Σεισμοί, Τσουνάμι και Ηφαίστεια.

 ΣΕΙΣΜΟΣ

Οι σεισμοί είναι από τα πλέον τρομακτικά φυσικά φαινόμενα, και εξακολουθούν να παραμένουν εξίσου καταστρεπτικά από την αρχαιότητα.

Οι αρχαίοι, το μόνο που μπορούσαν να κάνουν είναι να «εφεύρουν» δύο θεούς, τον Εγκέλαδο και τον Ήφαιστο (για την ακρίβεια ο πρώτος ήταν Τιτάνας), ώστε να τους επικαλούνται για την προστασία τους.

Σήμερα γνωρίζουμε πολύ περισσότερα, και παρόλο που δεν μπορούμε να αποφύγουμε τη δημιουργία σεισμών και ηφαιστειακών εκρήξεων, μπορούμε να προστατευθούμε καλύτερα και κυρίως να έχουμε έγκαιρη (αν και ακόμα όχι απόλυτα αξιόπιστη), προειδοποίηση.

Εξάλλου, τόσο οι σεισμοί και ακόμα περισσότερο οι ηφαιστειακές εκρήξεις λειτουργούν και σαν «ανακουφιστικές βαλβίδες» ώστε να εκτονώνεται η εσωτερική πίεση της Γης, και μάλλον προστατεύουν τον πλανήτη καθώς ουσιαστικά συνεχίζεται η γεωλογική του εξέλιξη, εδώ και 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια.

 Ο πιο συνηθισμένος λόγος της δημιουργίας των ισχυρών σεισμών είναι η τριβή μεταξύ των λιθοσφαιρικών πλακών, καθώς η μια εισχωρεί κάτω από την άλλη.

Ο στερεός φλοιός της Γης χωρίζεται σε έξη κύριες λιθοσφαιρικές πλάκες, που ουσιαστικά επιπλέουν πάνω στο ημίρρευστο εσωτερικό της.

Οι πλάκες δεν ολισθαίνουν όμως ομαλά, καθώς οι επιφάνειες επαφής τους έχουν φυσικές ανωμαλίες, με αποτέλεσμα να μένουν (σχετικά) ακίνητες για κάποιο διάστημα και όταν οι δυνάμεις αυξηθούν αρκετά, να μετακινούνται με ένα απότομο «σκορτσάρισμα», που είναι ο σεισμός. Στην εικόνα φαίνεται και η στενή σχέση που έχουν τα ηφαίστεια με τους σεισμούς, καθώς τα πρώτα δημιουργούνται κατά κύριο λόγο κατά μήκος των γραμμών επαφής των τεκτονικών πλακών (αριστερά στην εικόνα).

 Στην εικόνα φαίνονται οι βασικοί τύποι μετακινήσεις των πλακών, που δίνουν σεισμούς. Ο πρώτος τύπος απαντάται κυρίως στον πυθμένα του Ατλαντικού ωκεανού, με αποτέλεσμα να υπάρχει (και να μεγαλώνει) μια υποθαλάσσια οροσειρά από βορά προς νότο (η μακρύτερη στη Γη), που απομακρύνει την αμερικανική ήπειρο από την ευρω-αφρικανική.
Η δράση όμως των πλακών και των ηφαιστείων που κατά συνέπεια δημιουργούνται, έχει και έναν πολύ θετικό ρόλο στη διατήρηση της ζωής στη Γη, καθώς έτσι ελέγχεται ο κύκλος του Διοξειδίου του Άνθρακα, που λειτουργεί σαν θερμοστάτης για το γήινο κλίμα.

Στην επάνω εικόνα φαίνονται οι τεκτονικές (λιθοσφαιρικές) πλάκες της Γης, που στα όριά τους βρίσκονται τόσο οι περιοχές των μεγάλων σεισμών, όσο και οι ζώνες των ηφαιστείων. Οι κύριες πλάκες είναι επτά και το πάχος τους είναι κατά μέσο όρο 100 km. Χαρακτηριστική είναι ζώνη ηφαιστείων γύρω από το μεγαλύτερο μέρος του Ειρηνικού ωκεανού, που ονομάζεται «δακτυλίδι της φωτιάς» και φαίνεται ακόμα καλύτερα στην παρακάτω εικόνα.

