvar á Íslandi orðnar um 90 talsins (Sigrún Hreinsdóttir, 2014, munnleg heimild). Í þessari ritgerð verður einblínt á lóðréttan þátt GPS landmælinga í þeim tilgangi að skoða landris vegna jökulfargbreytinga. Láréttu þáttunum í mælingum er sleppt hér því þeir verða fyrir of miklum áhrifum frá flekaskilunum (Árnadóttir o.fl., 2009). 7

4 Gögn GPS mælipunktar þurfa að vera staðsettir á stöðugum berggrunni til að nákvæmar mælingar fáist. Erfitt er að mynda þétt GPS mælinet á Vatnajökli sjálfum þar sem hann er að mestu þakinn ís og fáar klappir er að finna (Guðmundsson og Högnadóttir, 2007). Á síðustu árum hefur stöðvum verið fjölgað á Vatnajökulssvæðinu til að hægt sé fylgjast betur með rishraða vegna jökulfargbreytinga. GPS mælinetið sem er skoðað hér í þeim tilgangi að meta lóðrétta hraða inniheldur 35 mælipunkta sem sjá má í töflu 4.1. Árin sem hver og eins stöð var mæld á má sjá í töflu 4.2. 9

Tafla 4.1 GPS stöðvar og staðsetningar þeirra. FS stendur fyrir það að stöð stöðin hafi fastan fót.tvær stöðvar eru á Grímsfjalli, GRIM og GFUM (samfelld stöð) en mikill órói er á þeim stöðvum vegna eldvirkni svo þær eru ekki notaðar til að meta landris vegna jökulfargbreytinga. Nafn stöðvar Stuttnefni Lengdargráða ( ) Breiddargráða ( ) Búrfellsalda FS BALD 344,25077 64,92426 Bjólfssker BJOL 344,56787 64,58493 Breiðárlón BRLO 343,62196 64,04386 Dyngjuháls FS DYNC 342,63375 64,79062 Dyngjuháls DYNH 342,63418 64,79207 Esjufjöll ESJU 343,50367 64,28556 Eyvindstungur FS EYVI 344,19611 64,28556 Grímsvötn úrkomumælir FS GFUM 342,73340 64,40676 Grímsfjall (Saltarinn) GRIM 342,72915 64,40662 Fjórðungsalda FS FJOC 341,99395 64,87493 Hamarinn FS HAFS 342,17799 64,48026 Hamarinn HAMA 342,17815 64,47789 Háumýrar FS HAUC 341,65518 64,71148 Háumýrar stöpull HAUM 341,65534 64,71147 Höfn í Hornafirði HOFN 344,80208 64,26729 Húsbóndi HUSB 342,34307 64,29546 Inntakshús Kárahnjúkar FS INTA 344,31720 64.94001 Jökulheimar FS JOKU 341,75999 64,30956 Jörfi JORF 343,38037 64,63707 Kálfafell stöpull KALF 342.31113 63,94733 Kerlingartoppur KERT 342,00229 64,39579 Kerlingar KERI 342,00132 64,39093 Kiðagilsdrög KIDA 342,05760 65,01919 Kiðagilsdrög FS KIDC 342,05757 65,01922 Kverkfjöll KVEF 343,31111 64,67411 Kverkfjöll KVER 343,34808 64,74536 Kvísker FS KVSK 343.56727 63,98224 Pálsfjall PALS 342,61459 64,29018 Sauðárháls FS SAUD 344,11629 64,89840 Sker í Skeiðárjökli SKSK 342,81763 64,27094 Skrokkalda FS SKRO 341,62180 64,55683 Sæbýli FS SNAE 341,36754 63,73632 Stemma STEM 343,86396 64,09958 Stóra Kjalalda FS STKA 341,17781 64,43919 Vottur VOTT 342,819079 64,27150 10

