Τετάρτη, 2 Ιουλίου 2008

Σεισμός. Μπορεί να προβλεφθεί;

Στην αγωνιώδη προσπάθεια να προβλέψουν τους καταστρεπτικούς σεισμούς οι επιστήμονες στρέφουν τώρα το βλέμμα στον... ουρανό! Οι μαγνητικές διαταραχές της ιονόσφαιρας ίσως κρύβουν τη λύση για έγκαιρη ανίχνευση των χτυπημάτων του Εγκέλαδου.

Είναι σίγουρα το φυσικό φαινόμενο που κάνει και τον πιο ψύχραιμο να νιώθει ανήμπορος. Για όση ώρα η γη κλονίζεται κανείς δεν μπορεί να τα βάλει με τον αόρατο «εχθρό». Στη διάρκεια μόνο του προηγούμενου αιώνα ο Εγκέλαδος πήρε τη ζωή 1,5 εκατομμυρίου ανθρώπων σε όλον τον πλανήτη. Αν μπορούσαμε όμως να γνωρίζουμε πού και πότε έρχεται σεισμός, πολλοί θα γλίτωναν. Με 10 λεπτών προειδοποίηση θα προλαβαίναμε να βγούμε από τα κτίρια ή έστω να πάμε στο ασφαλέστερο σημείο τους και αυτοκίνητα και τρένα να βγουν από τα τούνελ. Αν είχαμε μιας ώρας προειδοποίηση, θα προλαβαίναμε να κλείσουμε στρόφιγγες, να διακόψουμε γραμμές παραγωγής και να εκκενώσουμε εμπορικά κέντρα, ξενοδοχεία και σκαλωσιές υψηλών οικοδομών. Βέβαια, με μιας ημέρας προειδοποίηση θα μπορούσαμε να μετακινηθούμε σε εντελώς άλλη περιοχή και να ενεργοποιήσουμε τις αντίστοιχες υπηρεσίες ως κράτος. Αλλά μπορούμε; Επισήμως δεν υπάρχει ακόμη κοινώς αποδεκτή μέθοδος πρόβλεψης. Ανεπισήμως το μέγιστο αυτό πρόβλημα ίσως βρίσκεται ιδιαίτερα κοντά στη λύση του. Αρκεί να μην κοιτάμε μόνο κάτω, στη γη, αλλά... και επάνω, ψηλά.

Του Τάσου Καφαντάρη από το "ΒΗΜΑScience" ένθετο στο ΒΗΜΑ της Κυριακής, 15 Ιουνίου 2008

Η κραυγή των σεισμών

Τα τεκτονικά ρήγματα φαίνεται πως λειτουργούν ως... μπαταρίες. Η σύνθλιψη των πετρωμάτων απελευθερώνει ρεύμα θετικά φορτισμένων ηλεκτρονίων που φθάνει να διαταράσσει ως και την ιονόσφαιρα. Γι' αυτό και στο κυνήγι της πρόβλεψης σεισμών έχουν εξαπολυθεί οι δορυφόροι

Από τότε που η Αθηνά φυλάκισε τον Εγκέλαδο κάτω από την Αίτνα, ο άθλιος αυτός αρχηγός των Τιτάνων παίζει μαζί μας σαν τον... Χάνιμπαλ Λέκτερ στη «Σιωπή των αμνών». Μας στέλνει μηνύματα που μας παραπλανούν, για να ξεφύγει την τελευταία στιγμή και να ξεσπάσει το μένος του σε ανυποψίαστα θύματα. Τελικά υπάρχει περίπτωση να προβλέψουμε με ακρίβεια τον επόμενο σεισμό και να προετοιμαστούμε εγκαίρως;

Σεισμικό σέλας

Στις 9 Μαΐου 2008, τρεις ημέρες προτού εκδηλωθεί ο πρόσφατος μεγασεισμός της Κίνας, οι ποδηλάτες της πόλης Γουετσουάν είδαν χιλιάδες βατράχια να διασχίζουν τρελαμένα τον δρόμο. Σε μια πιο ανατολική μεριά της χώρας περίεργα φωτισμένα σύννεφα εμφανίστηκαν στον ουρανό. Κάποιος γέρος που τα άκουσε αυτά κούνησε απλά το κεφάλι του και είπε: «Μεγάλος σεισμός θα γίνει τούτες τις ημέρες». Το ίδιο είπε και η επίσημη ιστοσελίδα της περιφέρειας Αμπα (όπου βρίσκεται η Γουετσουάν), αλλά αργότερα η είδηση αποσύρθηκε ως ανυπόστατη φήμη. Είχε προέλθει από τη δήλωση του ντόπιου σεισμολόγου Τζενγκ Κουίνγκ Γκουό, στις 26 Απριλίου, πως θα συμβεί στην περιφέρεια αυτή σεισμός άνω των 7 ρίχτερ, στις 8 Μαΐου ±10 ημέρες. Η πρόβλεψή του βασιζόταν στη θεωρία του ότι σε κάθε περιοχή που υφίσταται τριετή ξηρασία επακολουθεί σεισμός.

