SPECIALARTIKLER
Glaciale Jordskælv

Fra GeologiskNyt nr. 6, 2005 Af Thomas Møller Jørgensen, Tine B. Larsen, Carl Egede Bøggild, Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse og Johannes Krüger, Geografisk Institut, Københavns Universitet
Hjemtag (download) pdf-fil geologisk_nyt_6_2005_p16-19.pdf (~0,7 Mb)
Hvis du vil udskrive, så brug venligst pdf-filen
Kræver en pdf-læser, Acrobat GSview eller lignende

16

GeologiskNyt 6/05

Thomas Møller Jørgensen, Tine B. Lar-
sen, Carl Egede Bøggild, GEUS og Jo-
hannes Krüger, Geografisk Institut, Kø-
benhavns Universitet

En helt ny type jordskælv blev i
2003 opdaget af den svenske seis-
molog Göran Ekström. Det er efter-
hånden sjældent, at helt nye natur-
fænomener opdages, så Ekströms
artikel i tidsskriftet Science vakte be-
tydelig opmærksomhed i forsker-
kredse. Ekström havde fundet nogle
mærkelige signaler, som tydeligvis
stammede fra jordskælv, men jord-
skælv af en helt anden type, end vi
hidtil har kendt til. Nu er også dan-
ske forskere ved Geocenter Køben-
havn gået i gang med at studere fæ-
nomenet.

Skælvene var ikke blevet opdaget tidligere
trods over hundrede års seismologiske regi-
streringer, bl.a. fordi de mangler den karak-
teristiske P-bølge, som normalt benyttes ved
detektion og lokalisering af jordskælv. P-
bølgen er den hurtigste af de rystelser, der
løber gennem jorden efter et almindeligt
jordskælv. Rystelserne fra de nyopdagede
skælv strækker sig også over meget længere

Glaciale Jordskælv

- når isen rykker

tid, typisk 15 minutter, end jordskælv, der
opstår ved brud i Jordens sprøde skorpe.
Det lykkedes Ekström at lokalisere de un-
derlige skælv med en horisontal nøjagtighed
på ca. 25-50 km. Det viste sig, at de alle
havde deres epicenter under store glet-
schere og isstrømme, og derfor døbte

Ekström dem glaciale jordskælv . Ekström
fandt i første omgang 46 af disse glaciale
jordskælv. Heraf lå tre i Antarktis, et i
Alaska, og de resterende 42 i Grønland.

Ekström påviste, at signalerne fra de gla-

ciale jordskælv umiddelbart svarer til de sig-
naler, man vil forvente at se, når en stor
ismasse rykker sig hen over bunden. Det er
dog endnu ikke blevet entydigt påvist, at
skælvene er en direkte følge af isens bevæ-
gelser. Det kræver både flere målinger og
en mere målrettet matematisk/fysisk model-
lering.

Lokale data
På GEUS er vi i besiddelse af et enestående
seismologisk datasæt for Grønland, som er
særdeles velegnet til studier af de glaciale
jordskælv. GEUS driver fire permanente
seismografer i Grønland, som indgår i den
internationale overvågning af klodens jord-
skælv. Data herfra er offentligt tilgængelige
og indgår i Ekströms undersøgelser sammen
med data fra resten af de globale seismolo-
giske netværk. Men derudover har forskere
fra GEUS sammen med internationale sam-
arbejdspartnere gennem de sidste seks år
indsamlet et unikt seismologisk datasæt fra
Grønland i forbindelse med forskellige
forskningsprojekter.

