Πρόγνωση σεισμών

Πρόγνωση σεισμού είναι η πρόβλεψη, με σιγουριά, ότι συγκεκριμένου μεγέθους σεισμός πρόκειται να συμβεί σε συγκεκριμένο τόπο και σε συγκεκριμένο χρονικό πλαίσιο. Η πρόγνωση που αφορά τους σεισμούς που γεννώνται με φυσικές διαδικασίες στο Γήινο φλοιό δεν έχει επιτευχθεί ως σήμερα, υπήρξαν και υπάρχουν όμως προσπάθειες προς την κατεύθυνση αυτή. Θεωρείται, από μερίδα επιστημόνων, απίθανο να υπάρξει πρόβλεψη σεισμών με χρονική ακρίβεια μεγαλύτερη του ενός ή δύο ετών ή ίσως και χρονική ακρίβεια δεκαετίας και από πολλούς τίθεται επίσης υπό αμφισβήτηση η ίδια η σκοπιμότητα πιο βραχυπρόθεσμων προβλέψεων. Για ρήγματα που έχουν μελετηθεί επαρκώς στατιστικά, μπορούν να συνταχθούν μελέτες σεισμικής επικινδυνότητας της περιοχής και να γίνουν εκτιμήσεις της πιθανότητας ότι σεισμός κάποιας τάξης μεγέθους θα επηρεάσει την τοποθεσία εκείνη εντός διαστήματος αριθμού μερικών ετών ή δεκάδων ή και εκατοντάδων ετών.. Η προσπάθεια για βραχυπρόθεσμη πρόγνωση έχει επικεντρωθεί κυρίως στην αναζήτηση και μελέτη των αξιοποιήσιμων παραμέτρων πρόδρομων σεισμικών φαινομένων και παρακάτω γίνεται μια σύντομη παρουσίαση κάποιων από τις μεθόδους που έχουν προταθεί για τη βραχεία πρόγνωση.

Γενικά 

Με βάση αρχικά την ανάγκη για προστασία των ανθρώπινων ζωών, η αναζήτηση αυτή ξεκινά από πολύ παλαιά βασιζόμενη στη μελέτη της επαναληψιμότητας των σεισμών που συνέβαιναν ανά περιοχή. Ένας τέτοιος κατάλογος για παράδειγμα προέρχεται από την Κίνα και αρχίζει καταγραφή από τον 11ο αιώνα π.Χ.. Με στατιστική επίσης προσέγγιση έγιναν προσπάθειες συσχέτισης των σεισμών με πιθανά φαινόμενα που θα μπορούσαν να τους προκαλούν όπως καιρικά φαινόμενα, ηφαιστειακές δραστηριοποιήσεις, παλίρροιες κ.λπ. Τελικά στη σύγχρονη εποχή οι σεισμοί εξηγούνται γενικά με το μοντέλο της κίνησης των τεκτονικών πλακών και η προσπάθεια για πρόβλεψη των σεισμών έχει επικεντρωθεί κυρίως στην αναζήτηση και μελέτη προδρόμων σεισμικών φαινομένων. Τα πρόδρομα φαινόμενα επιχειρείται εν αρχή να συνδεθούν με το σεισμό με προτάσεις μοντέλων που συντελούν στην κατανόηση της γένεσης του σεισμού και κατόπιν ζητείται η σύνδεση αυτή να επαληθευτεί πειραματικά. Η ανάγκη για την έμμεση αυτή διερεύνηση πηγάζει από το γεγονός ότι ο Γήινος φλοιός είναι γενικά απροσπέλαστος στα βάθη που εξελίσσονται οι σεισμοί. Η προσπάθεια δεν έχει δώσει προς το παρόν ευρέως αποδεκτή μέθοδο που να εκτιμά με ακρίβεια α) τις παραμέτρους της πρόγνωσης (τόπο, χρόνο, μέγεθος) και ταυτόχρονα β) τη βεβαιότητα πως θα γίνει σεισμός.

Η επιστήμη απαιτεί τη διασταυρούμενη επαλήθευση μιας δύσκολα αποδεκτής πρότασης, όπως ότι επίκειται ένας σεισμός, από διαφορετικές μεθόδους και μετρήσεις. Για το λόγο αυτό η μελέτη της προετοιμασίας ενός σεισμού γίνεται με διάφορες επίγειες και δορυφορικές μετρήσεις

 : 
σεισμολογικές, γεωδαιτικές, Ultra Low Frequency ηλεκτρικές διαταραχές, VHF και VLF ηλεκτρομαγνητικές εκπομπές, υπέρυθρες ακτινοβολίες, διαφοροποιήσεις ατμοσφαιρικών παραμέτρων, διαταραχές του πλάσματος της ιονόσφαιρας, διαφοροποιήσεις του κυματοδηγού γης-ιονόσφαιρας, εκλύσεις αερίων, ιδιάζουσες αλλαγές στην περιεκτικότητα ιόντων στα νερά πηγαδιών, κ.α. Αν συμβεί να ανιχνεύονται διάφορες προ-σεισμικές εκδηλώσεις η μία μετά την άλλη, η αξιοπιστία της πρότασης ότι ένας σημαντικός σεισμός επέρχεται προφανώς μεγαλώνει και βελτιώνεται σημαντικά η εκτίμηση των παραμέτρων πρόγνωσης (τόπος, χρόνος, μέγεθος). Η βιβλιογραφία τεκμηριώνει

ότι είχε προηγηθεί η ανίχνευση ποικίλων προσεισμικών σημάτων / συμπεριφορών, επίγειων (σεισμολογικών, ηλεκτρικών σημάτων, ηλεκτρομαγνητικών εκπομπών) και δορυφορικών (υπερύθρων ακτινοβολιών, γεωδαιτικών) πριν το σεισμό της Αθήνας το 1999. Ο πρόσφατος σεισμός της L’Aquila είναι ένα ακόμη χαρακτηριστικό παράδειγμα . Η πολυπλοκότητα του σεισμού επιβάλλει την πολύπλευρη μελέτη της γένεσής του και τη συνεργασία των ερευνητών που δραστηριοποιούνται στις αντίστοιχες ερευνητικές περιοχές και στην κατεύθυνση αυτή οδεύουν οι επιστήμονες της NASA με προσπάθεια ενοποίησης των προσεισμικών σημάτων.