Ο σεισμός τελικά όντως έγινε, αλλά όχι προτού εμφανιστεί - μισή ώρα πριν από τον σεισμό - ένα ακόμη πιο περίεργο θέαμα που κατέγραψαν σε βίντεο: αρκτικό σέλας - και μάλιστα στο καταμεσήμερο! Παρόμοιες λάμψεις είχαν καταγραφεί πριν από τον μεγάλο σεισμό της ιαπωνικής πόλης Κόμπε, στις 17 Ιανουαρίου 1995, και πριν από εκείνον της Λίμα του Περού, στις 15 Αυγούστου 2007.

Τα σημάδια αυτά δεν είναι ακριβώς πρωτόγνωρα. Παρόμοιες περιγραφές έχουμε και εμείς σε αναφορές των αρχαίων Ελλήνων και Ρωμαίων. Είναι βαθιά χαραγμένο στη λαϊκή σοφία ότι δεν μπορείς να προβλέψεις έναν σεισμό παρά μόνο αν έχεις την τύχη να γίνεις θεατής του απρόβλεπτου: ποντίκια να βγαίνουν τρέχοντας όλα μαζί από τις φωλιές τους, βατράχια να πηδούν ομοθυμαδόν από το ποτάμι και φίδια να τρέχουν... σαν λαγοί! Τι συμβαίνει και όλα αυτά τα πλάσματα - και άλλα πολλά - «ακούνε» τον σεισμό πολύ προτού εκδηλωθεί; Οι επιστήμονες πιθανολογούν ότι είτε αντιλαμβάνονται υπερήχους - που ταξιδεύουν πολύ ταχύτερα από τα κύματα Rayleigh και S των σεισμών - ή «πιάνουν» ηλεκτρομαγνητικά σήματα χαμηλής συχνότητας. Η δεύτερη μάλιστα πιθανότητα εξετάζεται εδώ και χρόνια. Το Πανεπιστήμιο του Κολοράντο έχει αποδείξει ότι η σύνθλιψη των κρυστάλλων κατά τη βίαιη μετατόπιση πετρωμάτων δημιουργεί ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Οι «δικοί μας» επιστήμονες του προγράμματος VAN (Βαρώτσος, Αλεξόπουλος και Νομικός) ψάχνουν τέτοια ηλεκτρικά σήματα επερχόμενου σεισμού (Seismic Electric Signals - SES) βυθίζοντας εδώ και 28 χρόνια ηλεκτρόδια στη γη. Οι Ιάπωνες, από την πλευρά τους, ψάχνουν από το 2004 την υψηλή ευαισθησία των γατόψαρων στη μεταβολή των ηλεκτρικών πεδίων. Οι μεν πρώτοι όμως αντιμετωπίζουν κατηγορίες περί ασάφειας των προβλέψεων - και το «ουδείς προφήτης στον τόπο του» -, οι δε δεύτεροι... την απάθεια των γατόψαρων στα μέχρι στιγμής πειράματα.

Μπαλόνι με... «φόλες»

Οσον αφορά τα περίεργα φωτισμένα σύννεφα του ουρανού, ο δόκτωρ Φρίντμαν Φρόιντ (Friedemann Freund) του Ερευνητικού Κέντρου AMES της NASA εξηγεί ότι «λίγο προτού η τεκτονική τριβή των πετρωμάτων οδηγήσει στην εκδήλωση του σεισμού, η συσσωρευμένη ενέργεια εκπέμπει θετικά ηλεκτρικά φορτία που φθάνουν ως την επιφάνεια του εδάφους και δημιουργούν υψηλά ηλεκτρικά πεδία.

Η ισχύς τους μπορεί να φθάσει το ένα εκατομμύριο βολτ ανά εκατοστό, αρκετή για να ιονίσει τον αέρα που βρίσκεται κοντά στο έδαφος. Τα απελευθερωμένα ηλεκτρόνια του αέρα ανεβαίνουν προς τα πάνω, όντας ταυτόχρονα εν δυνάμει πυρήνες δημιουργίας και από μιας σταγόνας νέφους το καθένα».

