Πεδίο βαρύτητας ελλαδικού χώρου με έμφαση στην περιοχή της Σαντορίνης
Authors: Μελισσινός Παρασκευάς 
Published: March 2024

Η διατριβή αυτή επικεντρώνεται στην διερεύνηση μεθοδολογιών για την εκμετάλλευση μετρήσεων βαρύτητας και τη χρησιμοποίησή τους για γεωδαιτικούς και γεωφυσικούς σκοπούς. Η διατριβή στοχεύει στην απεικόνιση και εξερεύνηση του πεδίου βαρύτητας της ελληνικής επικράτειας, με έμφαση στον ηφαιστειακό σύμπλεγμα της Σαντορίνης. Αποτελείται από μια εισαγωγή, επτά κεφάλαια και βιβλιογραφία. Το πρώτο κεφάλαιο περιλαμβάνει κάποια πολύ σύντομα και απλοποιημένα θεωρητικά στοιχεία προερχόμενα από τη βιβλιογραφική ανασκόπηση. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αρχικά μια ιστορική αναδρομή της απόκτησης των βαρυτομετρικών δεδομένων που έχει στο αρχείο της η ΓΥΣ και το ΕΜΠ και στη συνέχεια η περιγραφή της συνόρθωσης του εθνικού βαρυτομετρικού δικτύου. Ακολούθως περιγράφεται η μεθοδολογία για τη δημιουργία της νέας βάσης δεδομένων της ΓΥΣ καθώς και αλγόριθμοι ελέγχου. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται η προσέγγιση του βαρυτικού πεδίου του ελλαδικού χώρου από γεωδαιτική σκοπιά. Αρχικά περιγράφεται ο προσδιορισμός του γεωειδούς με τη χρησιμοποίηση όλων των διαθέσιμων στοιχείων καθώς και η αξιολόγησή του. Στη συνέχεια περιγράφεται το Εθνικό Σύστημα Υψομέτρων της χώρας. Ακολούθως υπολογίζονται οι γεωδυναμικοί αριθμοί όπου υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία και καταγράφονται χρήσιμα συμπεράσματα για το υψομετρικό σύστημα στη χώρα μας. Τέλος κατασκευάζεται, για πρώτη φορά, μία ενιαία επιφάνεια διορθώσεων για την ομογενοποίηση των επιφανειών που ορίζουν το Εθνικό Σύστημα Υψομέτρων. Στο τέταρτο κεφάλαιο, γίνεται η γεωφυσική προσέγγιση του πεδίου βαρύτητας της Ελλάδας με τη χρησιμοποίηση της βάσης δεδομένων. Για να γίνει αυτό εφαρμόζονται διάφορες τεχνικές από τη διεθνή βιβλιογραφία και παράγονται επιφάνειες απεικόνισης διαφόρων μεγεθών του βαρυτικού πεδίου. Από τη περαιτέρω επεξεργασία των επιφανειών αυτών, προκύπτουν συμπεράσματα για διάφορα γεωδυναμικά και τεκτονικά φαινόμενα στον Ελλαδικό χώρο. Τέλος υλοποιείται η αντιστροφή του πεδίου βαρύτητας για τον υπολογισμό ενός τρισδιάστατου μοντέλου πυκνοτήτων. Στο κεφάλαιο πέντε περιγράφονται και παρατίθενται σε παράρτημα οι μετρήσεις βαρύτητας που αποτελούν το δίκτυο μικροβαρύτητας της Σαντορίνης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μελλοντικές μελέτες. Παράλληλα οπτικοποιείται το βαρυτικό πεδίο της περιοχής και καταγράφονται χρήσιμα συμπεράσματα για την τεκτονική της ευρύτερης περιοχής. Στο κεφάλαιο έξι γίνεται για πρώτη φορά, σε ελληνικό ηφαίστειο συγκριτική αξιολόγηση και ερμηνεία χωροχρονικών μεταβολών βαρύτητας. Από τις μεταβολές αυτές υπολογίζονται κατάλληλα μοντέλα τα οποία βοηθούν στην ερμηνεία και την κατανόηση των εσωτερικών διεργασιών του ηφαιστείου. Στο κεφάλαιο 7 συνοψίζονται τα συμπεράσματα όλων των κεφαλαίων και διατυπώνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα των συμπερασμάτων της διατριβής και τρόπων βελτίωσης των αποτελεσμάτων της. Στη βάση δεδομένων που δημιουργήθηκε εντάχθηκαν τελικά 21279 επίγεια σημεία βαρύτητας, 2450 σημεία πρωτογενών μετρήσεων θαλάσσιας βαρύτητας, 142869 κόμβοι καννάβου θαλάσσιας βαρύτητας και 50373 κόμβοι καννάβου βαρύτητας γειτονικών χωρών. Καλύτερο Παγκόσμιο Γεωδυναμικό Μοντέλο για τον Ελλαδικό χώρο