Heet IJsland - GEA Kring Rijnland

28-3-2014
Heet IJsland
spreiding oceanische korst / hotspot
vulkanisme
geologie IJsland
geothermie
25 maart 2014
GEA-kring Rijnland
Spreiding oceanische korst
Alfred Lothar Wegener
(1/11/1880, Berlijn - ca. 16/11/1930, Groenland )
Abraham Ortelius 1596
Alfred Wegener 1912
Arthur Holmes et al.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=YIAXiE8RedA
actief
180 150
125 100 80 60 40 20
0 Ma
ouderdom oceanische korst
inactief
Sea Floor Spreading & Magnetic Polarity Stripes-YIAXiE8RedA.flv
nergens ouder dan Jura
1
28-3-2014
Paleomagnetisme
atmosfeer
Convectie
verwarming
van onder
Oceanische spreiding wordt aangedreven door
verwarming intern /
koeling van boven
lithosfeer
een divergente stroming in de mantel
en vindt plaats langs tektonische plaatgrenzen
(voornamelijk mid-oceanische ruggen)
hydrosfeer
verwarming
van boven
Ruggen en troggen
Convectiecellen ?
2
28-3-2014
Evolutie Noord Atlantische Oceaan
55.9 Ma
53.3 Ma
Aangroei van IJsland en ontwikkeling riftzones
49.7 Ma
47.9 Ma
Snaefellsnes / Skagi Riftzones
C25
C24
43.8 Ma
C20
C22
40.1 Ma
C18
20.1 Ma
West / Noord Riftzones (~ 7 Ma)
C21
C21
33.1 Ma
30 Ma
C13
10.9 Ma
0 Ma
Jan Mayen microcontinent
zuidelijke propagatie Oost Riftzone
(~ 3 Ma)
Hotspot
C6
naar Saemundsson (1979), J´hannesson (1980), IVvarsson (1992)
C5
paleomagnetische
omkeringen
Hotspot onder IJsland
Hotspots
warmtegebieden
mantelpluimen
J. Tuzo Wilson (1963); Jason Morgan (1971)
Hotspots zijn min of meer gefixeerde gebieden in de mantel met een
hoge warmtestroom,
warmtestroom resulterend in vulkanische activiteit aan het
aardoppervlakte erboven.
Hotspots zijn relatief kleine vulkanische gebieden met een lange
levensduur, die worden gevoed door de onderliggende, abnormaal
warme mantel.
korstdikte onder IJsland = diepte Moho
Zij kunnen heet zijn en veel gesmolten magma genereren.
Ze kunnen overal voorkomen (niet gerelateerd aan tektonische plaatgrenzen
plaatgrenzen.
Voorbeelden:
seismische data
oceanische basaltplateaus (Kerguelen, N Atlantisch Oceaan)
continentale vloedbasalten
(Siberische en Deccan Traps)
ver van plaatgrenzen
(Hawaii, Yellowstone)
seismische en zwaartekracht data
3
28-3-2014
Hotspots
40 – 50 hotspots
Hotspots
verschuiven t.o.v. de platen (vulkanische ketens)
Hawaii-Emperor keten
T
Twee
h t
hotspot
t hypothesen:
h
th
1. hete mantelpluim
stijgt als thermische diapier op vanaf de basis van de mantel
2. rek van de lithosfeer
smelt stijgt passief op van ondiep (geen hoge temperatuur)
"hotspot" misleidend; mantelbron eronder is niet abnormaal heet
Problemen:
• niet heet
• niet gefixeerd
• geen grote opwellingen
• niet zichtbaar in diepe mantel
Hotspots
40 – 50 hotspots
Hawaii-Emperor guyot-keten
Meiji
Suiko
Midway
Kauai
Molokai
Hawaii
82
60
Kure /
Hancock
Koko 27.7 – 38.7
27
5.6 - 3.8
1.8 - 1.3
0.7 - 0
50
Oahu
Maui
3.3 - 2.2
< 1.0
ouderdom in Ma
4
28-3-2014
New England / Great Meteor hotspot-keten
Tomografische secties over IJsland
IJsland
IJsland