Το πώς ακριβώς απελευθερώνουν τα πετρώματα αυτή την ενέργεια παραμένει μυστήριο. Τα βράχια, ως γνωστόν, υπό κανονικές συνθήκες είναι μονωτές. Ο Φρίντμαν και ο γιος του Μινόρου, επίσης ερευνητής του AMES, ανέπτυξαν μια θεωρία κατά την οποία τα τεκτονικά ρήγματα ενεργούν ως μπαταρίες. Σύμφωνα με αυτήν, η υπό μεγάλη πίεση σύνθλιψη των βράχων αποσταθεροποιεί τα άτομά τους και απελευθερώνει ένα ρεύμα ηλεκτρονίων από τους ατομικούς δεσμούς τους. Ενα άλλο ενδεχόμενο είναι τα ηλεκτρόνια να μην προέρχονται από τους κρυστάλλους των βράχων αλλά από ιονισμένο νερό του υπεδάφους: καθώς τα βράχια συνθλίβονται, το νερό διεισδύει με μεγάλη πίεση στις ρωγμές και η ροή του διευκολύνει τη δημιουργία ρεύματος ηλεκτρονίων. Σε κάθε περίπτωση, αυτά τα θετικά φορτισμένα και απελευθερωμένα ηλεκτρόνια, που οι Φρίντμαν ονομάζουν... «φόλες» (pholes), κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο εξαιρετικά χαμηλής συχνότητας, με μήκη κύματος περίπου 30.000 χιλιομέτρων, οπότε δεν αποσβέννυνται από το έδαφος. Αντίθετα, φθάνουν με ταχύτητα 300 μέτρων ανά δευτερόλεπτο στην επιφάνεια του εδάφους, ανεβαίνουν στην ατμόσφαιρα αυξάνοντας την αγωγιμότητά της και μετά ως την ιονόσφαιρα και την επηρεάζουν. Τώρα, όπως μαθαίνουν όλοι οι μαθητές της Α' γυμνασίου, «ιονόσφαιρα» ονομάζεται το εξώτερο στρώμα της ατμόσφαιρας που περιβάλλει τον πλανήτη μας - σε ύψος άνω των 80 χλμ. - και είναι φορτισμένη ηλεκτρικά επειδή δέχεται την επίδραση της ηλιακής και κοσμικής ακτινοβολίας. Αν τα ηλεκτρόνια των σεισμών όντως την επηρεάζουν, και μάλιστα σε βαθμό που να δημιουργεί σέλας, τότε σίγουρα η διαταραχή αυτή θα μπορεί να καταγραφεί.

Οι πατήρ και υιός Φρόιντ εξέτασαν 144 σεισμούς άνω των 6,0 ρίχτερ που έχουν σημειωθεί μεταξύ των ετών 1997 και 1999. Σύμφωνα με τα στοιχεία δορυφόρων, διακριτές ηλεκτρικές ανωμαλίες στην ιονόσφαιρα είχαν ανιχνευθεί ως έξι ημέρες πριν από σχεδόν όλους τους σεισμούς με εστιακό βάθος ως 35 χλμ. Το ίδιο φαινόμενο ανιχνεύθηκε και πάνω από την Κίνα λίγες ημέρες πριν από τον ολέθριο σεισμό των 7,8 βαθμών της κλίμακας Ρίχτερ. «Πιστεύω ότι θα μπορέσουμε να τεκμηριώσουμε μια ξεκάθαρη συσχέτιση ανάμεσα σε ορισμένους σεισμούς και σε συγκεκριμένα προσεισμικά σήματα» δήλωσε ο Μινόρου Φρόιντ στο BBC. Στα σχέδιά τους είναι η εκτόξευση τριών ειδικών δορυφόρων ανίχνευσης προσεισμικών διαταραχών της ιονόσφαιρας, ένα πρόγραμμα για το οποίο το Ερευνητικό Κέντρο AMES συνεργάζεται με το Ερευνητικό Κέντρο Διαστήματος και Τηλεανίχνευσης της Ταϊβάν και τη βρετανική εταιρεία δορυφορικής τεχνολογίας SSTL.

Η κληρονομιά του Τέσλα

Η θεωρία των Φρόιντ δεν είναι παρά ένα ακόμη παράγωγο των θεωριών του μεγαλοφυούς σέρβου εφευρέτη Νικόλα Τέσλα.

Ηταν ο πρώτος που είχε οραματιστεί τη Γη και την ιονόσφαιρα ως τους πόλους μια τεράστιας μπαταρίας που θα μπορούσε να τροφοδοτήσει με απεριόριστη ενέργεια τον άνθρωπο. Ο ίδιος πέθανε πάμπτωχος, στα χρόνια του Β' Παγκοσμίου Πολέμου, και οι σημειώσεις του κατασχέθηκαν από τις υπηρεσίες ασφαλείας των ΗΠΑ, αλλά οι ιδέες του δεν έμειναν ανεξερεύνητες από τους δύο μονομάχους της ψυχροπολεμικής εποχής. Είναι γνωστά - και έχουμε γράψει γι' αυτά - τα σενάρια συνωμοσίας γύρω από τον στρατιωτικό σταθμό πειραματισμού με την ιονόσφαιρα που έχουν οι ΗΠΑ στην Αλάσκα, το περιώνυμο HAARP.