Συσχέτιση του σεισμού με φαινόμενα που προβλέπονται με όμοιο τρόπο 
Στις περισσότερες μεθόδους που παρουσιάζονται για τη βραχεία πρόγνωση του σεισμού είναι απαραίτητη η μελέτη του φαινομένου με όρους που διερευνούν τη φυσική εξέλιξη ενός πολύπλοκου συστήματος. Τα πολύπλοκα συστήματα αποτελούνται από μεγάλο αριθμό μονάδων που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Επί της αρχής, η στατιστική μελέτη των συστημάτων αυτών με όρους εντροπίας και σύμφωνα με τη θεωρία πληροφορίας προβλέπει τη βραχυπρόθεσμη εξέλιξή τους, δηλαδή το αμέσως επόμενο βήμα της οργάνωσής τους. Πολύπλοκα συστήματα που αυτο-οργανώνονται καθώς αλληλεπιδρούν οι μονάδες τους είναι ο εγκέφαλος, οι συγκεντρώσεις πλήθους ανθρώπων, το διαδίκτυο, οι χρηματαγορές κλπ. Στις μεθόδους που ακολουθούν, στη μέθοδο ΒΑΝ ο σεισμός μελετάται όμοια με τον αιφνίδιο καρδιακό θάνατο, στη μέθοδο των ηλεκτρομαγνητικών προσεισμικών σημάτων ο σεισμός παρομοιάζεται με το φαινόμενο της επιληψίας, στη μέθοδο που μελετά τη μεταβολή της ταχύτητας των κατακόρυφων ελαστικών κυμάτων γίνεται μοντελοποίηση με ανεπτυγμένη τυρβώδη ροή πεδίων όπως του ανέμου κλπ.

Ηλεκτρικά Προσεισμικά Σήματα 

Από λίγες ώρες ως και μερικούς μήνες πριν το σεισμό αναδύονται ηλεκτρικά σήματα που συνδέονται με τη γένεσή του. Οι συχνότητες των ηλεκτρικών αυτών διαταραχών είναι πολύ χαμηλές, κάτω των 10 Hz και αναφέρονται ως ULF*  στη σχετική βιβλιογραφία. Οι ULF* μετρήσεις αφορούν μετρήσεις ηλεκτρικών μεταβολών, καθώς όμως κάθε μεταβολή ηλεκτρικού πεδίου προκαλεί μεταβολή του αντίστοιχου μαγνητικού πεδίου, μετράται ενίοτε και η μαγνητική συνιστώσα που οφείλεται στην ηλεκτρική μεταβολή. Επικρατούν τέσσερις διαφορετικοί μηχανισμοί που ερμηνεύουν την εμφάνιση των ULF* ηλεκτρικών προσεισμικών διαταραχών:
Το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο: Ένα υλικό που κρυσταλλώνεται με ασύμμετρη κρυσταλλική δομή έχει την ιδιότητα του πιεζοηλεκτρισμού. Η προσπάθεια για παραμόρφωση ενός τέτοιου κρυστάλλου έχει αποτέλεσμα, λόγω της ασυμμετρίας του, να προεξέχουν φορτία από το κρυσταλλικό πλέγμα στα άκρα του τα οποία και ελευθερώνονται. Έτσι στα άκρα του εμφανίζεται ηλεκτρική διαφορά δυναμικού.
Η στρέψη διπόλων στους κρυστάλλους: Μέσα στο κρυσταλλικό πλέγμα των υλικών, γύρω από τα σημεία συνήθως που υπάρχουν προσμείξεις ξένων υλικών, εμφανίζονται πλεγματικές ατέλειες, σημεία δηλαδή παραμόρφωσης του κρυσταλλικού πλέγματος. Στα σημεία αυτά η παραμόρφωση δημιουργεί ηλεκτρικά δίπολα που υπό συνθήκες πίεσης στον κρύσταλο στρέφονται με τάση να εναρμονιστεί κρυσταλλική συμμετρία, όπως να κλείσουν πλεγματικά κενά. Πέραν μιας κρίσιμης τιμής της πίεσης τα δίπολα στρέφονται ομαδικά με τάση κοινού προσανατολισμού και αναδύεται ηλεκτρικό σήμα όσο διαρκεί η στρέψη τους.
Η μετανάσταυση οπών υπεροξειδίου (ΟΟ) σε ορυκτά: Σε πυριγενή και υψηλού βαθμού μεταμορφωμένων πετρωμάτων ορυκτά εμφανίζεται ως θεμελιώδης πλεγματική ατέλεια ένα παραπάνω οξυγόνο. Η ατέλεια αυτή του ζεύγους των οξυγόνων είναι μία λανθάνουσα θετική οπή παγιδευμένη αφ' εαυτού στο πέτρωμα. Όταν το πέτρωμα πιέζεται οι δεσμοί ΟΟ σπάνε, εμφανίζονται οι οπές ως φορείς θετικού φορτίου και υπό την πίεση κινούνται με ταχύτητα περίπου 200 μέτρων ανά δευτερόλεπτο, διατρέχουν εύκολα το νωπό έδαφος και διανύουν αποστάσεις χιλιομέτρων.
Το ηλεκτροκινητικό φαινόμενο: Η κατά τόπους αύξηση της πίεσης σε πετρώματα με πορώδη υλικά που περιέχουν νερό προκαλεί την ωσμωτική κίνηση του νερού μέσα στο πορώδες υλικό και αναπτύσσει διαφορά ηλεκτρικών δυναμικών κατά μήκος της ωσμωτικής ροής. Αποτέλεσμα στα πετρώματα που γειτνιάζουν είναι ηλεκτρικά ρεύματα που όταν συμβαίνουν μαζικά μπορούν και ανιχνεύονται σε μεγάλες αποστάσεις.