langzaam
snel
IJsland
heet
k l
koel
IJsland
Nuavut
214
White
Mountains
Wood’s
Hole
Bear
Kelvin
Manning
Nashville
Corner
83
75
100 - 103
124 - 100
Atlantis
Plato
Erving
Hyères
Great
Meteor
80
ouderdom in Ma
Seewarte Seamounts
Midden Krijt
Ritsema et al. (1999)
660 km
Viscositeit vulkanisch uitvloeiingsgesteenten
Krafla
asfalt
stroop
honing
verf
olijfolie
room
log ɳ (Pa s)
spreiding
idi oceanische
i h korst
k
t / hotspot
h t
t
vulkanisme
geologie IJsland
geothermie
viscositeit
Laat Trias
glycerol
basisch
zuur
schild
kegel
water
5
28-3-2014
Samenstelling vulkanisch uitvloeiingsgesteenten
Zure gesteentes (felsic rocks) zijn silicaat gesteenten
(> 63 % SiO2), rijk aan Si, O, Al, Na en K
Basische gesteenten (mafic) zijn silicaat gesteenten
(< 52 % SiO2), rijk aan Mg en Fe
zure mineralen zijn o.a.: veldspaat en kwarts
zure gesteenten zijn o.a. rhyoliet en graniet
meestal licht van kleur, met een relatief lage dichtheid < 3
basische mineralen zijn o.a. olivijn, pyroxeen, amfibool, biotiet
basische gesteenten zijn o.a. basalt, doleriet en gabbro
meestal donker van kleur, met een relatief hoge dichtheid > 3
veldspaat
kwarts
Kwarts
(K,Na)AlSi3O8 - Ca,Al2Si2O8
SiO2
olivijn
pyroxeen
amfibool
biotiet
(Mg,Fe)2SiO4
XY(Si,Al)2O6
XY(Si8O22)(OH)2
K(Mg,Fe)3 (AlSi3O10)(F,OH)2
X = Ca,Na,Fe+2,Mg, (Zn,Mn,Li)
Y = Al,Fe+3,Mg,Cr,Mn,Sc,Ti,V,Fe+2
Stollen / smelten van gesteente
T = 1210 0C
T = 1180 0C
boven liquidus temp.
zure
gesteentes
alle mineralen gesmolten
mineraal 1: deels gestold,
deels gesmolten
basische
K-Veldspaat
gesteentes
(K,Na)AlSi3O8
T = 1100 0C
T = 1020 0C
T = 990 0C
net onder liquidus temp. midden in het smeltbereik net boven solidus temp.
mineraal 1 geheel gestold
mineraal 2 deels gesmolten
rest: geheel gesmolten
onder solidus temp.
alle mineralen vast
3 mineralen geheel gestold
rest: gesmolten
Plagioklaas
NaAlSi3O8 – (Na,Ca,Al,Si)AlSi2O8
T = 990 0C
eruptie:
+ H2O (stoom bad)
partiële smelt
drukverlaging >
gasvorming >
volumetoename
smeltpunt
verschuiving
t.g.v. water
Veldspaatvervangers
Stollen / smelten van gesteente
0 temperatuur
(0C)
Smelten in bovenmantel / plaattektoniek
1000
2000
0
50
60 %
30 %
15 %
smelt
vloeibaar
vast
vloeibaar
vast
vloeibaar
(km)
vast
vast
partiële
smelt
100
diepte
drruk (Gpa)
plagio klaas
200
100
300
0.0001 Gpa = 100 000 Pa = 1 bar = 1 atm
6
28-3-2014
IJslandse erupties
Vulkanische Eruptie
Index: VEI
~ 30 vulkanische systemen op Iceland (Grímsvötn, Hekla en Katla)
2800
km3
200 erupties, in laatste 11 eeuwen (~ ¾ explosief)
historische tijdschaal: gemiddelde frequentie 20 - 25 erupties / 100 jaar
op langere tijdschaal: eendere eruptiefrequentie (laatste 10 000 jaar - sinds laatste ijstijd)
100 km3
betere geschreven bronnen
18
km3
13
km3
erupties
20 km3
14 km3
10 km3
3 km3
Katla
79 AD
950 AD
6
Tambora
5
Spleeterupties
Krakatau
1815
Katla
(Eldgjá) Laki
(Hveravellir)
VEI=8
VEI=
1
Vesuvius
Toba
74 000 AD
Askja
Grímsvötn (Laki)
Hekla
Katla
Krafla
934
1783-84
6
6
1883
Öræfajökull
Askja
1727
7
5
Mount