Οπως και να 'χει, τη δεκαετία του 1960 οι σοβιετικοί επιστήμονες εντόπισαν για πρώτη φορά ανώμαλα φαινόμενα στην ιονόσφαιρα. Είτε όμως γιατί αυτά τα ευρήματα συνδέθηκαν με την «ουφολογία» είτε γιατί συσχετίστηκαν με τα αντίστοιχα πειράματα των Αμερικανών, έμειναν μακριά από την επίσημη επιστημονική διερεύνηση. Φθάσαμε στο 1979, οπότε οι Σοβιετικοί εκτόξευσαν τον δορυφόρο «Intercosmos-19» και τότε για πρώτη επίσης φορά κατέγραψαν έναν ασυνήθιστο θόρυβο χαμηλών συχνοτήτων κοντά στο επίκεντρο ενός σεισμού που εκδηλώθηκε ώρες αργότερα. Επακολούθησαν και άλλα τέτοια ευρήματα, καθώς και πρόγραμμα ερευνών ενός έτους στον διαστημικό σταθμό Μιρ, που κατέδειξαν ότι τέτοιες ιονοσφαιρικές διαταραχές σημειώνονταν κατά μέσον όρο πέντε ημέρες πριν από την εκδήλωση κύριου σεισμού. Βεβαίως, με την τεχνολογία εκείνης της εποχής η καταγραφή αυτή ήταν ιδιαίτερα πολύπλοκη εργασία και με αρκετά περιθώρια σφαλμάτων.

Το 2001 οι Ρώσοι σχεδίασαν το σύστημα Βουλκάν για την παρακολούθηση και πρόβλεψη φυσικών καταστροφών. Τον Δεκέμβριο εκείνου του έτους εκτόξευσαν τον δορυφόρο «COMPASS» (Complex Orbital Magneto-Plasma Autonomous Small Satellite), με όργανα που είχαν κατασκευαστεί από επιστήμονες και μηχανικούς της Ρωσίας, της Ελλάδας(!), της Ουγγαρίας, της Ουκρανίας και της Πολωνίας. Δυστυχώς τεχνικά προβλήματα διέκοψαν τα πειράματα. Η προσπάθεια συνεχίστηκε τα έτη 2002-2003 με τον δορυφόρο «Meteor-3Μ», που προέβλεψε 44 από 47 καταγεγραμμένους σεισμούς στη Γη! Τώρα τα πειράματα ετοιμάζονται να συνεχιστούν από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό μέσω του προγράμματος Uragan.

Εν τω μεταξύ και οι Αμερικανοί άρχισαν να βλέπουν τη σχέση ιονόσφαιρας - σεισμών μέσω των δορυφόρων τους ανίχνευσης υπέρυθρης ακτινοβολίας. Η πρώτη φορά ήταν στις 21 Ιανουαρίου 2001, όταν ο δορυφόρος «Terra Earth Observing System» της NASA κατέγραψε ένα θερμικό άλμα επτά ημέρες προτού εκδηλωθεί ο σεισμός των 7,7 ρίχτερ στο Γκουτζαράτ της Ινδίας. Οι επιστήμονες ερμήνευσαν την καταγραφή αυτή όχι ως πραγματική αύξηση της θερμοκρασίας αλλά ως υπεριώδη φωτοβολία που γεννήθηκε από τη συσσωμάτωση των σεισμογενών ηλεκτρονίων «pholes» με τα ηλεκτρόνια της ιονόσφαιρας.

Από τον Ιούνιο του 2004 τη σκυτάλη έχει πάρει μια πολυεθνική κοινοπραξία, με επικεφαλής το Εθνικό Κέντρο Διαστημικών Ερευνών της Γαλλίας, CNRES, με τον μόνο εξειδικευμένο και εν ενεργεία αυτή τη στιγμή δορυφόρο προσεισμικής ιοντοβολίας, τον «DEMETRA» (Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions). Παρά τις συχνές διακοπές λειτουργίας του, στα κατορθώματά του περιλαμβάνεται η κατά επτά ημέρες πρόβλεψη των σεισμών 7,1 ρίχτερ που σημειώθηκαν στη Ν. Ιαπωνία στις 29 Αυγούστου και στις 5 Σεπτεμβρίου 2004.

Ως επωδός, το 2006, δύο χρόνια προτού υποστεί τη νέα ανθρωποθυσία της στον Εγκέλαδο η πιο χτυπημένη από αυτόν χώρα του πλανήτη, η Κίνα ανακοίνωσε ότι ετοιμάζει δορυφόρο πρόβλεψης σεισμών με ανίχνευση των διαταραχών της ιονόσφαιρας.