βρέθηκε να είναι το EIGEN 6C4 πλήρες σε βαθμό και τάξη. Με βάση αυτό υπολογίστηκε το βαρυτομετρικό γεωειδές της χώρας που προέκυψε από την βάση δεδομένων, το οποίο βελτίωσε την τυπική απόκλιση του ΠΓΜ κατά 10%. Στη συνέχεια το βαρυτομετρικό αυτό γεωειδές προσαρμόστηκε σε σημεία μετρημένης αποχής του γεωειδούς και το τελικό τυπικό σφάλμα του μοντέλου βρέθηκε στα 6.2 cm. Από τη διερεύνηση της δημιουργίας του ΕΣΥ προέκυψε ότι αυτό δεν είναι ομοιογενές συμπεριλαμβάνοντας περισσότερες από εξήντα διαφορετικές επιφάνειες αναφοράς. Υπολογίστηκε μέσο δυναμικό βαρύτητας του ΕΣΥ W0ΕΣΥ=62636860.64±0.03 m2/s2 .Στη συνέχεια υπολογίστηκαν W0 για κάθε επιφάνεια αναφοράς του ΕΣΥ και βρέθηκε η υψηλότερη επιφάνεια αναφοράς αυτή που ορίστηκε από το παλιρροιόμετρο του Αγαθονησίου (κατά 50 cm περίπου υψηλότερα από τη ΜΣΘ του Πειραιά), αντίστοιχα η χαμηλότερη επιφάνεια αναφοράς βρέθηκε αυτή της Ρόδου (κατά 22.5 cm χαμηλότερα από τη ΜΣΘ του Πειραιά). Τέλος υπολογίστηκε μια ενιαία επιφάνεια διορθώσεων για τον Ελλαδικό χώρο για την ομογενοποίηση των ορθομετρικών υψομέτρων Από τη γεωφυσική ανάλυση του βαρυτικού πεδίου της Ελλάδας προέκυψε ότι το μέσο βάθος συμπύκνωσης των μαζών είναι περίπου 29.9±1.9 Km.. Υπολογίστηκε ένα τρισδιάστατο μοντέλο πυκνοτήτων από την αντιστροφή των ανωμαλιών βαρύτητας Bouguer το οποίο περιοριζόταν από δημοσιευμένες σεισμικές μετρήσεις. Τα αποτελέσματα της αντιστροφής έδειξαν μέσο βάθος της ασυνέχειας Moho περίπου στα 28.75 km , μέσο ανώτερου φλοιού περίπου 16.88 km και πάχος ιζημάτων έως 6-7 km. Από την επισκόπηση των αποτελεσμάτων είναι αξιοσημείωτο ότι τα ιζήματα χωροθετούνται κυρίως κατά μήκος του ελληνικού Τόξου και οριοθετούνται ή τέμνονται από ενεργά σεισμογενή ρήγματα . Το πεδίο βαρύτητας της ευρύτερης περιοχής της Σαντορίνης παρουσιάζει έντονες μεταβολές που αντανακλούν στο έντονο γεωλογικό υπόβαθρο της περιοχής. Από την οπτικοποίηση του βρέθηκαν επτά λεκάνες χαμηλής ανωμαλίας βαρύτητας, στις οποίες δημιουργήθηκαν κατάλληλα προφίλ υπολειπόμενων και περιφερειακών ανωμαλιών βαρύτητας. Από τα προφίλ αυτά προέκυψε ότι τα περισσότερα από τα καταγεγραμμένα ρήγματα στη περιοχή είναι κυρίως επιφανειακά. Ανιχνεύθηκε επίσης υπόγειο ρήγμα μεταξύ Χριστιανών Σαντορίνης που είχε προταθεί από άλλες μελέτες. Προσδιορίστηκαν επιπλέον τα γεωλογικά όρια των δομών του υπεδάφους της περιοχής με κατάλληλη οπτικοποίηση του βαρυτικού πεδίου και επιπλέον εκτιμήθηκε το βάθος τους. Επισημαίνεται επίσης ότι βρέθηκαν μικρές κλειστές ισοανώμαλες καμπύλες οι οποίες πιθανόν να σχετίζονται με ηφαιστειακούς κώνους στο υπόγειο της περιοχής. Τέλος από την ανάλυση των διαχρονικών μεταβολών βαρύτητας στη περιοχή της Σαντορίνης, προέκυψε ότι υπάρχουν δύο πηγές που προκαλούν τις παρατηρούμενες μεταβολές. Η πρώτη αντιστοιχεί περίπου στη θέση του σημείου Mogi που υπολογίστηκε με γεωδαιτικές μεθόδους την περίοδο 2011-12, η οποία ερμηνεύεται ως εισροή πυκνού βασαλτικού μάγματος ~3,3x10^11 kg. Η δεύτερη πηγή των ανωμαλιών εντοπίζεται περίπου 1350m κάτω από τη Νέα Καμμένη και ερμηνεύεται ως αύξηση της πυκνότητας, η οποία προέρχεται από υδροθερμικές διακυμάνσεις, απαέρωση ή /και κατάρρευση κυστιδίων μέσα στο αποθηκευμένο μάγμα. Η διεργασία αυτή βρέθηκε να είναι συνεχιζόμενη διαδικασία ανεπηρέαστη από την αναταραχή 2011-12. Η αύξηση της βαρύτητας στη περιοχή πιθανολογείται ότι συνεχίζεται με μειούμενο ρυθμό .