Στη βιβλιογραφία φαίνεται πως αρκετές χώρες κάνουν μετρήσεις ULF* και προσπαθούν να συνδέσουν τις διαταραχές που ανιχνεύουν με σεισμούς που τις ακολουθούν. Εκτός της ομάδας ΒΑΝ που ερευνά τις ηλεκτρικές προσεισμικές διαταραχές στην Ελλάδα, γίνεται αντίστοιχη έρευνα στο Μεξικό, την Ιαπωνία, την Ινδονησία, την Αρμενία, τη Ρωσία και την Ιταλία.

Τα ηλεκτρικά προσεισμικά σήματα που διερευνώνται με τη μέθοδο ΒΑΝ καλώνται SES και ερμηνεύονται με τα πρώτα δύο μοντέλα. Η όδευση των ηλεκτρικών προσεισμικών σημάτων ακολουθεί διαφορετικό δρόμο ως την επιφάνεια που ανιχνεύονται σύμφωνα με την ερμηνεία του κάθε μοντέλου. Τα SES μετά την ανάδυσή τους πιθανολογείται πως μεταφέρονται με διαδοχικές εσωτερικές ανακλάσεις μέσω κυματοδηγών που σχηματίζονται στα ρήγματα με την παρουσία νερού και ιόντων. Είναι πολωμένα και προερχόμενα από διαφορετικά ρήγματα φέρουν διαφορετικό προσανατολισμό. Τα ρεύματα οπών έχουν την ικανότητα να ανεβαίνουν απευθείας στην επιφάνεια, τουλάχιστο για ρηχούς σεισμούς. Οι μαγνητικές συνιστώσες των ULF* διαταραχών έχουν την ικανότητα να ταξιδεύουν εκεί που οι ηλεκτρικές αδυνατούν, όπως όταν γεννώνται βαθιά στη θάλασσα.

Η διερεύνηση των SES έχει δώσει αριθμό επιτυχημένων προγνώσεων.

Η μέθοδος της Ομάδας ΒΑΝ 

Το όνομα ΒΑΝ είναι ακρωνύμιο που σχηματίζεται από τα αρχικά των ονομάτων των τριών Ελλήνων επιστημόνων Παναγιώτης Βαρώτσος, Καίσαρ Αλεξόπουλος και Κωνσταντίνος Νομικός. Η πρόβλεψη των σεισμών σύμφωνα με την μέθοδο ΒΑΝ βασίζεται στη ανίχνευση των σεισμικών ηλεκτρικών σημάτων,  (SES, Seismic Electric Signals). Κατά την τελευταία δεκαετία η ομάδα ΒΑΝ προσπαθεί να βελτιώσει την χρονική ακρίβεια των προβλέψεων, ορίζοντας την παράμετρο του "φυσικού χρόνου" (natural time), δηλαδή τον χρονικό δείκτη εξέλιξης του φαινομένου από την εκπομπή σεισμικών ηλεκτρικών σημάτων μέχρι την εκδήλωση του σεισμικού φαινομένου.

Ηλεκτρομαγνητικά Προσεισμικά Σήματα 

Ένας σεισμός είναι μια μεγάλης κλίμακας θραύση ετερογενούς υλικού. Κατά την προετοιμασία του, στα τελικά στάδια πριν την κατάρρευση και με πρόδρομο χρόνο από μερικές ώρες μέχρι και μερικές ημέρες, εκπέμπεται ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία πρώτα σε VHF και έπειτα σε VLF , ακολουθεί Η/Μ ησυχία και έπειτα ακολουθεί ο σεισμός. Για την κατανόηση της διαδικασίας γένεσης ενός σεισμού επιχειρείται η άντληση πληροφορίας από τα σήματα αυτά.

Δύο ερευνητικές ομάδες, που συνεργάζονται στενά, δραστηριοποιούνται από το 1995 στην ερευνητική αυτή περιοχή, με συντονιστές τον καθηγητή του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών Ευταξία Κωνσταντίνο και τον καθηγητή του Τ.Ε.Ι Αθήνας Νομικό Κωνσταντίνο, αντίστοιχα. Από την έναρξη της ερευνητικής προσπάθειας συμμετέχουν οι διδάκτορες Κοπανάς Ιωάννης και Αντωνόπουλος Γεώργιος. Στην πορεία έχουν συνεργαστεί Έλληνες (δρ. Κοντογιάννης Ιωάννης, δρ. Μπαλάσης Γεώργιος, κ.α) και ξένοι ερευνητές. Ιδιαίτερη είναι η συμβολή των προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών (Λ. Αθανασοπούλου, Μ. Καλημέρη, Κ. Παπαδημητρίου, κ.α).