Den detaljerede dataindsamling startede i

Adskillige udløbere af gletscher ved Evighedsfjorden, Grønland. (Foto: Carl Egede Bøggild, GEUS)

ALE

ANG

BORG

DAG

FRB

GDH

HJO

KBS

KONO

NUK

SOE

SUM

00.00

04.00

Tid

02.00

Som eksempel ses en
samling seismogram-
mer fra tolv af de grøn-
landske stationer.
Seismogrammerne er
fra den 20. oktober
2000 og viser de første
4 timer af døgnet. Vi
kan se, at der er et sig-
nal omtrent midtvejs,
ca. klokken 2, men bøl-
gerne drukner næsten i
den seismiske bag-
grundsstøj. Desuden er
bølgerne forskudt ind-
byrdes med op til 10
minutter. (Grafik: T. M.
Jørgensen)

17

GeologiskNyt 6/05

1999 med GLATIS-projektet, som havde til
formål at studere strukturer i den dybe grøn-
landske undergrund. GLATIS står for
Greenland Lithosphere Analysed Tele-
seismically on the Ice Sheet, og projectets
formål var således at undersøge den grøn-
landske lithosfære ved hjælp af fjerne jord-
skælv. Projektet, som var finansieret af Sta-
tens Naturvidenskabelige Forskningsråd,
supplerede ammen med forskningsprojektet
NEAT de fire permanente seismograf-
stationer med 16 midlertidige seismografer,
hvoraf nogle blot var i operation en enkelt
sommer, mens andre stadig er i gang. Lø-
bende er der sat nye stationer op, senest
med en bevilling fra Grønlands Hjemme-
styre, således at vi i dag råder over data fra
det meste af Grønland gennem de sidste
seks år. Dette datasæt giver os en enestå-
ende mulighed for at studere de glaciale
jordskælv på nært hold.

Fælles for de grønlandske seismografer

er, at de er tre-komponent bredbånds-statio-
ner. De måler altså bevægelser i tre retnin-
ger (nord-syd, øst-vest og op-ned), og over
et bredt frekvensområde. Det betyder at
data er meget velegnede til at lokalisere
jordskælv, og til at beskrive jordskælvs-me-
kanismen, dvs. bevægelsen i det øjeblik jord-
skælvet udløses.

Et problem med at anvende data fra det

globale netværk er, at bølgerne (rystelserne)
ofte har tilbagelagt lange afstande, før de
når en af stationerne, og at mellemliggende
geologiske strukturer derfor har sat deres
præg på bølgerne. Samtidig er bølgeenergien
blevet spredt, så bølgerne er mindre synlige
over den seismiske baggrundsstøj. Tilsam-
men betyder det, at det er sværere at gen-
skabe det oprindelige signal og dermed kon-
kludere noget om jordskælvet.

Omvendt betyder et lokalt netværk, at vi

registrerer kraftigere bølger, som har været
gennem færre forstyrrende strukturer, og
som derfor først og fremmest bærer infor-
mation om selve jordskælvet. Ved at an-
vende lokale frem for globale data får vi
altså bedre besked om de jordskælv, som er
foregået. Blandt andet kan lokalisering og
beskrivelse af jordskælvs-mekanismer blive
langt mere præcis, end tilfældet er med de
globale data.

Lokalisering af jordskælv
Normale jordskælv findes typisk ved at søge
efter P-bølger i seismogrammet. Dette er
den hurtigste seismiske bølgetype og derfor
den første, som ses på seismogrammer efter
jordskælv. Et kendetegn ved de glaciale jord-
skælv er fraværet af P-bølgen, hvilket for-
modentlig er den væsentligste årsag til, at de
ikke er blevet opdaget tidligere. Konsekven-
sen er, at vi må benytte en ny metode til at
opdage og lokalisere dem.

Vores metode, som minder en del om

Ekströms, benytter sig af overflade-
bølgerne . Det er bølger, som modsat P-
bølgerne bevæger sig langs Jordens over-
flade snarere end gennem Jordens indre.

Overfladebølger er typisk kraftige signaler,
som desværre har den egenskab, at de er
dispersive . Det vil sige, at bølgens forskel-
lige frekvenser bevæger sig ved forskellige
hastigheder, hvilket giver en forvrængning af
bølgen. Denne forvrængning er kraftigere, jo
længere bølgen har bevæget sig, og det gør
det besværligt at sammenligne overflade-
bølger målt ved forskellige seismografer.

