Česká seismologie na poloostrově Reykjanes

Island přitahuje návštěvníky nejen svou krásnou přírodou, ale také množstvím geologických zajímavostí, jako jsou horké prameny, gejzíry a aktivní sopečná činnost. Od jara 2021 vzbuzují zájem vědců i světových médií vulkanické projevy v jihozápadní části ostrova na poloostrově Reykjanes. Vulkanická aktivita byla relativně vzdálená osídleným oblastem ostrova, a byla tak spíše turistickým lákadlem než nebezpečím pro místní obyvatele. Posun aktivity v prosinci minulého roku si ale vyžádal evakuaci třítisícového městečka Grindavík. V této oblasti proběhly od té doby již tři erupce, další se očekávají v blízké budoucnosti. Vulkanickou aktivitu na Reykjanesu pomáhá monitorovat i síť seismických stanic provozovaná Geofyzikálním ústavem AV ČR.

Island leží na Středoatlantském hřbetu, protáhlé geologické struktuře, podél níž dochází k oddalování Severoamerické a Eurasijské tektonické desky rychlostí přibližně 2 cm za rok. V důsledku oddalování desek vznikají v zemské kůře trhliny, kterými na povrch vystupuje čedičové magma, a dochází k výlevným sopečným erupcím. Island navíc leží v místech tzv. horké skvrny, kde dochází k výstupu relativně horkého plášťového materiálu z velkých hloubek až k povrchu Země, což vulkanismus umocňuje (obr. 1). Geologicky velmi mladý Island je rozdělený Středoatlantským hřbetem přibližně na dvě poloviny a podél hřbetu stále roste. Tektonická aktivita Středoatlantského hřbetu je také příčinou geotermálních procesů na ostrově a vysoké seismické aktivity. Seismicky a vulkanicky aktivní je i poloostrov Reykjanes, kde se sopečná aktivita projevuje po přibližně osmi stech letech klidu.

Reliéf Islandu. Poloostrov Reykjanes tvoří jihozápadní výběžek ostrova. Kroužky označují důležitá sídla na Reykjanesu: Reykjavík, hlavní město Islandu, Keflavík s mezinárodním letištěm a Grindavík, rybářské městečko, jehož obyvatelé byli evakuováni v listopadu 2023. Komplikovaný průběh Středoatlantského hřbetu ostrovem naznačuje čárkovaná linka. Vulkány známé svou nedávnou aktivitou jsou označeny červenými trojúhelníky. Od jihu k severu to jsou:

• sopečný ostrůvek Surtsey, který vznikl v r. 1963;
• Eyjafjallajökull, který vyvrhl na jaře 2010 velké množství popela do atmosféry, kvůli čemuž musela být na několik dnů zastavena letecká doprava téměř v celé Evropě;
• Katla, sopka zakrytá ledovcem Myrdalsjökull, jejíž erupce v r. 934 vyprodukovala lávový proud o objemu 18 km³;
• Hekla (zatím poslední erupce v r. 2000);
• Grímsvötn, v posledních desetiletích nejaktivnější islandský vulkán, který se naposledy probudil k činnosti r. 2011;
• Bárðarbunga, zakrytá ledovcem Vatnajökull, naposledy soptila v letech 2014–2015;
• Askja, jejíž kaldera měří napříč 8 km;
• Krafla, na jejímž úpatí je geotermální elektrárna zásadní pro energetiku Islandu.

Mapa Aleš Špičák

Vulkanickou aktivitu zpravidla předznamenává zvýšená dynamika některých geologických procesů, vyvolaná přesuny magmatu pod povrchem Země. Monitorovat tyto procesy nám umožňují geodetické a geofyzikální metody. Jednou ze stěžejních metod, které se k předvídání sopečných erupcí využívají, je pozorování slabých seismických jevů, které migraci magmatu pod povrchem provázejí. Sopečné oblasti jsou charakteristické výskytem sérií slabých až středně silných zemětřesení, k nimž dochází v krátkém časovém intervalu – tzv. zemětřesných rojů. Ty se liší od běžných sekvencí zemětřesení tím, že postrádají jeden dominantní otřes; často indikují přítomnost skrytého procesu, který rojovou seismicitu způsobuje. Takovým skrytým procesem často bývá právě průnik magmatu horninovým prostředím, popř. průnik z magmatu odvozených roztoků a plynů. Dalším důležitým seismickým ukazatelem magmatické aktivity je pozorování tzv. tremoru, dlouhotrvajícího seismického signálu o nízké frekvenci, vznikajícího v důsledku vibrací horninového masivu, kterým magma proniká. Velmi účinná jsou i geodetická pozorování pomocí stanic GPS nebo satelitní radarové interferometrie – obě metody zachycují deformace terénu související s prouděním magmatu.

Síť seismických stanic REYKJANET (A) a seismická aktivita v roce 2021 (B). Seismické stanice sítě REY KJANET jsou na mapce nahoře vyznačeny červenými trojúhelníky, žlutě jsou znázorněny stanice provozované Islandským meteorologickým institutem. Epicentra zemětřesení jsou zobrazena modrými body. Jejich rozložení mapuje magmatickou žílu, utvořenou pod povrchem v délce přibližně 10 km. V grafu dole jsou zelenými body vyznačena zemětřesení v průběhu prvních pěti měsíců roku 2021. Je patrné, že k erupci (červená hvězdička) došlo krátce po utlumení několik týdnů trvající zvýšené seismické aktivity – zemětřesného roje.