Σήμερα, οι προσπάθειες να προστατευθούμε από τα αποτελέσματα των σεισμών, έχουν δύο συνιστώσες:

-          Να κτίσουμε ανθεκτικότερες κατασκευές, λαμβάνοντας υπόψη τη σεισμικότητα της περιοχής (γεωλογία, ιστορία κλπ) και εκτιμώντας την πιθανότητα και την ισχύ ενός σεισμού (πρόγνωση - forecasting).

-          Να υπάρχει όσο το δυνατόν πιο έγκαιρη προειδοποίηση για επικείμενο σεισμό, ώστε ο πληθυσμός να λάβει τα μέτρα του (πρόβλεψη - predicting).

Ως προς το πρώτο σκέλος τα πάμε αρκετά καλά, επειδή υπάρχει πλήρης χαρτογράφηση των τεκτονικών πλακών και της σεισμικότητας όλης της Γης, και οι κατασκευαστικές μέθοδοι και τα υλικά έχουν εξελιχθεί κατά πολύ (αρκεί βέβαια να τηρούνται οι κανονισμοί).

Ως προς το δεύτερο σκέλος όμως, δεν φαίνεται να έχουν γίνει ουσιαστικά βήματα, παρότι έχουν δοκιμαστεί πολλές μέθοδοι, κάποιες μάλιστα και από πρωτοπόρους Έλληνες επιστήμονες.

Η πρόβλεψη των σεισμών έχει ακόμα σημαντικό ποσοστό αβεβαιότητας, σε σχέση με τον τόπο, μέγεθος και χρόνο που θα συμβεί ένας σεισμός, ώστε ακόμα και οι πολύ παλιές μέθοδοι να παραμένουν σε χρήση, όπως αλλαγή στη συμπεριφορά των ζώων, λάμψεις στον ορίζοντα, απότομες μεταβολές στη στάθμη πηγαδιών, μαζί με νεότερες όπως ανάπτυξη ηλεκτρικών τάσεων σε πετρώματα και αύξηση της έκλυσης ραδονίου από το έδαφος.
Αλλά προφανώς οι επιστήμονες είναι διστακτικοί στο να κάνουν προβλέψεις που πιθανότατα θα αναστατώσουν τον πληθυσμό, χωρίς κάποιο σημαντικό ποσοστό βεβαιότητας. 

Παρένθεση: Στις αρχές της δεκαετίας του 2020, προβλέπεται από το πρόγραμμα ICARUS η τοποθέτηση μικροσκοπικών πομπών GPS σε χιλιάδες άγρια ζώα, που θα στέλνουν δεδομένα στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό για να παρακολουθούνται οι μαζικές μετακινήσεις τους. Μεταξύ άλλων στοιχείων χρήσιμων στη ζωολογία, αναμένεται ότι ενδεχόμενη "περίεργη" συμπεριφορά των ζώων σε ορισμένες συνθήκες, θα μπορεί να αξιοποιηθεί και για την πρόβλεψη τοπικών σεισμών. 

Πιο πρόσφατα, στα μέσα του 2023, ανακοινώθηκε ότι φαίνεται να υπάρχει ανιχνεύσιμη κίνηση των τεκτονικών πλακών μέσω σημάτων GPS, 2 περίπου ώρες πριν από έναν σημαντικό σεισμό, κάτι θα αποτελούσε μια καίρια εξέλιξη στην πρόγνωσή τους.

Η αιχμή της σεισμολογίας σήμερα βρίσκεται στην Ιαπωνία, καθώς είναι η πιο σεισμογόνος* χώρα του κόσμου, αλλά και η χώρα μας δεν υπολείπεται, καθώς είναι έκτη στην παγκόσμια σεισμικότητα.

Ένα φαινόμενο που έχει παρατηρηθεί κατά τη διάρκεια ή και λίγο πριν την εκδήλωση κάποιων σεισμών είναι γαλαζο-πράσινες λάμψεις στον ουρανό, που σαφώς δεν είναι αστραπές ή κεραυνοί. Αν και κατά τη διάρκεια των σεισμών συμβαίνουν αναπόφευκτα βραχυκυκλώματα σε γυμνούς εναέριους αγωγούς υψηλής τάσης (και επίσης πυρκαγιές και εκρήξεις από διάρρηξη αγωγών φυσικού αερίου), η αιτία για λάμψεις πριν την εκδήλωση του σεισμού σαφώς δεν μπορεί να είναι τα βραχυκυκλώματα.