Tafla 4.2 Ártöl mælinga. X er merkt við þar sem gögn eru til staðar og O þar sem vitað er mælingar voru gerðar en gögn hafa ekki fundist. Stöð 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 BALD BJOL X BRLO X X X X X X O X X DYNC X X X X X X DYNH X X X O X ESJU X X X X EYVI O X X X FJOC HAFS X X X X X X HAMA X X X X X X X X X X X X X HAUC X X X X X X X HAUM X X X X X X X X X HOFN X X X X X X X X X X X X X X X X X HUSB X INTA JOKU X X X X X X X X X X X X X X X X X X X JORF X KALF KERT X KERI X KIDA O X X X X X X X X KIDC X X X X X X X KVEF X X KVER X X X X X X X X X X KVSK X X X X X X X X X PALS X X X SAUD SKSK X X X X X SKRO X X X X X X X X X X X X X X SNAE STEM X X X X X O X X STKA X X X X X X X X VOTT X X 11

5 Niðurstöður GPS gögnin voru unnin með GAMIT/GLOBK, útgáfu 10.4. 150 hnattrænar stöðvar voru notaðar til að meta staðsetningu stöðva í ITRF8 viðmiðunarkerfinu ásamt Fasamiðjulíkönum IGS08 og sjávarfallalíkönum FES2004. 5.1 Lóðréttir hraðar Niðurstöður GPS mælinga frá 2003 til lok ársins 2013 má sjá í töflu 6.1. Aðeins ein mæling hefur verið gerð á stöðvunum BJOL, HUSB, JORF, KERT og KERI svo ekki er hægt að meta hraða á þeim. Árið 2009 birtu Þóra Árnadóttir o.fl. grein (Árnadóttir o.fl., 2009) þar sem birtir voru lóðréttir hraðar GPS stöðva yfir tímabilið 1993-2004. Þá mældist hraði á SKRO 23mm/ári en á árunum 2003-2013 sýnir sú stöð ris upp á meira en 29 mm/ári. Þegar fleiri stöðvar sem hafa verið mældar yfir bæði tímabilin eru skoðaðar kemur fram aukinn rishraði á þeim öllum. Áður mældist lóðréttur hraði á HOFN yfir 10 mm/ári sem er nú orðinn yfir 14 mm/ári, HAUM reis áður um 20 mm/ári en HAUC, samfellda stöðin sem tók við af HAUM, sýnir nú lóðréttan hraða yfir 29 mm/ári, JOKU reis meira en 25 mm/ári en rís nú yfir 36 mm/ári, HAMA reis yfir 22 mm/ári en nú yfir 36 mm/ári. Bera má saman mynd 5.1, þar sem lóðréttir hraðar yfir tímabilið 1993-2004 eru kortlagðir yfir allt Ísland og mynd 5.2 sem sýnir lóðrétta hraða á Vatnajökulssvæðinu yfir tímabilið 2003-2013. Hæstu hraðar yfir tímabilið 1993-2004 eru ekki mikið hærri en 20 mm/ári en samkvæmt nýjustu mælingum eru hæstu rishraðar komnir upp í meira en 40 mm/ári. 13

Tafla 5.1 GPS stöðvarog mældur rishraði á þeim yfir tímabilið 2003-2013 Stöð Lóðréttur hraði (mm/ári) Óvissa (1σ) BALD 17,2 0,1 BRLO 27,8 0,4 DYNC 17,6 0,2 DYNH 14,6 4,6 ESJU 30,6 0,1 EYVI 24,9 0,6 FJOC 22,4 0,2 HAFS 38,9 0,5 HAMA 37,3 0,4 HAUC 29,5 0,1 HAUM 24,6 1,1 HOFN 14,4 0,0 INTA 16.3 0,1 JOKU 35,0 0,1 KALF 26,4 0,3 KIDA 17,8 0,9 KIDC 16,5 0,1 KVEF 20,7 1,9 KVER 28,7 0,7 KVSK 20,6 0,2 PALS 45,9 0,9 SAUD 18,3 0,1 SKSK 40,4 1,1 SKRO 29,7 0,0 SNAE 15,6 0,1 STEM 26,2 0,4 STKA 26,6 0,1 14