Η ολική θραύση / σεισμός είναι το αποτέλεσμα της διάνοιξης μικρορωγμών και της περαιτέρω αλληλεπίδρασής τους. Κάθε μικρορωγμή που επεκτείνεται συνιστά  ένα πομπό Η/Μ ακτινοβολίας.
Τα πρόδρομα Η/Μ σήματα, που έχουν γεννήτορα τις ρωγμές που ανοίγουν, ανιχνεύονται από την εργαστηριακή ως τη γεωλογική κλίμακα.
Στο πεδίο ανιχνεύονται από μερικές ημέρες μέχρι μερικές ώρες πριν από την έλευση του σεισμού. Η ανάδυση της Η/Μ εκπομπής των VHF προηγείται συστηματικά εκείνης των VLF και στην εργαστηριακή και στη γεωλογική κλίμακα. Τα όσα ακολουθούν αποδεικνύονται και συμβάλλουν στην καλύτερη κατανόηση γένεσης του σεισμού και συνεπώς στη βελτίωση της πρόγνωσής του. Προς την κατεύθυνση αυτή έχει προταθεί το ακόλουθο πρότυπο:

Κατά μήκος των ρηγμάτων αναπτύσσεται μια σπονδυλική στήλη από μεγάλους και σκληρούς σχηματισμούς (asperities) που εμποδίζει τη σχετική ολίσθηση των δύο πλευρών του ρήγματος, δηλαδή την εκδήλωση του σεισμού. Η ραχοκοκαλιά αυτή περιβάλλεται από ετερογενές υλικό, από ένα σύμπλεγμα δηλαδή περιοχών διαφορετικού ορίου θραύσεως. Σύμφωνα με το πρότυπο αυτό:

Η VHF Η/Μ ακτινοβολία εκπέμπεται κατά τη θραύση του ετερογενούς υλικού που περιβάλλει τη σπονδυλική στήλη των asperities. Η πρόταση αυτή στηρίζεται στα ακόλουθα:
Αποδεικνύεται ότι η VHF Η/Μ διαταραχή εδράζεται σε μηχανισμό θραύσεως που χαρακτηρίζεται από αρνητική ανάδραση. Αυτό σημαίνει ότι η VHF Η/Μ εκπομπή αυξάνεται για κάποιο χρονικό διάστημα, ελαττώνεται στο διάστημα που ακολουθεί, αυξάνεται πάλι στο επόμενο κ.ο.κ. Το φαινόμενο εξελίσσεται ως φαινόμενο ισορροπίας, το σύστημα δηλαδή διώχνεται μακριά από ακραίες καταστάσεις. 
Η συμπεριφορά της VHF Η/Μ ακτινοβολίας είναι δυνατό να περιγραφεί ως κρίσιμο φαινόμενο και συγκεκριμένα με όρους θερμικής αλλαγής φάσεως δευτέρου είδους. Η μελέτη της VHF Η/Μ διαταραχής με όρους κρίσιμων φαινομένων επιτρέπει την αναγνώριση του χρόνου που οι θραύσεις του ετερογενούς υλικού περιορίζονται χωρικά κατά μήκος της σπονδυλικής στήλης των asperities. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω της αποκρυπτογράφησης του φαινομένου του σπασίματος της συμμετρίας. Από τότε αρχίζει η "πολιορκία των asperities".
Επισημαίνεται, ότι σύμφωνα με τα παραπάνω η ανίχνευση μιας πράγματι προσεισμικής VHF Η/Μ διαταραχής δεν σημαίνει ότι ο σεισμός είναι αναπόφευκτος, απλά σηματοδοτεί την έναρξη της "πολιορκίας των asperities".

Η ανάδυση της VLF Η/Μ ακτινοβολίας σηματοδοτεί την έναρξη της θραύσης των asperities. Η πρόταση αυτή στηρίζεται στα ακόλουθα:
Η VLF Η/M ακτινοβολία εδράζεται σε μηχανισμό υψηλής οργάνωσης που επιπλέον χαρακτηρίζεται από θετική ανάδραση. Αυτό σημαίνει ότι όταν σε μια περίοδο σημειωθεί αύξηση της VLF Η/Μ ακτινοβολίας το πιο πιθανό είναι στο επόμενο άμεσο χρονικό διάστημα η εκπομπή να συνεχίσει αυξανόμενη. Τα προηγούμενα σημαίνουν ότι η θραύση εξελίσσεται ως φαινόμενο εκτός ισορροπίας. Η εικόνα αυτή είναι συμβατή με τη γένεση καταστροφικού φαινομένου, τη θραύση των asperities. 
Τα φαινόμενα της ρηγμάτωσης και της θραύσης έχουν την ιδιότητα της αυτο-ομοιότητας των fractal-δομών. Η θραύση των asperities ενός μεμονωμένου ρήγματος είναι μια αυτο-όμοια σμίκρυνση της περιφερειακής σεισμικότητας και μία αυτο-όμοια μεγέθυνση της εργαστηριακής σεισμικότητας. Η θεμελιακή αυτή ιδιότητα έχει αποδειχθεί ότι υπάρχει στην VLF ΗΜ ακτινοβολία, ως εξής:
Η θραύση ενός asperity οδηγεί στην εκπομπή ενός VLF «Η/Μ σεισμού».
Η "τραχύτητα" του γραφήματος της VLF Η/Μ εκπομπής είναι συμβατή με την οικουμενική τραχύτητα των επιφανειών θραύσεως, συνεπώς και του ρήγματος.
Έχει προταθεί ότι το ανάγλυφο των επιφανειών του ρήγματος ακολουθεί το ίδιο πρότυπο με το γράφημα της VLF Η/Μ προ-σεισμικής ακτινοβολίας.
Τα ρήγματα αναπτύσσονται ως fractal δομές. Η VLF Η/Μ εκπομπή έχει τα χαρακτηριστικά εκπομπής που προέρχεται από κεραία που έχει fractal δομή.
 