Heldigvis kan forvrængningen fjernes,

hvis vi kender den tilbagelagte afstand, og
fordelingen af hastigheder for de forskellige
frekvenser. Fra GLATIS-projektet har vi et
detaljeret kendskab til frekvensernes hastig-
heder, så den eneste ubekendte er afstanden
mellem jordskælvets epicenter og de enkelte
stationer.

I korte træk består metoden til at finde de

glaciale jordskælv i at afprøve et antal test-
epicentre. For hvert punkt fjernes den for-
vrængning fra seismogrammerne, som en
bølge udsendt fra punktet og udbredt til hver
af seismograf-stationerne har været udsat
for. De herved fremkomne seismogrammer
vil indeholde et ens signal på samme tids-
punkt, hvis en jordskælvsbølge faktisk har
været udsendt fra dette test-epicenter. Vi
beregner derfor gennemsnittet af alle
seismogrammerne og afsøger det resulte-
rende middelseismogram for en bølge. Et
seismogram har både positive og negative
udslag. Når vi beregner gennemsnittet, risi-
kerer vi derfor at lægge store positive og
negative udslag sammen, og derved udslette
det signal, vi søger. For at undgå dette be-
regner vi middel-seismogrammet ud fra de
enkelte seismogrammers envelope .

Envelopen kan sammenlignes med at be-

nytte den absolutte værdi af seismogrammet,
dvs. droppe fortegnet. Hvis et jordskælv er

forekommet inden for det tidsvindue, som
seismogrammerne repræsenterer, vil resulta-
tet af ovennævnte behandling være en synlig

a

b

c

d

e

f

g

h

i

j

k

l

m

00.00

04.00

02.00

ALE

ANG

BORG

DAG

FRB

GDH

HJO

KBS

KONO

NUK

SOE

SUM

Tid

Envelopes af seis-
mogrammerne fra
den 20. oktober
2000 for det opti-
male test-epicen-
ter. De grønne
områder viser,
hvor seismogram-
merne har værdier
over den valgte
tærskel-værdi. På
enkelt-seismo-
grammerne vil en
automatisk søge-
algoritme finde
mange tilfældige
toppe, som ikke er
bølger fra et jord-
skælv. På middel-
seismogrammet
(nederst, lilla) er
de tilfældige toppe
forsvundet. (Gra-
fik: T. M. Jørgen-
sen)

BRØNDBORINGSFIRMAET

BRØKER I.S.

Kontor og værksted: Telefon 59 44 04 06

Spånnebæk 7, 4300 Holbæk.

Fax 59 44 69 00

Thomas Brøker,

privat 59 44 08 71

Bil 21 42 38 71

Henrik Brøker,

privat 59 43 09 94

Bil 23 34 77 01

VORT SPECIALE ER:

BRØNDBORING, rotations- og tørboring.

MILJØBORING, hulsneglsboring med kær-
neprøveudtagning.

REGENERERING af boringer.

PRØVEPUMPNING af boringer og kilde-
pladsundersøgelser med avanceret elek-
tronisk udstyr og EDB-behandling.

Vi forhandler GRUNDFOS pumper og vort
veludstyrede værksted renoverer Grund-
fos' vandværkspumper.

Vi leverer og monterer underjordiske
GLASFIBERPUMPEBRØNDE af eget
fabrikat med udstyr i rustfrit stål tilpasset
de aktuelle dimensioner.

18

GeologiskNyt 6/05

bølge ved en stor del af test-epicentrene.
Bølgen vil være størst, hvor sammenfaldet
mellem seismogrammerne er bedst, så det
sandsynligste epicenter er det, som giver den
største bølge på middel-seismogrammet.

For at automatisere processen har vi

valgt en tærskel-værdi, således at alle vær-
dier i middel-seismogrammet, som er større
end tærsklen, markeres som en jordskælvs-
kandidat. Det er muligt fordi tilfældig støj,
som på enkelt-seismogrammerne kan over-
døve en eventuel bølge, dæmpes ved at be-
regne gennemsnits-signalet, så bølgen bliver
tydelig. Efter den automatiserede registre-
ring følger så en manuel inspektion af
seismogrammerne for de tidspunkter, hvor
en jordskælvs-kandidat er registreret.

