Katla kalda - verkefni lokið

Fréttatilkynning verkefnisstjóra

14.10.2022

Mælingar sem gerðar voru á
rannsóknartímanum eru: a) Umfangsmiklar íssjármælingar af jökulbotni undir jarðhitakötlum
og í nágrenni þeirra. b) Endurteknar hæðarmælingar jökulyfirborðs með háupplausnar
fjarkönnunargögnum og yfirborðssniðmælingum. c) Mælingar vetrar og sumarafkomu, auk
veðurþátta sem valda yfirborðsleysingu. d) GPS mælingar sem sýna samfelldan
yfirborðshraða á mælistöðvum og heildarfærslu mælistika (meðalhraða) á leysingartímanum.
Einnig voru nýttar rennslis- og leiðnimælingar Veðurstofunnar í ám sem renna frá Mýrdalsjökli.
Íssjármælingarnar voru notaðar til að auka til muna upplausn og nákvæmni hæðarkorts af botni
Mýrdalsjökuls innan Kötluöskjunnar og undir og í nágrenni ESK. Stór svæði undir kötlum
Mýrdalsjökuls voru íssjármæld með aðeins 20 m milli mælilína og því er afraksturinn samfellt
hæðarkort af jökulbotni sem sýnir eldfjallalandslag undir jökli í áður óþekktum smáatriðum.
Einnig nýttust íssjármælingarnar til að kortleggja innan Kötluöskjunnar dýpi niður að
gjóskulögum sem féllu á Mýrdalsjökul í gosunum 1918 og 1755. Íssjármælingarnar voru einnig
nýttar í að greina breytingar í stærð og lögun stöðuvatna við botn sem myndast vegna öflugs
jarðhita. Sú rannsókn skilaði m.a. einstakri mæliröð um hvernig lónið undir ESK þróaðist að
rúmtaki og lögun frá vori 2014 til vors 2021. Þannig fékkst einstök sýn á samspil jökuls,
jökullóna og jarðhita undir jarðhitakötlum. Á því tímabili komu tvö jökulhlaup undan katlinum
og samanburður á stærð hlaupanna og mati á rúmtaki lónanna útfrá íssjármælingum sýnir gildi
þessara mælinga til að vakta og meta hættu vegna jökulhlaupa frá ESK. Nýja botnkortið af
undirlagi Mýrdalsjökuls var nýtt sem inntak í þrívítt ísflæðilíkan, sem var stillt af með GPS
mælingum á yfirborðshraða jökulsins. Með samanburði á líkankeyrslunum og
hæðarbreytingum í kötlum skv. reglulegum yfirborðshæðarkortum af jöklinum var heildarafl
jarðhitans í Kötlu metið ~1 GW. Hið yfirgripsmikla safn yfirborðshæðarkorta allt aftur til 1960
og hreyfing mæld með GPS-stöðvum í kötlunum sýna hvaðan, hvenær og hvernig hlaup skila
sér undan kötlum Mýrdalsjökuls og hversu breytileg hegðun þeirra er frá einum katli til annars.
Sumir katlar breytast mjög lítið að lögun og dýpt, aðrir sýna árstíðabundna hegðun með
hlaupum um hásumar, meðan enn aðrir koma og fara eða færast með tíma og gefa þannig til
kynna breytilega tengingu í tíma og rúmi milli jarðhitans í skorpunni og íssins við jökulbotn.
Yfirborðshæðarkortin og kortlagningin á gjóskulögunum leiddi í ljós 6 jarðhitakatla sem áður
voru óþekktir til viðbótar við þá 18 sem þekktir voru fyrir á Mýrdalsjökli.