Mount Pinatubo EyjafjallaSt. Helens 1991
jökull
1980
5
874 AD: Noorse stamhoofd Ingólfr Arnarson = 1e permanente IJslandse kolonist (Landnámabók)
2010
1961
6
5
6
4
Vulkanen
Spleeteruptie bergen, NO IJsland
Tuya vulkaan Herðubreið, NO IJsland
vulkaanvormen, N IJsland
Viti krater Krafla complex, N IJsland
7
28-3-2014
Eyjafjallajökull April 2010
2010/4/17
2010/4/19
PAUZE
2010/4/15 11:39 GMT
2010/4/22
IJslands alfabet
32 (+4) letters
26 Latijnse tekens: a b (c) d e f g h i j k l m n o p (q) r s t u v (w) x y (z)
A B (C) D E F G H I J K L M N O P (Q) R S T U V (W) X Y (Z)
(c C q Q w W z Z) alleen in leenwoorden
g G als in het Engelse go
v=w
ll = tll
áðéíóúýþæö
ÁÐÉÍÓÚÝÞÆÖ
10 speciale tekens:
á
ð
é
í
ó
ú
ý
þ
æ
ö
Á
Ð
É
Í
Ó
Ú
Ý
Þ
Æ
Ö
au
“edh”
als in het Engelse that
ee
ie als in bier
oo
oe
ie als in bier
“thorn” als in het Engelse think
als in mais of het Engelse eye of high
u als in bus
8
28-3-2014
Geologische kaart IJsland
Geologische kaart IJsland
vulkaan
complex
Krafla
Askja
Langjökull
Grímsvötn (Laki)
Hekla
Katla
laatste
eruptie
1984
1961
~950
2011
Vulkanisch-tektonische kaart van IJsland
VFZ
RRZ
WRZ
ERZ
NRZ
MIB
SIFZ
TFZ
SEZ
V
3.1
0.7
0.01
Ma
0
0.01
0.7
3.1
spreiding oceanische korst / hotspot
vulkanisme
geologie IJsland
geothermie
Vulkanische Flankzone
Reykjanes Riftzone
Westelijke Riftzone
Oostelijke Riftzone
Noordelijke Riftzone
Mid IJslandse Gordel
Zuid IJslandse breukzone
Tjörnes breukzone
Zuidoostelijke zone
Vatnajökull
2000
gletsjers
2011
gletsjers
Holoceen
sediment
Laat Pleistoceen
< 0.7 Ma
Plio-Pleistoceen
0.7 – 3.1 Ma
Neogeen
N
> 3.1 Ma
vulkanen
(actief / slapend)
breukzone
breuk zwermen
vulkanisch centrum
naar Jóhannesson & Saemundsson (1998)
sandur
vulkanische caldera
centraal vulkanisch gebied
vulkanische flankzones
(vulkanische off-riftzones)
naar Trönnes (2002)
9
28-3-2014
Rifting
Rifting
Thingvellir
ZW IJsland
nabij Mivatn (N IJsland)
touw lava
Basalt
Svartifoss waterval
Basaltpolygonen
basaltzuilen Reynisdrangar
basaltpolygonen
Kirkjugól, Kirkjubæjarklaustur
lava grot
Dimmuborgir
kleipolygonen
10
28-3-2014
rekspleten
temperatuur
‒
100 0C
~1m
splijtingsfront
gekristalliseerde lava
kris
stallisatie
solidus
Puinhellingen
+
afkoeling
Krimpscheuren
1000 0C
vast / vloeibaar / gas
Stokksnes
kristallisatie 10 %
vloeibaar / vast
smelt (< 1 % kristallen)
liquidus
ZO IJsland
vloeibaar
dwarsdoorsnede lavastroom
Austurhorn
Sandurs
/ spoelvlakten
Jökullhlaup (jökull = gletsjer, hlaup = run / hardlopen)
Grímsvötn vulkaan onder de Vatnajökull gletsjer
drainagekanalen westrand Skeiðarársandur
uitbarstingen in 1954, 1960, 1965, 1972, 1976, 1982, 1983, 1986, 1991 en 1996
1996: uitbarsting smolt 3 km3 ijs
>
vloedgolf: tot 4 m hoog, 600 m breed
stroomsnelheid: 50 000 m3/s
+
185 miljoen ton slib, steen
ijsschotsen tot 5000 ton, ijsbergen 100 - 200 ton (> 10 m hoog)
Jökullhlaup was voor meerdere dagen de grootste waterstroom na de Amazone
gletsjertongen van Vatnajökull
Skeiðarársandur
overzicht naar zuiden