I Ekströms oprindelige metode blev kor-

relationen, altså ligheden mellem middel-
seismogrammet og et test-signal, beregnet
og det korrelerede signal undersøgt for høje
værdier. Det var nødvendigt, idet Ekström
benyttede globale data, på hvilke bølgerne
efter glaciale jordskælv var meget svage. På
de lokale data er skælvene tydeligere, og vi
behøver derfor ikke begrænse os til at søge
efter bølger med en given, forudfattet form.
De glaciale jordskælv, som blev fundet af
Ekström, har en styrke på mellem 4,7 og 5,1
på Richter-skalaen. Der er således tale om
jordskælv, som kan mærkes tydeligt af folk i
omegnen. At der ikke er rapporteret forstyr-
relser i forbindelse med skælvene skyldes, at
de foregår under indlandsisen, altså i områ-
der uden befolkning.

Det forventes, at vi med de lokale data

vil være i stand til at gå et trin ned ad skala-
en og således finde skælv af styrke ned til
ca. 3,7 på Richterskalaen. Den øgede føl-
somhed er vigtig på grund af Richter-skala-
ens logaritmiske indretning: Et trin op bety-
der en ti-dobling af jordskælvets styrke. For
normale jordskælv betyder et trin ned desuden
en ti-dobling af antallet af jordskælv. Hvis de
glaciale jordskælv følger samme regel, vil vi
altså ved at finde skælv som er ti gange sva-
gere også finde ti gange flere af dem.

Hvad sker der egentlig?
Fokalmekanismen er en beskrivelse af, hvor-
dan jorden bevæger sig under skælvet. Den
kan bestemmes ved at benytte en matema-
tisk model af skælvet og ud fra den beregne
syntetiske seismogrammer, som viser forde-
lingen af bølger i forskellige retninger. Ved
at sammenligne disse med observerede seis-
mogrammer kan det vurderes, hvor godt mo-
dellen beskriver skælvet.

Et normalt jordskælv kan beskrives ved

en dip-slip-strike forkastning, som viser,
hvordan to blokke af jorden har flyttet sig i
forhold til hinanden. Den matematiske model
for sådan et skælv er en dobbelt-koblet
kraft , hvor der indgår kræfter både langs
med forkastningsplanet og vinkelret på det.
Den giver anledning til et firkløver-formet
mønster af bølger.

Det viser sig, at en sådan beskrivelse

passer dårligt på de glaciale jordskælv. Uan-

set hvordan forkastningen vendes og drejes,
passer de syntetiske seismogrammer samlet
set dårligt med de observerede. Vi har der-
for brug for en anden model for jordskælvet.
Et alternativ er at benytte en model, som
beskriver jordskred . Her er spændinger
opstået mellem en overliggende masse, som
af tyngdekraften eller omgivelserne trækkes
nedad, og underlaget hvis gnidningsmodstand
holder igen. Når spændingen bliver for stor,
brydes bindingen mellem den overliggende
masse og underlaget, og massen begynder at
skride. Samtidig fjernes det nedadrettede
træk i underlaget, som derfor bevæger sig op
(på samme måde som en strakt elastik, der
pludselig slippes).

Jordskred kan modelleres ved en enkelt

kraft , som peger op ad bakke, og som be-
skriver den elastiske sammentrækning af
undergrunden. En sådan model genererer

bølger, som udbreder sig i et ottetals-møn-
ster fra epicentret, altså et væsentlig ander-
ledes mønster end ved en dip-slip-strike for-
kastning. Syntetiske seismogrammer bereg-
net ud fra jordskred-modellen giver en langt
bedre overensstemmelse med de observe-
rede seismogrammer. Da bølgemønsteret
fra et glacialt skælv således minder mest om
jordskredsmodellen, må vi konkludere, at de
glaciale jordskælv sandsynligvis udløses af
skred-lignende bevægelser.