Möguleg nýting á niðurstöðum verkefnisins er margvísleg. Hæðarkortin af jökulbotni munu
nýtast við frekari ísflæðilíkanagerð. Nákvæmni botnkortanna, sérstaklega í tilfelli
Kötluöskjunnar, er slík að líkansvillur verða mun minni en ella. Stefnt er að því í framhaldi af
þessu verki að líkangera tilfærslu 1918 gjóskulagsins frá því að það féll til þess tíma er það var
kortlagt (2016) til að draga fram upplýsingar um afkomu Mýrdalsjökuls innan öskjunnar sem
og frekari upplýsingar um jarðhita við jökulbotn sem markað hefur spor sín í gjóskulagið. Fyrstu
skrefin að þessu markmiði voru tekin í Kötlu Köldu. Einnig má gera ráð fyrir að hin nákvæmu
botnkort ásamt íssjármælingum af lónum og vatnsgeymum við jökulbotn undir jarðhitakötlum
verði nýtt í líkangerð af samtengdu vatnfari jökuls og jökullóna við botn sem myndi skila okkur
nær því að geta svarað því hvernig jökulhlaup frá þessum lónum hefjast og hegða sér.
Sú aðferðafræði sem þróuð hefur verið í verkefninu við íssjármælingar og úrvinnslu þeirra mun
einnig nýtast mjög mikið. Þar ber fyrst að telja sú íssjármælingavöktun sem haldið hefur verið
úti á stærð lónsins undir ESK en hún hefur sannað sig og verður því haldið áfram. Hinar þéttu
íssjármælingar sem gerðar voru yfir kötlum Mýrdalsjökuls og úrvinnsla þeirra gagna, opnar
fyrir alveg nýjar rannsóknir á landformum undir jöklum. Þegar er farið að beita þessari aðferð
á önnur svæði, þ.m.t. fjallið Gjálp sem myndaðist í gosi undir Vatnajökli árið 1996, útfall
Grímsvatna og jökulbotninn undir katli sem myndaðist í miðri Öræfajökulsöskjunni haustið
2017.

English:

The project Katla Kalda has increased knowhow and understanding on how ice cauldrons,
formed by geothermal activity, behave and the risk caused jökulhlaups draining from them. In
the project a vast amount of measurements was acquired and studied from the ice cauldrons
of Mýrdalsjökull and the Eastern Skaftá Cauldron (ESC) in Vatnajökull. The measurements
include: a) A comprehensive radio echo sounding (RES) data acquired within and in the vicinity
of ice cauldrons. b) Repeated glacier surface elevation mapping from high resolution aerial
and satellite imagery as well surface elevation profiling. c) Summer and winter mass balance
measurements and measurements of the weather parameters that determine surface melting.
d) GPS measurements of glacier motion from continuously surveying stations and net motion
at survey sites during the ablation season. e) Discharge and conductivity measurements in the
rivers from Mýrdalsjökull from stations operated by the Icelandic Met. Office. The RES
measurements were used to greatly improve resolution and accuracy of the bedrock map of
the subglacial Katla caldera as well as beneath ESC and its vicinity. Large areas beneath the
Mýrdalsjökull cauldrons were surveyed with only 20 m between survey lines, resulting in
bedrock map unprecedented in details for a subglacial volcanic area. The RES data were also
used to construct maps of tephra layer depth relative to glacier surface for tephra deposited
on the glacier surface during the eruptions in 1918 and 1755, still preserved in the ice within
the caldera. The RES measurements were also used to detect changes in size and shape of
lakes and water chambers beneath ice cauldrons. This includes a record on the development
of the lake beneath ESC from spring 2014 to spring 2021, both in terms of shape and volume,
revealing unique insight to the interactions between the glacier, the geothermal area and the
subglacial lake. During the period two jökulhlaups drained from ESC and the comparison
between the net drainage from ESC during the jökulhlaups and the lake volume estimated from
the RES data demonstrates the value of this survey approach to monitor the subglacial lake
and the risk caused by jökulhlaups if the lake drains. The new bedrock map of Mýrdalsjökull
was used as input to a 3D ice flow model, tuned with the GPS surface velocity measurements.
By comparing results from the ice flow modelling and elevation changes in the ice cauldrons
derived from the repeated surface elevation mapping the net geothermal heat flux from Katla
was estimated ~1 GW. The vast amount of surface elevation maps dating back to 1960 and
the ice motion measured by GPS-stations operated in the cauldrons of Mýrdalsjökull show
from which cauldrons, when and how the jökulhlaups drain, as well how variable the activity is
between cauldrons. Some cauldrons are very stable in shape and depth, while others show
seasonal development with jökulhlaups during the peak of the summer. Yet others come and
go or migrate with time, indicating spatially and temporally variable coupling between the
geothermal heat in the crust and the ice-bedrock interface. The surface elevation maps and
the maps of the tephra layers depth revealed 6 previously unknown cauldrons in addition to
the 18 previously known on Mýrdalsjökull.