Έχουν προταθεί διάφορες εξηγήσεις, που οι περισσότερες συνδέουν τις λάμψεις αυτές με υψηλή τάση που αναπτύσσεται πιεζοηλεκτρικά στα πετρώματα εξαιτίας των συσσωρευμένων τάσεων πριν τον σεισμό, αλλά ακόμα (αρχές 2023) δεν έχει υπάρξει μια κοινά αποδεκτή θεωρία.

* "Σεισμογόνος" είναι η περιοχή που δημιουργεί σεισμούς. "Σεισμογενής" είναι η περιοχή που έχει δημιουργηθεί από σεισμούς.

Απεικόνιση των σημαντικότερων σεισμών παγκόσμια, για την περίοδο από 1^η Ιανουαρίου μέχρι 30 Απριλίου 2014. Το μέγεθός τους αντιστοιχεί στη διάμετρο του κύκλου, ενώ το βάθος τους στη χρωματική κλίμακα που φαίνεται στο κάτω μέρος της εικόνας.

Το υποθαλάσσιο ρήγμα-οροσειρά από βορά μέχρι νότο μεταξύ της αμερικανικής και της ευρω-αφρικανικής ηπείρου που γεμίζει συνεχώς με μάγμα, με αποτέλεσμα στο σημείο εκείνο να ανυψώνεται ο πυθμένας, ενώ οι ήπειροι να απομακρύνονται με ρυθμό μερικών εκατοστών το έτος. Προσέξτε πώς ταιριάζει η ανατολική ακτογραμμή της αμερικανικής ηπείρου με την δυτική ακτογραμμή της ευρω-αφρικανικής, που είναι ενδεικτική της αρχικής εγγύτητάς τους.

Μια τομή του εδάφους (εικόνα επάνω), από το κέντρο (Focus) ενός σεισμού, ο οποίος προκλήθηκε από κάποια μετατόπιση στο επίπεδο ενός τεκτονικού σφάλματος, δηλαδή μιας βαθιάς ρωγμής στο υπέδαφος (μωβ γραμμή). Στην ίδια κατακόρυφο, το σημείο στην επιφάνεια του εδάφους ονομάζεται επίκεντρο. Ο σεισμός δημιουργεί δύο είδη κυμάτων δόνησης του εδάφους: Τα πρωτεύοντα κύματα Ρ (κόκκινα στην εικόνα) που ταλαντώνουν το έδαφος κατακόρυφα και ταξιδεύουν με περίπου 6 km/s, και τα δευτερεύοντα κύματα S (άσπρα στην εικόνα), που κινούν το έδαφος εγκάρσια, ταξιδεύουν με τη μισή ταχύτητα των κυμάτων P  και προκαλούν τις μεγαλύτερες καταπονήσεις και καταστροφές στις κατασκευές.

Τα Ρ κύματα αξιοποιεί και το σύστημα ShakeAlert (εικόνα κάτω) που εφαρμόζεται στη Δυτική Ακτή τω ΗΠΑ, ώστε με ταχύτατη επεξεργασία των σημάτων που λαμβάνονται από πολλαπλούς αισθητήρες στο έδαφος και εφόσον ο σεισμός κριθεί επικίνδυνος από τον κεντρικό αλγόριθμο, στέλνεται αυτόματα σχετικό μήνυμα στα τηλέφωνα των κατοίκων της ευρύτερης περιοχής. Προφανώς, εφόσον το επίκεντρο του σεισμού είναι πολύ κοντά ο χρόνος προειδοποίησης θα είναι ανεπαρκής, όμως σε άλλες περιπτώσεις χρόνοι των 30-60 δευτερολέπτων μπορούν να επιτρέψουν τη λήψη μέτρων προφύλαξης.

 Εγκάρσια (επάνω) και κατακόρυφη (κάτω) μετατόπιση του εδάφους, σαν αποτέλεσμα σεισμικής δραστηριότητας

 

Στην πρώτη σελίδα του «Γεωδυναμικού Ινστιτούτου Αθηνών» στο ίντερνετ, μπορεί να έχει κανείς άμεση ενημέρωση για κάθε νέο σεισμό, καθώς και για τους αμέσως προηγούμενους.