Τα παραπάνω ευρήματα, που είναι "κρυμμένα" στην VLF Η/Μ ακτινοβολία, είναι "δακτυλικά αποτυπώματα" της θραύσης των asperities. Οι VLF Η/Μ ακτινοβολίες σταματούν λίγες ώρες πριν από την εκδήλωση του σεισμού. Η ερμηνεία που δίνεται είναι ότι η έναρξη της Η/Μ σιγής σηματοδοτεί την ολοκλήρωση της θραύσης των μεγάλων και σκληρών asperities που εμποδίζουν τη σχετική ολίσθηση των δύο πλευρών του ρήγματος. Ο σεισμός είναι αναπόφευκτος. Μικρά κλείθρα μικρής αντοχής έχουν απομείνει εμποδίζοντας προσωρινά την ολίσθηση. Η θραύση τους είναι βέβαιη με την περαιτέρω μικρή αύξηση των τάσεων. Η εκπεμπόμενη Η/Μ ακτινοβολία από τη θραύση των μικρών αυτών εμποδίων είναι μικρής έντασης και έτσι είναι μη ανιχνεύσιμη. Λίγο πριν από την ολική θραύση μηδενίζεται η αντίσταση που προβάλλουν τα υλικά στην περαιτέρω παραμόρφωσή τους. Το γεγονός αυτό είναι συμβατό με την εμφάνιση Η/Μ σιγής που συνιστά την τελευταία προειδοποίηση ότι η εκδήλωση του σεισμού επέρχεται σε λίγες ώρες.

Μελετώντας τα πολύπλοκα συστήματα, διαπρεπείς επιστήμονες από το χώρο της Ιατρικής και της Γεωφυσικής είχαν διατυπώσει την άποψη ότι οι ίδιοι νόμοι διέπουν την προετοιμασία μιας επιληπτικής κρίσης και τη γένεση ενός σεισμού. Κοινά χαρακτηριστικά οργάνωσης διέπουν την VLF Η/Μ ακτινοβολία και την ηλεκτρική καταγραφή μιας επιληπτικής κρίσης. Η VLF Η/Μ ακτινοβολία σχετίζεται για ένα ακόμη λόγο με το καταστροφικό γεγονός της θραύσης των asperities. Εν συνεχεία έχουν βρεθεί κοινά όχι μόνο ποιοτικά αλλά και ποσοτικά χαρακτηριστικά μεταξύ των επιληπτικών κρίσεων, σεισμών, προσεισμικών VLF Η/Μ διαταραχών, μαγνητικών καταιγίδων, ηλιακών εκλάμψεων, χρηματιστηριακών κραχ, μαζικής συμπεριφοράς στο διαδίκτυο κ.λ.π.

Αλλαγή της κατακόρυφης ταχύτητας διάδοσης των ελαστικών κυμάτων 

Μια πρόσφατη έρευνα αποτελεί τη βάση για την ανάπτυξη ενός νέου συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης σεισμών με μετρήσεις σε μεγάλο αριθμό σταθμών ανά την υφήλιο, επιχορηγούμενη από εταιρείες πετρελαιοειδών και φυσικού αερίου. Η μέθοδος είναι αμιγώς σεισμολογική και μπορεί να δώσει στοιχεία για τον τόπο και το μέγεθος ενός επερχόμενου σεισμού προτείνοντας συνάμα συνθήκη για την εκδήλωση του σεισμού λίγες ώρες πριν. Αυτό επιτυγχάνεται με την ανάλυση με όρους πολυπλοκότητας μιας νέας παραμέτρου, της ταχύτητας διάδοσης των κατακόρυφων ελαστικών κυμάτων, η κατανομή της οποίας αλλάζει γύρω από το επίκεντρο από κανονική σε μη πριν το σεισμό. Η μέθοδος περιγράφεται στην εργασία "Τυρβώδης συμπεριφορά σεισμικών χρονοσειρών" που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters το 2009 και στηρίζεται στην έρευνα "Εκπαίδευση των ακραίων τιμών σε πολύπλοκα συστήματα" που διεξάγουν ο Γερμανός καθηγητής Φυσικής Joachim Peinke με τον Ιρανό ομόλογό του Mohhammed Reza Rahimi Tabar. Τέτοια συστήματα περιλαμβάνουν, όπως αναφέρουν, τις αναταράξεις, τις επιληπτικές κρίσεις, τις χρηματοπιστωτικές αγορές, τα πεδία του ανέμου, τις διακυμάνσεις της περιόδου του καρδιακού ρυθμού κλπ. Στην έρευνα κυριαρχεί η έννοια της αυτο-οργάνωσης. Παρατηρείται χρόνος στον οποίο εμφανίζεται συνθήκη που θεωρείται ως το σήμα έναρξης διαδικασίας που οπωσδήποτε καταλήγει σε σεισμό.