Στα βήματα του VAN

Ο «εξ ανακλάσεως» εντοπισμός επερχόμενων σεισμών από τις παραμορφώσεις που προξενούν οι «φόλες» στο μπαλόνι της ιονόσφαιρας θα τελειοποιηθεί σίγουρα με τους αναμενόμενους νέους δορυφόρους. Ωστόσο σε χώρες με πολυσχιδή γεωγραφία -όπως η δική μας- ο από Διαστήματος εντοπισμός του επίκεντρου του σεισμού δεν είναι εύκολος. Για να έχουμε ακρίβεια εντοπισμού με ακτίνα 50 χιλιομέτρων, προεκτίμηση ισχύος του σεισμού και στενό χρονικό προσδιορισμό της εκδήλωσης του φαινομένου, θα ήταν καλύτερη η επιτόπια μέτρηση με αισθητήρες εδάφους. Δηλαδή... ένα τελειοποιημένο σύστημα VAN - ως τώρα έχει ποσοστό επιτυχούς πρόβλεψης 60% (σ.σ.: για μια κριτική παρουσίαση του VAN βλ. http: //yochi.iord.u-tokai.ac.jp/eprc/res/incede/incede2a.html στο Διαδίκτυο). Παρακάμπτοντας τη γνωστή διένεξη των ειδικών μας για την αξιοπιστία του συγκεκριμένου συστήματος, ας δούμε τι ανάλογο εφαρμόζεται αλλού.

Οπως προείπαμε, από τη σύνθλιψη των πετρωμάτων πριν από την εκδήλωση ενός σεισμού αλλοιώνεται η δομή των κρυστάλλων τους. Το 1989, στην περιοχή Λόμα Πριέτα του Σαν Φρανσίσκο, ο καθηγητής του Πανεπιστημίου Στάνφορντ Αντονι Φρέιζερ-Σμιθ (Anthony C. Fraser-Smith) μετρούσε στο μαγνητόμετρό του ένα μαγνητικό πεδίο πολύ χαμηλών συχνοτήτων (ULF), της τάξεως των 0,01-10 Hz. Ξαφνικά δύο εβδομάδες προτού σημειωθεί ο σεισμός των 7,1 ρίχτερ είδε τη μέτρηση των αισθητήρων του να κάνει άλμα στο 20πλάσιο του επιπέδου θορύβου αυτών των συχνοτήτων. Κι έπειτα, τρεις ώρες προτού εκδηλωθεί ο σεισμός με επίκεντρο 7 χλμ. μακριά, το σήμα πήδηξε στο 60πλάσιο του κανονικού!

Αυτές οι προσεισμικές διαταραχές του μαγνητικού πεδίου - συν εκείνες που είχαν μετρηθεί την προηγούμενη χρονιά, πριν από τον σεισμό των 6,9 ρίχτερ στο Σπιτάκ της Αρμενίας - οδήγησαν τον ερευνητή Τομ Μπλέιερ (Tom Bleier) στη δημιουργία ενός δικτύου επίγειων ανιχνευτών για τον Κόλπο του Σαν Φρανσίσκο. Από τις μετρήσεις του δικτύου, όπως και από εκείνες που έγιναν με αντίστοιχο σύστημα στην Ταϊβάν, πριν από τον εκεί σεισμό των 7,7 ρίχτερ της 21ης Σεπτεμβρίου 1999, βγήκε το συμπέρασμα ότι τις αιφνίδιες μαγνητικές διαταραχές προξενούσαν ηλεκτρικά ρεύματα έντασης 1 εκατομμυρίου - 100 εκατομμυρίων Αμπέρ. Το επόμενο βήμα της εταιρείας που έστησε ο Μπλέιερ για να εκμεταλλευθεί τα ευρήματά του, της QuakeFinder, ήταν ένα δίκτυο 25 ανιχνευτών στην έρημο Μοχάβι της Καλιφόρνιας, που μετρούν επίσης τις αλλαγές στην αγωγιμότητα της ατμόσφαιρας - τις ίδιες που προξενούν «σεισμικά φώτα στον ουρανό».

Την έλευση ενός μεγάλου σεισμού μπορούμε να την αντιληφθούμε και με ένα απλό όργανο, που βρίσκεται όλο και συχνότερα στα... ταμπλό των αυτοκινήτων μας: το GPS. Αυτός ο εντοπιστής θέσης μέσω σύνδεσης με το δορυφορικό σύστημα γεω-εντοπισμού μπορεί να καταμετρήσει όχι μόνο την κίνησή μας αλλά και εκείνη του εδάφους. Η Τοπογραφική Υπηρεσία της Ιαπωνίας χρησιμοποιεί ένα πανεθνικό δίκτυο 1.000 αισθητήρων GPS, ονόματι Geonet, για τη συλλογή των δεδομένων μετατόπισης του εδάφους. Τα σήματα που λαμβάνει έρχονται ανά 30 δευτερόλεπτα και υπολογίζει μετατοπίσεις μικρότερες και από 3 χιλιοστά του μέτρου. Το Geonet έδειξε από την αρχή τη χρησιμότητά του: ενώ η φυσιολογική μετατόπιση του υπεδάφους της πόλης Ναγκόγια είναι 3 εκατοστά ανά έτος προς τη Δύση, το 2001 άρχισε να κινείται με τον ίδιο ρυθμό προς... την Ανατολή. Αρα η αντίστροφη μέτρηση για τους σεισμούς που εκδηλώθηκαν το 2004 άρχιζε.