Mynd 5.1 Lóðréttar færslur frá ISNET GPS mælingum (1993-2004) og samfelldum GPS stöðvum á Íslandi (1999-2004). Jákvæðar tölur gefa til kynna landris og neikvæðar tölur landsig (Árnadóttir o.fl., 2009) Mynd 5.2 Hér má sjá rishraða frá 2003 til lok árs 2014 á Vatnajökulssvæðinu. Mestur rishraði er á vesturhluta jökulsins og hraðinn virðist lækka nokkuð jafnt og þétt út frá honum. 15

5.2 Rismiðja Svo virðist sem mestur rishraði sé í grennd við stöðvarnar SKSK og PALS, og að hraðinn minnki með fjarlægð frá miðpunkti. Til að skilgreina þennan miðpunkt sem kallaður verður rismiðja voru notaðar tvær mismunandi aðferðir. Fjórar GPS stöðvar urðu fyrir valinu í norður-suður stefnu og fjórar í austur-vestur stefnu þar sem tvær stöðvar lágu sitt hvorum megin við rismiðju. Fyrir norður-suður stefnu voru stöðvarnar KALF, PALS, HAMA og FJOC valdar en fyrir austur-vestur stefnu urðu stöðvarnar JOKU, PALS, SKSK og ESJU fyrir valinu. Fyrri aðferðin gekk út á það að finna jöfnu beinnar línu fyrir hraðana á JOKU og PALS, sem liggja vestan við rismiðju, og gera það sama fyrir HAMA og FJOC, sem liggja austan við rismiðju. Hæsta gildið, eða rismiðjan, væri þá staðsett þar sem beinu línurnar mætast. Sama aðferð var notuð fyrir KALF, PALS, HAMA og FJOC fyrir norður-suður stefnu. Út frá þessum reikningum fékkst að rismiðjuna væri að finna á lengdargráðu 342,36639 og breiddargráðu 64,29992. Seinni aðferðin gekk út á það að nota sömu stöðvar og áður en reikna rismiðjuna með svipaðri jöfnu og er notuð til að reikna massamiðju. Rismiðjan var reiknuð með jöfnunni Þar sem X er lengdargráða rismiðju x x er lengdargráða hvers punkts fyrir sig v x er hraði hvers punkts fyrir sig V er summa allra punkthraðanna Sama aðferð er notuð til að finna breiddargráðu rismiðju. Út frá þessum reikningum var rismiðjuna að finna á lengdargráðu 342,56036 og breiddargráðu 64,37580. Þegar þessar tvær staðsetningar á eru merktar inn á kort (mynd 5.3) kemur í ljós að fyrri aðferðin virðist gefa of lág gildi og seinni aðferðin of há gildi. Ef það er hins vegar tekið meðaltal af báðum lausnum finnst staðsetning, á lengdargráðu 342,46338 og breiddargráðu 64,33786, sem virðist passa vel við hraðadreifinguna. Aukning á hraða út frá rismiðjunni virðist ekki koma fram í radíalmunstri heldur frekar sporöskjulaga út frá rismiðju. Undantekning er stöðin DYNC en hún sýnir mun minna landris en hún ætti að gera miðað við staðsetningu frá rismiðju. Líklegt er að það tengist breytingum í tengslum við Bárðabungu eldstöðvakerfið. Sig sést á stöðvum við Öskju og voru þær því ekki notaðar til að skoða áhrif jökulfargsbreytinga, en kvikuhólfið þar hefur verið að tæmast síðan a.m.k. árið 1983 með meðfylgjandi landsigi (Pagli o.fl, 2006). (2) 16

Mynd 5.3 Rishraðar frá 2003 til lok árs 2013 með reiknuðum rismiðjum. Græni krossinn er niðurstaðan með jöfnu beinnrar línu, blái frá massamiðju matinu og rauði krossinn er meðaltal af þeim tveimur. 17