Το σεισμολογικό δίκτυο μετρά με δειγματοληψία 100 Hz και αυτή είναι η ανάλυση που έχουν τα δεδομένα που επεξεργάζεται η έρευνα αυτή. Έχει διερευνηθεί μεγάλος αριθμός σεισμών ανά την υφήλιο και λόγω του υψηλού αριθμού των διαθέσιμων δεδομένων το στατιστικό δείγμα είναι επαρκές στη μεθοδολογία αυτή για να την επαληθεύσει. Στην έρευνα χρησιμοποιείται μια νέα προσέγγιση μέσω του μοντέλου της πλήρως ανεπτυγμένης ανατάραξης (τύρβης) για να περιγραφεί η διαδικασία της διαδοχικής μετάβασης που καθορίζει το πως εξελίσσονται οι διακυμάνσεις στις χρονοσειρές καθώς γίνεται μετάβαση από μεγάλες σε μικρότερες κλίμακες γεγονότων. Η διαφοροποίηση στην ταχύτητα διάδοσης των κατακόρυφων ελαστικών κυμάτων στο φλοιό εξαρτάται από το είδος του πετρώματος και οι καμπύλες δεν είναι οι ίδιες για μικρά και μεγάλα γεγονότα. Επίσης έχει πρόσφατα ανακαλυφθεί τοπικότητα στη διάδοση των ελαστικών κυμάτων στα πετρώματα. Σεισμοί της τάξης των 6 ρίχτερ μπορούν να διερευνηθούν με απόσταση των σταθμών μέτρησης από το επίκεντρο μικρότερη των 300 χιλιομέτρων και για μέγεθος 7 ρίχτερ οι αποστάσεις μπορούν να είναι στα 400 χιλιόμετρα. Για σεισμό 5.4 ρίχτερ η απόσταση των 128 χιλιομέτρων μπορεί να δώσει σήμα προειδοποίησης 3 ώρες πριν το σεισμό ενώ στα 400 χιλιόμετρα ένας σταθμός μέτρησης δε δίνει για τον ίδιο σεισμό προειδοποιητικό σήμα. Για σεισμούς των 5 ρίχτερ και κάτω οι ενδείζεις για επικείμενο σεισμό δεν είναι σαφείς ακόμη κι αν χρησιμοποιηθούν μετρήσεις από σταθμούς που απέχουν μόλις 100 χιλιόμετρα από τα επίκεντρα. Επίσης διαφαίνεται πως για σεισμό 7.6 ρίχτερ το προσεισμικό σήμα παρατηρείται 10 ώρες πριν το σεισμό ενώ για σεισμό των 6.3 ρίχτερ το σήμα εμφανίζεται 4 ώρες πριν.

Από την έρευνα αυτή προκύπτει μια ενδιαφέρουσα πληροφορία που βοηθά στη μοντελοποίηση του σεισμού. Όταν ακόμα οι κατανομές της συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας της διάδοσης των κυμάτων είναι κανονικές μπορεί να εφαρμοστεί μια τεχνική για την εύρεση του μήκους του ρήγματος που ενεργοποιείται. Γίνεται μετατροπή της χρονικής κλίμακας σε κλίμακα μήκους μέσω της ταχύτητας διάδοσης των ελαστικών κυμάτων στο φλοιό, που είναι περίπου 5 km/sec. Οι αντιστοιχούσες κλίμακες μήκους είναι περίπου 10 χλμ. και 7 χλμ. για τους σεισμούς των 7 και 6 ρίχτερ αντίστοιχα. Αυτό υποδηλώνει πως μεγαλύτερα γεγονότα έχουν μεγαλύτερες χαρακτηριστικές κλίμακες μήκους και πως για μικρότερους σεισμούς ενεργοποιείται μικρότερο μέρος του ρήγματος.

Διαταραχή του ημερήσιου κύκλου της ιονόσφαιρας 

Οι τεκτονικές τάσεις στο φλοιό της γης που προετοιμάζουν σεισμούς φαίνεται πως προκαλούν κύματα ηλεκτρικών φορτίων

που ταξιδεύουν προς την επιφάνεια της γης την οποία φορτίζουν. Η διαδικασία ιονίζει επίσης ισχυρά την ατμόσφαιρα και διαταράσσει κατ' επέκταση την ιονόσφαιρα.

Με καταγραφή ULF* , παρακολουθώντας τον ημερήσιο κύκλο της ιονόσφαιρας, παρατηρούμε πως καθώς προετοιμάζεται χερσαίος επιφανειακός ή και παράκτιος ρηχός θαλάσσιος σεισμός άνω των 5,5 ρίχτερ, ο κύκλος της διαταράσσεται.
Η ιονόσφαιρα σε γενικές ομαλές συνθήκες την ημέρα αναπτύσσει το κατώτερο στρώμα της D λόγω του ιονισμού από τις ακτίνες Χ από τον Ήλιο ενώ τη νύχτα το στρώμα αυτό εξαφανίζεται καθώς ηλεκτρόνια και ιόντα επανασυνδέονται λόγω της μεγάλης πυκνότητας και της άρσης του παράγοντα ιονισμού και το πλάσμα ξαναγίνεται αέριο. Τη νύχτα απομένει μόνο ένα στρώμα της ιονόσφαιρας F πολύ ψηλότερα από το D. Επειδή η ιονόσφαιρα βρίσκεται σε κατάσταση πλάσματος το στρώμα D λόγω πυκνότητας απορροφά τις χαμηλές ραδιοφωνικές συχνότητες HF ως και τα 10 MHz ενώ το στρώμα F που είναι πιο αραιό τις ανακλά πίσω στη γη. Τα κύματα αυτά τη νύχτα που δεν υπάρχει το στώμα D μεταδίδονται με διαδοχικές εσωτερικές ανακλάσεις στον κυματοδηγό γης - ιονόσφαιρας και μπορούμε και λαμβάνουμε ραδιόφωνο παγκοσμίου λήψεως (βραχέα κύματα) μερικές χιλιάδες χιλόμετρα μακριά σε αντίθεση με τη μέρα που η λήψη είναι μόνο τοπική.

Η διαταραχή του κύκλου της ιονόσφαιρας κατά την προετοιμασία του σεισμού παρατηρείται πως συμπίπτει χρονικά με την ανάδυση των VHF και των VLF Η/Μ προσεισμικών σημάτων. Όταν συμβαίνει η διαταραχή έχει παρατηρηθεί ότι είτε την ημέρα χάνεται το στρώμα D (ανύψωση της ιονόσφαιρας) και έχουμε ανάπτυξη του κυματοδηγού είτε τη νύχτα εμφανίζεται το στρώμα D (η ιονόσφαιρα χαμηλώνει) και ο κυματοδηγός εξαφανίζεται.
Το αποτέλεσμα αντικατοπτρίζεται στις καταγραφές των ULF* που είτε την ημέρα αντί τοπικού ελαχίστου εμφανίζουν τοπικό μέγιστο είτε έχουμε μόνιμα τοπικό ελάχιστο όσο διαρκεί το φαινόμενο.
Η διαταραχή οφείλεται σε μεγάλης κλίμακας ισχυρό φαινόμενο.