Τέλος μια είδηση που δημοσιεύθηκε στις 28 Μαΐου 2008 μας ενημέρωνε για ένα ακόμη σύστημα ανίχνευσης μετατοπίσεων: στο Σαν Ραφαέλ της Καλιφόρνιας, που βρίσκεται ανάμεσα στα τεκτονικά ρήγματα Χέιγουορντ και Αγίου Ανδρέα, οι επιστήμονες άνοιξαν με γεωτρύπανο λαγούμι βάθους 180 μέτρων. Εκεί τοποθέτησαν ένα «πιεσόμετρο της Γης», ένα «strainmeter» στα αγγλικά, που μπορεί να ανιχνεύσει μετατόπιση ενός εκατοστού και σε απόσταση 3.000 χιλιομέτρων μακριά. Μέσω αυτού θα καταγράφουν τον ρυθμό αύξησης των δυνάμεων σύνθλιψης των πετρωμάτων, ώστε να γνωρίζουν πότε θα φθάσει η αναμενόμενη «φοβερή στιγμή» για την Καλιφόρνια. Σημειωτέον ότι όλες οι σεισμολογικές μελέτες των αρχών του νέου αιώνα έχουν «υποσχεθεί» στην περιοχή αυτή έναν σεισμό 6,7 ρίχτερ για την τρέχουσα 30ετία. Συνολικά θα εγκατασταθούν 80 τέτοιοι ανιχνευτές - κόστους 300.000 δολαρίων έκαστος - από τη Νότια Καλιφόρνια ως το Βανκούβερ.

Πόρισμα; Ο συνδυασμός δορυφορικής και επίγειας μέτρησης θα μας δίνει διασταυρούμενες και αλληλοσυμπληρούμενες προβλέψεις, άρα και αξιόπιστες. Οι επιστήμονες αισιοδοξούν ότι τέτοια συνδυαστικά συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης θα είναι έτοιμα να δοθούν προς χρήση στις πιο σεισμοπαθείς χώρες ως το 2015. Ως τότε... κρατηθείτε!

Του Τάσου Καφαντάρη από το "ΒΗΜΑScience" ένθετο στο ΒΗΜΑ της Κυριακής, 15 Ιουνίου 2008

Ο τρελός χορός των ρίχτερ

Κάθε φορά που γίνεται λόγος για κάποιον σεισμό, ακούγεται το όνομα του Ρίχτερ. Ποιος ήταν ο επιστήμονας αυτός και πώς πάντρεψε τη φυσική με τα μαθηματικά για να υπολογίσει το μέγεθος μιας σεισμικής δόνησης.

Μιλώντας για σεισμούς, μάθαμε να ξεκινούμε από το μέγεθός τους. Αυτοί που τρομάζουν την ανθρωπότητα είναι πάνω από 7, ένας κάποτε έφθασε στο 9,5 και δεν υπάρχει δυστυχώς όριο προς τα επάνω. Δίπλα από το νούμερο ακολουθεί ένα όνομα, Ρίχτερ. Αυτού που θεωρείται ο εφευρέτης μιας τέτοιας σεισμικής βαθμολόγησης.

Κατεβαίνοντας την κλίμακα

Το να καθαρίσεις και να τακτοποιήσεις το γραφείου του δασκάλου σου λίγες ημέρες μετά τον θάνατό του είναι ένα θλιβερό καθήκον, που φέρνει περίσσεια κούραση αλλά κρύβει και εκπλήξεις. Οι βοηθοί του Καρλ Ρίχτερ, του διάσημου σεισμολόγου που γεννήθηκε το 1900 και πέθανε το 1985, πέρα από τα αμέτρητα γράμματα που βρήκαν στο γραφείο του στο παγκοσμίου κύρους Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Caltech, βρήκαν και κούτες ολόκληρες με περιοδικά επιστημονικής φαντασίας και ένα πλήρες ημερολόγιο παρακολούθησης και παρατηρήσεων σχετικών με τα επεισόδια της σειράς Σταρ Τρεκ. Ο Ρίχτερ είχε από μικρός πάθος με την Αστρονομία και τη Φυσική γενικότερα. Ωστόσο η αγάπη του για την Καλιφόρνια, τη μητέρα του και (μέχρι παρεξηγήσεως) με την αδελφή του τον έκαναν να δεχτεί το 1927 την πρόταση του ανθρώπου που ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο, του διάσημου Robert Millikan, για μια θέση βοηθού στη Σεισμολογία σε ένα νέο πανεπιστημιακό εργαστήριο της καλιφορνέζικης πανεπιστημιούπολης της Πασαντίνα.