Mapa i graf Jana Doubravová

Stálý monitoring přírodních hrozeb na celém Islandu provádí velmi efektivně Islandský meteorologický institut (IMO, en. vedur.is), který za tímto účelem provozuje síť seismických stanic a provádí i geodetický monitoring na ostrově. Již deset let je v provozu také česká síť seismických stanic na poloostrově Reykjanes, kterou provozuje Geofyzikální ústav AV ČR. Primární motivací umístění sítě na ostrově bylo studium podobností a rozdílů mezi rojovou seismicitou na Reykjanesu a v oblasti Nového Kostela v západních Čechách, kde přítomnost zemětřesných rojů pravděpodobně souvisí s migrací roztoků a plynů v zemské kůře. Umístění sítě ale představovalo i vítané zahuštění stávající seismické sítě provozované Islandským meteorologickým institutem.

Jedna ze stanic sítě REYKJANET – seismická stanice Hrútagjá. Seismický senzor je umístěn v zakryté šachtě v levé části fotografie. Stříbrný box zatížený kamenem obsahuje záznamové zařízení a GPS . Vpravo je větrný generátor a solární panely k napájení, vlevo antény pro datový přenos.

Snímek Jakub Klicpera

Seismickou síť REYKJANET (název je spojením jména poloostrova a anglického výrazu network – síť) vybudoval Geofyzikální ústav ve spolupráci s Ústavem struktury a mechaniky hornin na konci léta 2013. Síť sestává ze sedmnácti seismických stanic, rozmístěných víceméně rovnoměrně na ploše 20 × 60 km² (obr. 2). Nejdůležitější součástí každé stanice je seismický senzor schopný zachytit i velmi slabé mechanické vlny v širokém frekvenčním pásmu. Senzory jsou extrémně citlivé a musí být umístěny co nejdále od zdrojů rušivých seismických vln, jako jsou silnice nebo řeky. K odstínění šumů také pomáhá umístění senzoru v šachtě vykopané do hloubky alespoň jednoho metru (obr. 3). Elektrickou energii potřebnou k provozu čerpá stanice z baterií dobíjených solárními panely a větrnými turbínami. Analogový signál ze senzoru je na stanici převeden do digitální formy a uložen v paměti přístroje. Současně je ale signál použitím mobilního internetu v reálném čase přenášený do datových center k vyhodnocení. Přístrojové vybavení seismických stanic sítě REYKJANET finančně podpořila Akademie věd ČR, provoz sítě dva projekty Grantové agentury České republiky a projekt Technologické agentury ČR.

Od probuzení vulkanické aktivity na Reykjanesu v roce 2021 je síť REYKJANET významnou součástí geofyzikálního monitoringu v oblasti. Data ze sítě jsou v reálném čase vyhodnocována v datovém centru Islandského meteorologického institutu, kde automatické algoritmy detekují zemětřesení, určují geografickou polohu hypocentra (tj. místa počátku zemětřesení) a vyhodnocují sílu zemětřesení (magnitudo). V době zvýšené magmatické aktivity seismická síť zaznamená denně několik set slabých zemětřesení (tj. těch s magnitudem mezi 0 až 3). Naprostou většinu těchto zemětřesení obyvatelé oblasti nepocítí; ta menší z nich jsou dokonce detekovatelná jen seismickými stanicemi umístěnými velmi blízko jejich epicentru, tj. místu na povrchu přímo nad hypocentrem. Poloha hypocenter slabých zemětřesení slouží k mapování pohybu magmatu pod povrchem. Velmi důležitá je přitom hloubka zemětřesení – systematická migrace zemětřesení směrem k povrchu bývá předzvěstí erupce.

Údolí Litli-Hrútur na Reykjanesu. Pohled na údolí v centrální části vulkanického komplexu Fagradalsfjall před erupcí Litli-Hrútur v červenci 2023 (nahoře) a po jejím skončení (dole). Celkem během této erupce došlo k výlevu přibližně 0,016 km³ lávy.

Snímky Jakub Klicpera

První etapu zvýšené seismické aktivity doprovázenou výzdvihem terénu zaznamenala seismická síť REYKJANET na jaře 2020 v centrální části Reykjanesu severně od městečka Grindavík a poblíž geotermální elektrárny Svartsengi. Druhý, neobvykle silný seismický roj následoval v únoru 2021 v centru pohoří Fagradalsfjall. Nejsilnější zemětřesení v této sérii o magnitudu 5,3 cítili lidé i v hlavním městě Islandu Reykjavíku a zřetelně ho zaznamenaly seismické stanice v České republice. Seismickou aktivitu následoval v březnu 2021 i začátek vulkanické erupce v údolí Geldingadalir. Během půl roku trvající erupce vyvřelo na povrch asi 0,15 km³ lávy. V srpnu 2022 a červenci 2023 došlo ve stejné oblasti ještě ke dvěma menším erupcím (Meradalir, 18 dní, 0,012 km³ a Litli-Hrútur, 26 dní, 0,016 km³; obr. 4).

V listopadu a v prosinci 2023 se seismická aktivita odehrávala poblíž třítisícového městečka Grindavík, což bylo pádným podnětem islandským úřadům k zajištění jeho evakuace. K erupci poblíž Grindavíku záhy skutečně došlo; do začátku března 2024 (kdy jsme dopsali tento příspěvek) dokonce proběhly již tři – v prosinci 2023 Sundhnúkur (2 dny, 0,012 km³), v lednu 2024 Hagafell (1,5 dne, 0,009 km³) a v únoru 2024 v Sundhnúkur (1 den, 0,016 km³). Do přímého ohrožení lávovým proudem se dostalo i několik stanic sítě REYKJANET a dvě z nich musely být přemístěny na bezpečnější lokality. Jedna ze stanic byla přesunuta pouhý den před zaplavením místa lávovým proudem.

Článek vychází s podporou Geofyzikálního ústavu AV ČR.