Στηριγμένοι στη διαταραχή της ιονόσφαιρας πριν τους μεγάλους επιφανειακούς σεισμούς ξένα επιστημονικά κέντρα έχουν αναπτύξει ένα δίκτυο πομπών και δεκτών VLF σε παγκόσμια κλίμακα που ανιχνεύουν αλλαγές στον κυματοδηγό της. Κάθε δέκτης έχει γύρω του, σε αποστάσεις της τάξης των 1000 - 10000 χιλιομέτρων, πομπούς σε διάταξη μαργαρίτας και μπορεί να γνωρίζει προς ποια κατεύθυνση συμβαίνει η διαφοροποίηση. Επειδή συνήθως μαζί με κάθε δέκτη λειτουργεί και πομπός σε συχνότητα διαφορετική από τις υπόλοιπες του δικτύου, η διάταξη μαργαρίτας ακολουθεί τον καθένα από τους δέκτες και με τον τρόπο αυτό μπορεί ανάλογα με την πυκνότητα του δικτύου να εξακριβώνεται η γενική περιοχή που βρίσκεται υπό διέγερση. Στην Ιταλία με το σεισμό της L’Aquila για παράδειγμα οι ενδείξεις όντως εντόπιζαν τη σεισμική διέγερση στο κεντρικό τμήμα της χώρας.

Έλεγχος απόκλισης της αναμενόμενης θερμοκρασίας του εδάφους με δορυφόρους 

Ένας τρόπος εντοπισμού της κινητικότητας των τεκτονικών τάσεων είναι η ανίχνευση της κατά τόπους αύξησης της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του φλοιού που μετράται από δορυφόρους. Κατά τη διαδικασία της αξιολόγησης αφαιρείται το υπόβαθρο της ημερήσιας μεταβολής και ο θόρυβος λόγω των ατμοσφαιρικών διαταραχών και ανθρώπινων δραστηριοτήτων και είναι δυνατή η κατόπτευση της συγκέντρωσης των τάσεων στην ευρύτερη περιοχή ενός ρήγματος. Στο διπλό σεισμό της Αθήνας το 1999 για παράδειγμα η περιοχή που εντοπίζεται η συσσώρευση των τάσεων είναι το λεκανοπέδιο της Αθήνας. Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται πειραματικά εδώ και 15 χρόνια.

Σε μια νέα προσέγγιση εξήγησης του φαινομένου, ο Friedmann Freund της NASA προτείνει πως η εκπεμπόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία που συλλαμβάνεται από τους δορυφόρους δεν οφείλεται σε αληθινή αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας του φλοιού. Σύμφωνα με την εκδοχή αυτή η εκπομπή είναι αποτέλεσμα της κβαντικής αποδιέγερσης που συμβαίνει κατά τη χημική επανασύνδεση φορέων θετικού φορτίου (οπών) που ταξιδεύουν από τα βαθύτερα στρώματα ως την επιφάνεια του φλοιού με ταχύτητα 200 μέτρων το δευτερόλεπτο. Τα φορτία γεννώνται ως αποτέλεσμα της αύξησης των τεκτονικών τάσεων όσο πλησιάζουμε στο χρόνο που θα γίνει ο σεισμός. Η εκπομπή αυτή απλώνεται επιφανειακά σε έκταση ως και 500 x 500 τετραγωνικών χιλιομέτρων για πολύ μεγάλα γεγονότα και σταματά σχεδόν αμέσως μετά το σεισμό και τους μετασεισμούς.

Χαρτογράφηση της παραμόρφωσης του εδάφους από δορυφόρους 

Από το 1993 χρησιμοποιείται γεωδαιτική δορυφορική μέθοδος που αποτυπώνει τη βύθιση ή την ανύψωση του εδάφους και τα δεδομένα χρησιμοποιούνται για συσχέτιση με τους σεισμούς που προκαλούν τις ανατάξεις αυτές στις περιοχές γύρω από τα ρήγματα χωρίς να χρειάζεται να γνωρίζει κανείς εκ των προτέρων τη θέση ή το χρόνο έλευσης των σεισμών. Χρησιμοποιώντας συνδυασμούς συχνομετρημένων εικόνων τύπου SAR από το δορυφόρο ERS2 η ερευνητική ομάδα των Ελλήνων και Γάλλων επιστημόνων έκανε ανάλυση της παραμόρφωσης της επιφάνειας του εδάφους στο χρόνο στην περίπτωση του διπλού σεισμού της Αθήνας του 1999. Τα σημεία των παραμορφώσεων ήταν η πρώτη ένδειξη πως δύο ρήγματα διεγέρθηκαν και ακολούθησαν δύο διαφορετικές θραύσεις.
Η μέθοδος εφαρμόστηκε και στην περίπτωση του σεισμού της L'Aquila το 2009 και η Ελληνική ομάδα ήταν η πρώτη που πέραν της εικόνας με τους κροσσούς συσχέτισε ποιοτικά και ποσοτικά το φαινόμενο με το σεισμό με χρήση εργαλείων fractal ανάλυσης.