Από τότε εργάστηκε με πάθος αλλά και συνέπεια επάνω στο θέμα των σεισμών ενώ έζησε μια ταραγμένη ζωή με στείρους έρωτες και βασανισμένος από ψυχικές διαταραχές. Ηταν ο άνθρωπος που δεκαετίες πριν από την επιβεβαίωσή της είχε την άποψη ότι οι μικροί πρόδρομοι σεισμοί δεν συμβάλλουν στην εκτόνωση ενός μεγάλου σεισμού αλλά απλά είναι συμπτώματα που δείχνουν τη συσσώρευση επικίνδυνων τάσεων ενώ ως τα γεράματά του, παρ' όλο που εξελίχθηκε σε tv-persona γιατί εξηγούσε πολύ κατανοητά τα σεισμικά φαινόμενα, επέμενε να λέει ότι η πρόβλεψη των σεισμών ήταν «μπίζνα μόνο για τσαρλατάνους» και αυτό ενοχλούσε. Αρνιόταν να αποσπάσει κονδύλια για τέτοιες ιστορίες και κυρίως για να κάνει, όπως πολλοί άλλοι συνάδελφοί του, πλουσιοπάροχα αμειβόμενες σεισμολογικές «έρευνες» για να αποκαλύπτονται οι υπόγειες δοκιμές πυρηνικών εκρήξεων σχετικών με βόμβες (των εχθρών των Αμερικανών, εννοείται).

Εργάστηκε εντατικά στο να δημιουργήσει μια κλίμακα αξιολόγησης των σεισμικών φαινομένων και κατάφερε χωρίς να το επιδιώξει να αποκτήσει παγκόσμια χρήση η κλίμακα με το όνομά του, αν και τον κατηγόρησαν ότι έπρεπε να έχει και το όνομα του Beno Gutenberg, ενός ευρωπαίου συνεργάτη του. Ο Ρίχτερ ήταν που σκέφτηκε να επινοήσει μια κατάταξη των σεισμών σε μεγέθη, όπως γίνεται και με τους αστέρες, μόνο που θα ήταν ανάποδα. Ενώ τα λαμπρότερα αστέρια παίρνουν από τους αστρονόμους μικρότερα νούμερα για το μέγεθος, στην κλίμακα Ρίχτερ τα μεγάλα νούμερα θα αντιστοιχούσαν σε μεγάλης ενέργειας σεισμούς. Η απόσταση όμως από τα μικρότερα, σχεδόν ανεπαίσθητα σεισμικά φαινόμενα ως τα μεγαλύτερα ήταν χαώδης. Και εδώ ήταν η μεγάλη συνεισφορά του Gutenberg που έδωσε την ιδέα η κλίμακα να είναι λογαριθμική. Τι σήμαινε αυτό; Σε ένα διάγραμμα έπρεπε πρώτα να μπορούν να δαμαστούν τα μεγέθη που παρουσιάζονταν για να μπουν μετά σε σειρά μεγέθους - και η λογαριθμική κλίμακα συρρικνώνει τα μεγέθη. Σχηματικά θα λέγαμε ότι ο δεκαδικός λογάριθμος δείχνει πόσες φορές περίπου το 10 μπορεί να πολλαπλασιαστεί με το δέκα χωρίς να ξεπεράσει τον αριθμό αυτόν. Γι' αυτό ο λογάριθμος του 10 είναι το 1, του 100 (10Χ10) το 2, του 1.000 (10Χ10Χ10) το 3 και του 500, που είναι μεταξύ 100 και 1.000, ο λογάριθμος θα είναι μεταξύ 2 και 3. Σε έναν σεισμό από το ένα μέγεθος στο επόμενο η ενέργεια αυξάνεται περίπου κατά 30 φορές αλλά στη λογαριθμική κλίμακα έχουν ίσες αποστάσεις.

Η φυσική των σεισμών

Εχουμε συνηθίσει στην περίπτωση των σεισμών να «συναλλασσόμαστε» με κάτι που ονομάζουμε μέγεθος. Σε μια κλίμακα που παρ' όλο που φέρει το όνομα ενός προσώπου παραμένει απρόσωπη για τους περισσότερους. Και χωρίς πολλές φορές να έχουμε πέρα από έναν σκέτο αριθμό κάποια αίσθηση για το τι αντιπροσωπεύει. Οταν κατασκευάστηκαν τα πρώτα σεισμόμετρα αποτελούνταν από τεράστιες αιωρούμενες μάζες που ήταν συνδεδεμένες με μια ακίδα καταγραφικού οργάνου. Η ακίδα ήταν ρυθμισμένη προσεκτικά και άφηνε επάνω σε μαύρο χαρτί με επίστρωμα άνθρακα ένα κυματοειδές λευκό ίχνος από τις εξαιτίας του σεισμού δονήσεις της τεράστιας μάζας του οργάνου.