∙ Information on how the results will be applied
Various applications of the project results can be expected. The bedrock maps made within
the project will be further used in iceflow modelling. The accuracy and details of the maps,
particularly for the caldera of Katla, are such that model artefacts due errors in the bedrock
map are minimal. We aim to continue working on modelling the movement of the 1918 tephra
layer from the time it fell on the glacier surface until it was mapped in 2016, with the goal of
extracting the mass balance of Mýrdalsjökull, within the caldera of Katla. Also to extract further
information on the geothermal activity at the glacier bed that leaves its mark on the tephra
layer. The first steps toward this were taken in Katla Kalda. We also expect the detailed
bedrock maps, along with the RES measurements of lakes and water chambers at the bed
beneath ice cauldrons to be used in modelling of the interconnected subglacial hydrology of
lakes beneath the cauldron and their surrounding areas. This could help explaining how the
jökulhlaups from the lakes start and evolve.
The methodology developed during the project both regarding the acquisition and processing
of RES data, will be applied further in the future. This includes the RES-monitoring of the lake
volume beneath ESC, which has proved its value. The dense RES surveys such as the one
carried out over the cauldrons of Mýrdalsjökull and the relevant data processing opens for
completely new type of research on landforms beneath glaciers. Such RES survey and
processing has already been applied in other areas including the site of the Gjálp eruption in
1996 beneath Vatnajökull, the bedrock beneath the ice dam of the subglacial lake Grímsvötn
in Vatnajökull and the bedrock beneath the cauldron formed in the centre of the Öræfajökull
caldera (southern Vatnajökull) in autumn 2017.

∙ A list of the project’s outputs
An archive of 36 new surface elevation maps covering either the entire Mýrdalsjökull or its
centre part (caldera of Katla) in 1960-2022. Another 15 surface elevation maps of the Skaftá
cauldrons and Hamarinn cauldron in 2011-2021.
A new and detailed bedrock map of the caldera of Katla as well as map of the bedrock beneath
ESC and its surroundings.
An archive of repeated fully processed RES data acquired over ice cauldrons (Mýrdalsjökull
and ESC) showing how lakes and water chamber beneath them change with time.
An archive of GPS surface velocity measurements within and around the cauldrons.
An archive of measurements from automatic weather station operated every summer on
Mýrdalsjökull in 2016-2022 as well as summer and winter balance measurements from
Mýrdalsjökull during the same period.
Two published paper focus purely on the subject of the project, other two focusing partly on
the subject of the project, two manuscript drafts planned for submission later this year. Yet
another two manuscript are in the making.
Six reports, seven summaries on elevation changes for different cauldron areas on
Mýrdalsjökull. One M.Sc. thesis focusing only on the subject of this project and one Ph.D.
thesis focusing partly on the subject of this project. Ten presentations at international
conferences and workshops, six presentation at national conferences in addition to
presentations for the general public and at Civil Protection meetings.

Heiti verkefnis: Katla kalda
Verkefnisstjóri: Eyjólfur Magnússon, Raunvísindastofnun
Tegund styrks: Verkefnisstyrkur
Styrktímabil: 2016-2018
Fjárhæð styrks: 44,951 millj. kr. alls
Tilvísunarnúmer Rannís: 163391