Appraisal of the self-organization and evolutionary dynamics of seismicity based on (non-extensive) statistical physics and complexity science methods
Authors: Ευσταθίου Αγγελική 
Published: March 2021

Θεμελιώδης πρόκληση σε πολλά επιστημονικά πεδία αποτελεί ο καθορισμός κανονικοτήτων και νόμων ανωτέρας κλίμακας σε σχέση με την υπάρχουσα γνώση για φαινόμενα κατωτέρας κλίμακας. Είναι πλέον αποδεκτό ότι o ενεργός τεκτονικός ιστός αποτελεί ένα κρίσιμο πολύπλοκο σύστημα, αν και δεν έχει ακόμη οριστικοποιηθεί αν είναι στατικό, δυναμικό/εξελικτικό, ή ένας χρονικά εξαρτημένος συνδυασμός αμφοτέρων. Σε κάθε περίπτωση, τα κρίσιμα συστήματα χαρακτηρίζονται από μορφοκλασματική ή πολυμορφοκλασματική κατανομή των στοιχείων τους, ισχυρές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κοντινών και μακρινών γειτόνων και διακοπτόμενη (ασυνεχή) έκφρασή τους. Οι ιδιότητες αυτές μπορούν να μελετηθούν με όρους Μη Εκτατικής Στατιστικής Φυσικής (ΜΕΣΦ). Πέραν του ρυθμού έκλυσης ενέργειας που εκφράζεται μέσω του μεγέθους (Μ), μέτρο των πιθανών συσχετίσεων αποτελεί ο παρέλθων χρόνος (Δt) και η υποκεντρική απόσταση (Δd) μεταξύ αλλεπάλληλων σεισμών πάνω από ένα κατώφλι μεγέθους σε μια περιοχή. Πρόσφατες έρευνες έδειξαν ότι, εάν οι κατανομές μεγέθους (Μ), χρονικής (Δt) και χωρικής (Δd) εξάρτησης μεταξύ διαδοχικών σεισμών θεωρηθούν ανεξάρτητες έτσι ώστε η από κοινού πιθανότητα p(M, Δt, Δd) να παραγοντοποιείται σε p(MUΔtUΔd) = p(M) p(Δt) p(Δd), τότε η συχνότητα εμφάνισης ενός σεισμού εξαρτάται πολλαπλώς όχι μόνο από το μέγεθος όπως πρόβλεπει ο νόμος Gutenberg – Richter αλλά και από τη χρονική και χωρική εξάρτηση διαδοχικών σεισμών. Αυτό, με τη σειρά του, σημαίνει ότι η αυτοοργάνωση της σεισμικότητας θα πρέπει να εκδηλώνεται μέσω μιας συγκεκριμένης στατιστικής συμπεριφοράς της χρονικής και χωρικής εξάρτησης της (κατανομές νόμων δύναμης). Στην παρούσα διατριβή θα επιχειρηθεί η περιγραφή της σεισμικότητας με όρους ΜΕΣΦ, σε σεισμογενετικά συστήματα κατά μήκος του ορίου πλακών του ΒΑ-Β Ειρηνικού και της Βορείου Αμερικής, καθώς και στο σεισμογενετικό σύστημα του ελλαδικού χώρουΔυτικής Τουρκίας. Η ανάλυση πραγματοποιείται σε πλήρης και ομαδοποιημένους καταλόγους σεισμών, όπου οι μετασεισμοί έχουν αφαιρεθεί με τη στοχαστική μέθοδο απομαδοποίησης του Zhuang et al., (2002). Η στατιστική συμπεριφορά της σεισμικότητας υποδεικνύει ότι η επιφανειακή σεισμικότητα των συστημάτων που μελετώνται είναι υποεκτατική, χαρακτηρίζεται από μακράς εμβέλειας συσχετίσεις και για το λόγο αυτό είναι αυτο-οργανωμένη και πιθανόν κρίσιμη. Ο βαθμός της υπο-εκτακτικότητας δεν είναι ομοιόμορφος, ούτε σταθερός, αλλά διαφέρει δυναμικά από σύστημα σε σύστημα, ενίοτε διαφέρει στη χρονική εξέλιξη και μπορεί να παρουσιάζει κυκλικότητα. Το μόνο σύστημα βαθειάς δομής (σεισμικότητα σε μεγάλα εστιακά βάθη) που εξετάζεται εδώ - η Αλεούτια ζώνη υποβύθισης- φαίνεται να παρουσιάζει στατιστική που περιγράφεται με όρους κατανομής Poisson (απουσία συσχέτισης). Τα αποτελέσματα που προκύπτουν υποδεικνύουν ότι η ΜΕΣΦ αποτελεί ένα εξαιρετικό εργαλείο για την φυσική περιγραφή της σεισμικότητας σε διάφορα σεισμογενετικά περιβάλλοντα. Ο μη εκτατικός φορμαλισμός θεωρείται το κατάλληλο μεθοδολογικό εργαλείο για να περιγράψει φυσικά συστήματα που δε βρίσκονται σε ισορροπία και έχουν μεγάλη μεταβλητότητα και πολυκλασματική δομή όπως η σεισμικότητα.