Οταν κάπου στο εσωτερικό της Γης συμβαίνει ένας σεισμός, για παράδειγμα δυο τεράστιες πέτρινες πλάκες τρίβονται η μία επάνω στην άλλη, λόγω των τρομακτικών πιέσεων εκεί κάτω έχουμε έκλυση ενέργειας και το γεγονός αυτό γίνεται αισθητό με τη μορφή κυμάτων. Οι μηχανικές ιδιότητες των βράχων επιτρέπουν στην ενέργεια να φθάσει ως το σημείο όπου μετριέται το συμβάν με δύο είδη κυμάτων. Αυτά που προκύπτουν από τη διαδοχική συμπίεση και αποσυμπίεση των βράχων που μεσολαβούν ως εμάς κινούνται κυρίως στην επιφάνεια παράλληλα με τη διεύθυνση διάδοσης και ονομάζονται p-κύματα ενώ υπάρχουν και τα s- που αντιστοιχούν σε δονήσεις κάθετες προς τη διεύθυνση διάδοσης, άρα είναι κάθετα και στα p-. Τα πρώτα έχουν ταχύτητες μεταξύ 1,5 και 8 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και τα δεύτερα είναι πιο αργά κατά 60%-70%. Μετρώντας τη διαφορά στον χρόνο άφιξης των δύο αυτών οικογενειών κυμάτων που ξεπήδησαν από τον ίδιο σεισμό και πολλαπλασιάζοντας επί μια ταχύτητα 8 χιλιομέτρων την ώρα οι ειδικοί βρίσκουν σε ποια ακτίνα από τον σταθμό παρατήρησης μπορεί να βρίσκεται η εστία του σεισμού. Αν διασταυρωθούν οι παρατηρήσεις από τρεις τουλάχιστον σταθμούς και σχηματιστούν επάνω σε έναν χάρτη οι αντίστοιχοι κύκλοι, αυτοί θα τέμνονται και οι τρεις στην επιφάνεια της Γης, στο επίμαχο σημείο, στο λεγόμενο επίκεντρο. Εκεί από κάτω, σε κάποιο βάθος, είναι η εστία του... δράματος.

Και τα μαθηματικά...

Μετρώντας το πλάτος Α των κυμάτων s- και τη διαφορά Δt στον χρόνο άφιξης των s- και p- υπάρχει ένας τύπος σχετικά απλός που οδήγησε τον Ρίχτερ στο μέγεθος Μ ενός σεισμού: Μ= logA(σε χιλιοστά) + 3log[8Δt(σε δευτερόλεπτα)] - 2.92. Ωστόσο τα πράγματα προχώρησαν ακόμη περισσότερο. Από το Μέγεθος Μ μπορούμε να πάρουμε και μια αμυδρή ιδέα για το πόση ενέργεια Ε μεταφέρθηκε με τη μορφή κυμάτων με τον απλό τύπο: LogE = 11.5 + 1.5Μ

Στους σεισμολόγους σήμερα είναι αρκετά χρήσιμο να έχουν μια εκτίμηση για τον σεισμό που προκαλείται από τη μετακίνηση δύο πλακών καθώς αυτές ολισθαίνουν η μία με την άλλη στα έγκατα της Γης. Γι' αυτό ορίζουν κάτι που το ονομάζουν Μέγεθος Ροπής και μπορεί βέβαια να βρεθεί αν ξέρουμε την ακαμψία των εμπλεκόμενων πετρωμάτων, την επιφάνεια τριβής των πλακών μεταξύ τους και πόσο ήταν το μήκος της ολίσθησης. Και επειδή τα προηγούμενα μοιάζουν απλησίαστα ως δεδομένα, αξίζει να προσθέσουμε ότι όλα τελειώνουν παρ' όλα αυτά αρμονικά κλείνοντας έναν ωραίο κύκλο. Διότι υπάρχει η απλούστατη σχέση για τη σύνδεση αυτής της ροπής με την ενέργεια: Πολλαπλασιάζεις επί 20.000 την ενέργεια Ε των κυμάτων που βρήκαμε πριν με τη βοήθεια του Μεγέθους Μ, που το βρήκαμε με τη βοήθεια των κυμάτων p- και s-, όπως τα κατέγραψαν οι σεισμογράφοι ή όπως τα έδωσαν οι υπολογιστές πλέον και έχεις και το πολυπόθητο για τους σεισμολόγους νέο αυτό μέγεθος της ροπής.

Γνωρίζουμε πλέον ότι αυτή η ενέργεια είναι ένα πολύ μικρό κλάσμα της ενέργειας που εμφανίζεται στην περιοχή του σεισμού. Και πάλι όμως είναι ένα μεγάλο επίτευγμα του ανθρώπινου μυαλού όλες αυτές οι σχέσεις των φυσικών μεγεθών ώστε να μπορεί να γίνεται μια εκτίμηση για κάποιο γεγονός που κάποτε το έντυνε με μυθικές αφηγήσεις για να μπορέσει να το εντάξει στη ζωή του.

Του Άλκη Γαλδαλά από το "ΒΗΜΑScience" ένθετο στο ΒΗΜΑ της Κυριακής, 15 Ιουνίου 2008