På grund af de glaciale jordskælvs place-

ringer under isstrømme og gletschere er det
sandsynligt, at de hænger sammen med isens
bevægelser: Gletscheren bevæger sig lang-
somt ud mod kysten, men et sted hænger
isen fast i underlaget. Spændinger opbygges,
og når de bliver for store, går isen løs af
underlaget, og det udløser det glaciale jord-
skælv.

Her ses lokaliseringen af det glaciale jordskælv den 20. oktober 2000. Farver viser højden af bølgen
i middel-seismogrammet for de forskellige test-epicentre. Hovedparten af test-epicentrene giver en
bølge, som er lavere end tærskel-værdien (den røde farve). I ét område bliver bølgen høj nok til at
registreres som et muligt jordskælv (det grønne område). Sandsynligheden for, at et jordskælv fandt
sted, er størst i det hvide felt ved 68

o

N, 32

o

W. Kortet til venstre viser de områder, som samtlige de

grønlandske glaciale skælv er fundet i. (Grafik: T. M. Jørgensen)

Venstre: Et normalt jordskælv beskrevet ved to blokke, som forskydes i forhold til hinanden. I dette
tilfælde er den ene blok gledet skråt nedad uden at slippe kontakten med den anden blok, som har
bevæget sig op. Højre: En jordskreds-model. En klump jord har løsrevet sig fra skrænten og glider/
vælter nedad. Samtidig vil underlaget som modreaktion bevæge sig i modsat retning, altså opad
og bagud. (Grafik: T. M. Jørgensen)

19

GeologiskNyt 6/05

Teorien kan dog ikke bevises alene ud

fra de seismologiske data. En af projekt-
gruppens opgaver i det kommende år bliver
derfor at foretage målinger af gletscher-
bevægelse med GPS for at søge en sam-
menhæng mellem isbevægelse og jordskælv.
Derudover vil konkrete flydemodeller af isen
kunne bidrage til en forståelse af fænome-
net. Hertil kræves både kendskab til isens
tykkelse, bundtopografi samt de klima-
parametre, der styrer isens bevægelser.

Fremtidsperspektiver
Allerede Ekströms første studier af de gla-
ciale jordskælv viste en tydelig årstids-
variation i fordelingen af antallet af skælv.
Langt de fleste skælv finder sted i sommer-
halvåret, hvilket forstærker indtrykket af, at
skælvene er følsomme over for klimaet og
dermed er relateret til isens bevægelser. I de
senere år er en øget afsmeltning og udtyn-
ding af Grønlands indlandsis blevet påvist,
hvilket ifølge teorien vil medføre flere jord-
skælv. Viser teorien sig at holde stik, står vi
altså med et nyt værktøj til klima-
overvågning, et værktøj som blandt andet
tillader os at overvåge hele Indlandsisens
bevægelser på én gang.

Hvis vi kan påvise, at de glaciale jord-

skælv er udslag af bevægelser i isen, vil de
endvidere kunne anvendes til at opspore nye
isstrømme. Et mere detaljeret kendskab til

Sammenligning af bølgemønsteret fra et almin-
deligt jordskælv og et jordskred/glacialt jord-
skælv. Det almindelige jordskælv sender
overtryks-bølger (blå) ud i to retninger og
undertryks-bølger(rød) i de to andre. De gla-
ciale skælv udsender kun to bølgefronter: Over-
tryk i den retning undergrunden bevæger sig og
undertryk i den modsatte retning. (Grafik: T. M.
Jørgensen)

forekomsten af isstrømme vil både være
relevant af hensyn til forståelse af det grøn-
landske isskjolds dynamik og også med hen-
blik på at finde moderne analogier til
isstrømme i det skandinaviske isskjold. En
sådan analogi vil kunne bidrage med ny vi-
den om den glaciale landskabsdannelse, og
dermed en dybere forståelse af det landskab
vi lever i dag.

Litteratur:
Glacial Earthquakes ­ Ekström G.,
Nettles M., Abers G. A., Science vol. 302,
24. okt. 2003, sider 622-624.

Elefantfods-gletscheren i det nord-østlige Grønland. Et meget tydeligt eksempel på, hvordan isen
flyder. (Foto: Carl Egede Bøggild, GEUS)