Οι εικόνες που προέρχονται από συγκεκριμένο δορυφόρο δεν καταγράφονται ακόμη αρκετά πυκνά σε σχέση με την ανάγκη παρακολούθησης που έχει η βραχεία πρόγνωση καθώς ο κύκλος του δορυφόρου που χρησιμοποιείται είναι 29 ημέρες. Η συμβολή της τεχνολογίας σε αυτοματισμένη μέθοδο πρόγνωσης έχει προγραμματιστεί για εφαρμογή από τη NASA.

Αύξηση των συγκεντρώσεων Ραδονίου 

Σε κάποιους σεισμούς εμφανίζεται το στοιχείο ραδόνιο πριν και σε μικρότερες ποσότητες μετά το σεισμό. Το ραδόνιο είναι ευγενές αέριο, δε σχηματίζει χημικούς δεσμούς, είναι ραδιενεργό με χρόνο ημιζωής 3,8 ημέρες και γι' αυτό ανιχνεύεται εύκολα και παράγεται στην αλυσίδα μετάπτωσης του ραδιενεργού ουρανίου μέσα στα πετρώματα. Εκεί συνεχίζει και παραμένει παγιδευμένο για μερικές ημέρες ώσπου να διασπαστεί ραδιενεργά ή να ελευθερωθεί κατά τις θραύσεις των υλικών. Η έκλυση του ραδονίου παρατηρείται σε περιοχές σε όλη την υφήλιο πριν από σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα και είναι ενδείκτης υποκείμενων ρηγμάτων. Το ραδόνιο ανιχνεύεται σε αναθυμιάσεις αερίων από το έδαφος, σε θερμές πηγές και υπόγεια νερά. Για την ανίχνευση έχουν αναπτυχθεί δύο τύπων μεθοδολογίες και με αντίστοιχα προτεινόμενα μοντέλα μπορούμε να έχουμε πληροφορίες για το χρόνο έλευσης, την απόσταση του επικέντρου και το μέγεθος του σεισμού που προετοιμάζεται.
 
Έχει παρατηρηθεί πως ως αποτέλεσμα της αύξησης των τάσεων κατά τα στάδια προετοιμασίας της σεισμικής ακολουθίας η συγκέντρωση του ουρανίου που απεγκλωβίζεται και παρασύρεται στα υπόγεια νερά αυξάνεται παροδικά και έτσι οι συγκεντρώσεις του ραδονίου που ελευθερώνεται εμφανίζονται για ένα ακόμη λόγο μεγαλύτερες πριν από το σεισμό.
 Ο Τσελέντης αναφέρει δυο σεισμούς (Γαλαξίδι 1992 και Μαυροβούνιο 1979), των οποίων προηγήθηκε αυξημένη έκλυση ραδονίου. Στον σεισμό του Μαυροβουνίου μάλιστα οι μετρήσεις έγιναν σε μεγάλη απόσταση, στην Αυστρία.

Ενώ είχε σχεδόν εγκαταλείψει στη δεκαετία του 1990 τις μετρήσεις του ραδονίου ως μέθοδο που θα βοηθούσε στην πρόγνωση των σεισμών, η NASA επανέφερε το ενδιαφέρον της προτείνοντας νέο μοντέλο που εξηγεί την αυξημένη ανιχνευσιμότητα του ραδονίου πριν τους σεισμούς και είναι πιο συμβατό με τις παρατηρήσεις ανίχνευσης ραδονίου σε μεγάλες αποστάσεις από τα επίκεντρα σεισμών που δε δικαιολογούνται εύκολα με το μοντέλο των μικροθραύσεων. Σύμφωνα με το νέο μοντέλο το ραδόνιο εκλύεται συνεχώς και φθάνοντας από τα χαμηλότερα στρώματα στην επιφάνεια του φλοιού παγιδεύεται σε οργανικές ενώσεις. Όπως υποστηρίζει ο Dr. Friedemann Freund, η αποδέσμευση του ραδονίου οφείλεται σε κύματα ηλεκτρικών φορτίων που φθάνουν στην επιφάνεια και αντιδρούν με τις οργανικές ενώσεις που συγκρατούν το ραδόνιο. Τα κύματα των ηλεκτρικών φορτίων προέρχονται από ταχέως κινούμενα ρεύματα οπών που προκαλούνται από την προσεισμική δραστηριότητα της αύξησης των τάσεων στο χρόνο που οι διαδικασίες γένεσης του σεισμού πλησιάζουν τη γενική θραύση. Τα κύματα αυτά των φορτίων ιονίζουν επίσης την επιφάνεια του φλοιού, αυξάνουν την αγωγιμότητα του εδάφους, διεγείρουν την εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας, ιονίζουν μαζικά την ατμόσφαιρα και δημιουργούν μεγάλες φούσκες ιόντων που ταξιδεύουν ψηλά ως τη στρατόσφαιρα και προκαλούν διαταραχές της ιονόσφαιρας. Ο μηχανισμός γένεσής τους είναι ο συνδετικός κρίκος ενοποίησης των πρόδρομων σημάτων στην αντίστοιχη προσπάθεια της NASA.

Σημειώσεις

Παραπομπές

Δείτε επίσης 

 Πρόκληση σεισμών

Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 Panayiotis Varotsos, VAN earthquake prediction method, 08-06-2010. Ανακτήθηκε στις 08-06-2010.
 Παναγιώτης Βαρώτσος, Μέθοδος πρόβλεψης σεισμών ΒΑΝ, 08-06-2010. Ανακτήθηκε στις 08-06-2010.
 Τηλεμετρικό Δίκτυο Προσεισμικών Ηλεκτρομαγνητικών Διαταραχών
 Επισκόπηση της έρευνας των Προσεισμικών Ηλεκτρομαγνητικών Διαταραχών

Γεωφυσική
Φυσική στερεάς κατάστασης
Σεισμολογία