Til að sjá hvernig hraði stöðvanna breytist sem fall af fjarlægð frá meðaltals-rismiðju var gert grafið sem sjá má á mynd 5.4. Flestar stöðvarnar fylgja nokkuð línulegu hraðamunstri með fjarlægð og aðeins en nokkrar stöðvar eru frávik frá því. Mynd 5.4 Lóðréttir hraðar sem fall af fjarlægð frá rismiðju. 5.3 Tímaraðir Tímaraðir sýna hvernig einstaka GPS stöðvar eru að færast með tíma. Ef rishraði helst stöðugur þá fylgir tímaröðin beinni línu að undanskildum sveiflum vegna árstíðabreytinga. Á myndum 5.1 til 5.5 er hægt að sjá myndrænt hvernig rishraði eykst með tíma. 18

Mynd 5.1 Tímaraðir fyrir PALS (græn), JOKU ( ljósblá), HAUM/HAUC ( dökkblá) og HOFN ( rauð). Beinu línurnar fylgja þeim ferli sem stöðvarnar hefðu fylgt ef hraði hefði verið stöðugur frá fyrstu til seinustu mælingu. Mynd 5.2 SKRO (blá) og STKA ( græn) eru tvær samfelldar tímaraðir. Beina línan sýnir hvaða ferli tímaraðirnar hefðu farið eftir ef að hraði hefði verið stöðugur frá upphafi mælinga. Svo er ekki, eins og vel má sjá á tímaröð SKRO, heldur eykst hraðinn með tíma og tímaröðin myndar feril sem er líkari veldisvísisfalli en beinni línu. 19

Mynd 5.3 Tímaröð HAMA/HAFS Mynd 5.4 Tímaröð KIDA/KIDC Mynd 5.5 Tímaröð ESJU 20

6 Umræður Sýnt hefur verið fram á með nýjum, áður óbirtum GPS mælingum frá Vatnajökulssvæðinu að rishraði vegna jökulfargbreytinga er að aukast. Risaðinn er mestur við jökulhetturnar á vesturhluta Vatnajökuls og virðist lækka nokkuð jafnt og þétt út frá rismiðju. Tímaraðir sýna aukinn rishraða og líkjast þær veldisvísisfalli. Hæsti mældi rishraðinn er yfir 45 mm/ári á PALS. Það eru yfir 4 mm/ári meira en rishraðinn í Patagóníu sem var hæsti mældi rishraði á Jörðu vegna jökulfargbreytinga. Aukinn rishraða má rekja til hlýnandi veðurfars og ef veðurfar heldur áfram að hlýna með þessum hætti munu jöklarnir halda áfram að minnka og jarðskorðan að rísa. Rýrnun jökla hefur ekki aðeins í för með sér landris heldur veldur hún einnig hækkun sjávarborðs og þrýstingslækkun í möttli sem getur valdið aukinni eldvirkni. Þar sem Vatnajökull er bæði einn eldvirkasti staður á Íslandi og er að ganga í gegnum miklar breytingar þegar kemur að bráðnun ísmassa þá þarf að halda áfram að stunda reglulegar rannsóknir á svæðinu. 21