Jökulhlaup over Sandur Iceland-gKRFtm5Z8DM.flv
http://csdms.colorado.edu/wiki/Movie:J%C3%B6kulhlaup_over_Sandur_Iceland
http://www.youtube.com/watch?v=fJII-u-41Lg
vanaf Svínafellsjökull gletsjer
verwoeste Gigjukvisl brug
11
28-3-2014
spreiding oceanische korst / hotspot
vulkanisme
geologie IJsland
geothermie
geothermie
(industriële toepassing)
Strokkurgeiser
“Geothermische” warmtepompen / aardwarmte
Geothermische installatie
condensator
stadsverwarming
warmtewisselaar
winter
0C
20
zomer
30
40
50
m
pomp
boorgat
0
10
20
diepte
10
generator
turbine
stoomgenerator
geothermische gradiënt
2 – 3 0C / 100 m
beneden 100 m diepte
begint geothermie
in geologische zin pas serieus
Temperatuur
(0C)
(m)
0
ondiepe winning en opslag
van warm of koud water
12
40
2000
85
2500
poreus, watervoerend gesteente
3000
100
12
28-3-2014
Minerale neerslag
Geothermische warmteproductie
isotoop
halfwarmte
waarde
productie
tijd
(mW / ton
isotoop)
238
U
U
232
Th
40
K
235
94.6
569.0
26.4
29.2
concentratie
(gemiddeld)
(miljard (mg isotoop /
jaar)
ton mantel)
4.47
0.70
14.00
1.25
30.80
0.22
124.00
36.90
totaal
warmte
productie
(mW / ton
mantel)
2.91
0.13
3.27
1.08
-6
x 10
x 10-6
x 10-6
x 10-6
aardmantel
dikte
volume
di hth id
dichtheid
2240
890 x 109
3 3 – 5.7
3.3
57
massa
3943 x 1021 kg
3.94 x 1021 ton
7.39 x 10-6 (mW / ton mantel)
totale geothermische warmteproductie
van de aardmantel
29.12
= 66 % van de
geothermische warmteproductie
van de gehele aarde:
44.2 TW
=
Fase diagram van het systeem H2O – NaCl
km
km3 (84 %)
g/cm
/ 3
x 1012
W
29.12 x 103 GW
29.12
TW
> 2 x wereldverbruik mensheid
onder oppervlakte tot magmatische condities
Driesner en Heinrich (2007)
Geothermie: geïnstalleerd elektrisch vermogen
Geothermie in NL
MW
temperatuur op 2 km diepte
% nationaal
elektrisch vermogen
% mondiaal
geothermisch
elektrisch vermogen
2008, Bleiswijk 1600 m
1e doublet voor tuinbouwkas
boortoren
totaal geïnstalleerde geothermisch elektrisch vermogen: ca. 11 GW
= < 0.25 ‰ geothermische warmteproductie van de gehele aarde (2010)
aanvragen geothermie licenties (2013)
13
28-3-2014
Geothermie in NL
Geothermie in IJsland
temperatuur op 2 km diepte
metingen t.b.v.
geothermische exploitatie
(Reykjanes)
paprikateler in Asten
warmte op 15 cm diepte (0C)
CO2 gas (g/m2/dag)
paprikakassen (2013)
Iceland Deep Drilling Project
Geothermie
vroeger
en nu
Krafla vulkaan complex
basalt
basisch
rhyoliet
zuur
buitenbad Snorri Sturluson (1179 – 1241)
stoom van 400 0C => 25 MW
1 put => energie voor 25 000 – 30 000 huizen
hydrothermale bronnen
stoom van 300 0C => 5 - 8 MW
1 put => 5000 – 7000 huizen
14
28-3-2014
Hydrothermale bronnen
Modderpoelen
Blue Lagoon
IJsland
Fumarolen
Jigokudani Yaenkoen
Japan
Námaskard Fumarolen, nabij Mivatn, N IJsland
Geiser type-locatie
Námaskard Fumarolen
15
28-3-2014
Geiser
Geiser
Geiser eruptie
IJsland: warm aanbevolen
16
28-3-2014
Geysir Strokkur-98Pkkjr6q4Y.mp4
http://movievideo.me/listen/?wid=98Pkkjr6q4Y&title=geysir-strokkur
http://movievideo.me/search/geysir-strokkur
17