Heimildir H. Lange, G. Casassa, E.R. Ivins, L. Schröder, M. Fritsche, A. Richter, A. Groh, R. Dietrich (2014), Observed crustal uplift near the Southern Patagonian Icefield constrains improved viscoelastic Earth models, Geophysical Research Letters, 41, 805-812. A. Auriac, K.H. Spaans, F. Sigmundsson, A. Hooper, P. Schmidt, B. Lund (2013), Iceland Rising: Solid Earth response to ice retreat inferred from satellite radar interferometry and visoelastic modeling, Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 118, 1331-1344. Magnús Tumi Guðmundsson, Guðrún Larsen, Þorvaldur Þórðarson (2013), Grímsvötn í: Júlíus Sólnes, Freysteinn Sigmundsson, Bjarni Bessason (ritstjórar), Náttúruvá á Íslandi, Viðlagatrygging Íslands/Háskólaútgáfan, 235-251. Halldór Geirsson, Thóra Árnadóttir, Sigrún Hreinsdóttir, Judicael Decriem, Peter C. LaFemina, Sigurjón Jónsson, Richard A. Bennett, Sabrina Metzger, Austin Holland, Erik Sturkell, Thierry Villemin, Christof Völksen, Freysteinn Sigmundsson, Páll Einarsson, Matthew J. Roberts, Hjörleifur Sveinbjörnsson (2010), Jökull, 60, 3-22. Rikke Pedersen, Freysteinn Sigmundsson, Timothy Masterlark (2009), Rheologic controls on inter-rifting deformation of the Northern Volcanic Zone, Iceland, Earth and Planetary Science Letters, 281, 14-16. T. Árnadóttir, B. Lund, W. Jiang, H. Geirsson, H. Björnsson, P. Einarsson, T. Sigurðusson (2009), Glacial rebound and plate spreading: results from the first countrywide GPS observations in Iceland, Geophysical Journal International, 177, 691-716. Carolina Pagli, Freysteinn Sigmundsson (2008), Will present day glacier retreat increase volcanic activity? Stress induced by recent glacier retreat and its effect on magmatism at the Vatnajökull ice cap, Iceland, Geophysical Research Letters, 35, L09304. H. Björnsson, F. Pálsson (2008), Icelandic glaciers, Jökull, 29, 74-80. Carolina Pagli, Freysteinn Sigmundsson, Björn Lund, Erik Sturkell, Halldór Geirsson, Páll Einarsson, Þóra Árnadóttir, Sigrún Hreinsdóttir (2007), Glacio-isostatic deformation around the Vatnajökull ice cap, Iceland, induced by recent climate warming: GPS observations and finite element modeling, Journal of Geophysical Research, 12, B08405. M. Lidberg, J. Johansson, H.G. Scherneck, J. Davis (2007), An improved and extended GPS-derived 3D velovity field of the glacial isostatic adjustment (GIA) in Fennoscandia, J. Geod., 81, 213-230. Magnús.T. Guðmundsson, Þórdís Högnadóttir (2007), Volcanic systems and calderas in the Vatnajökull region, central Iceland: Constraints on crustal structure from gravity data, Journal of Geodynamics, 43, 153-169. 23

C. Pagli, F. Sigmundsson, T. Árnadóttir, P. Einarsson, E. Sturkell (2006), Deformation of the Askja volcanic system: constraints on the deformation source from combined inversion of satellite radar interferograms and GPS measurements, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 152, 97-108. Ronni Grapenthin, Freysteinn Sigmundsson, Halldór Geirsson, Thóra Árnadóttir, Virginie Pinel (2006), Icelandic rythmics: Annual modulation of land elevation and plate spreading by snow load, Geophysical Research Letters, 33, L24305. K.M. McKinzey, J.F. Orwin, T. Bradwell (2005), A revised chronology of key Vatnajökull (Iceland) outlet glaciers during the Little Ice Age, Ann Glaciol, 42, 171-179. C.F. Larsen, R.J. Motyka, J.T. Freymueller, K.A. Echelmeyer, E.R. Ivins (2004), Rapid uplift of southern Alaska caused by recent ice loss, Geophysical Journal International, 158, 1118-1133. G. Larsen, M.T. Guðmundsson, H. Björnsson (1998), Eight centuries of periodic volcanism at the center of the Iceland hotspot revealed by glacier tephrostratigraphy, Geology, 26, 943-946. F. Sigmundsson 1991, Post-glacial rebound and asthenosphere viscosity in Iceland, Geophysical Research Letters, 18, 1131-1134 G. Foulger, R. Bilham, W.J. Morgan, P. Einarsson (1987), The Iceland GPS geodetic field campaign 1986, Eos, Transactions American Geophysical Union, 68, 1809-1818. Helgi Björnsson (1979), Glaciers in Iceland, Jökull, 29, 74-80. 24