Θα διαπιστώσει με έκπληξη ότι σεισμοί γίνονται συνεχώς, αλλά το μικρό τους μέγεθος (που σημειώνεται δεξιά στη στήλη) δεν τους κάνει αισθητούς, παρά μόνο στα ειδικά όργανα.

Παραστατική απεικόνιση της «κλίμακας Ρίχτερ» (εικόνα επάνω), με τα αποτελέσματα ενός σεισμού. Επειδή η κλίμακα δεν είναι αναλογική αλλά λογαριθμική, η εκλυόμενη ενέργεια αυξάνεται δραματικά καθώς τα νούμερα ανεβαίνουν (εικόνα κάτω).

Η σωστή ενημέρωση και η ψύχραιμη συμπεριφορά κατά τη διάρκεια του σεισμού, είναι η καλύτερη προστασία μας από τον Εγκέλαδο.

Μία πιθανή επίπτωση των σεισμών είναι και η «υγροποίηση του εδάφους». Αυτό συμβαίνει σε εδάφη όπως της εικόνας, όπου ένα στρώμα ιζήματος «κάθεται» πάνω σε υγρό αμμώδες υπέδαφος. Η κίνηση του εδάφους σε συνδυασμό με το υπερκείμενο βάρος, κάνει τους κόκκους της άμμου να πλησιάσουν μεταξύ τους κλείνοντας τα κενά, και σπρώχνοντας ένα υδαρές «ζουμί» από λεπτή άμμο και νερό, μέσα από τα χαλαρά ιζηματογενή στρώματα προς την επιφάνεια, προκαλώντας καθιζήσεις και παγίδες όπως η «κινούμενη άμμος».

ΤΣΟΥΝΑΜΙ

Μία ειδική περίπτωση σεισμού, είναι οι υποθαλάσσιοι σεισμοί.

Εάν ο σεισμός συμβεί κοντά στη θάλασσα ή και υποθαλάσσια, ΧΩΡΙΣ όμως αλλαγή της μορφολογίας του πυθμένα, οι επιπτώσεις του σεισμού είναι συνήθως μικρότερες, καθώς η ελεύθερη επιφάνεια μεγάλης μάζας νερού δουλεύει σαν φυσικό «αμορτισέρ» των δονήσεων.

Αν όμως ο σεισμός έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή της μορφολογίας του πυθμένα, δηλαδή την ανύψωση ή καταβύθιση τμήματός του, τότε δημιουργείται το γνωστό και καταστρεπτικό τσουνάμι, που τις επιπτώσεις του τις είδαμε την τελευταία δεκαετία, και πιθανότητα ήταν και η αιτία της καταστροφής του Μινωικού πολιτισμού (από την κατάρρευση του ηφαιστείου της Σαντορίνης).

Πώς δημιουργείται το τσουνάμι, όταν υπάρχει κατακόρυφη κίνηση του πυθμένα. Στην ανοιχτή θάλασσα η ανύψωση του νερού μπορεί να είναι ανεπαίσθητη, αλλά καθώς πλησιάζει στην ακτή, όπως και κάθε κύμα, επιβραδύνεται και αποκτά ύψος.

Σε αντίθεση όμως με τα κοινά κύματα, που μπορεί να είναι ψηλά αλλά σύντομα ακολουθούνται από κοίλωμα νερού, ένα κύμα από τσουνάμι έχει πολύ μεγάλο μήκος (διάρκεια) και προχωράει για εκατοντάδες μέτρα (ανάλογα με τη διαμόρφωση της ακτής), πλημμυρίζοντας και παρασέρνοντας τα πάντα στη διαδρομή του.

Συχνά (ανάλογα με το είδος της μετατόπισης του πυθμένα), πριν από το κύμα του τσουνάμι προηγείται ένα «αρνητικό» κύμα, που αποκαλύπτει μεγάλο μέρος της ακτής, σαν μια ξαφνική και έντονη άμπωτη. Ένα τέτοιο φαινόμενο είναι πιθανότατα προάγγελος τσουνάμι, και θα πρέπει να απομακρυνθούμε αμέσως από την ακτή και σε αρκετά ψηλότερο σημείο.

Όλα τα κύματα καθώς πλησιάζουν στην ακτή επιβραδύνονται, και η κινητική τους ενέργεια μετατρέπεται σε δυναμική, δηλαδή σε ύψος.

Ειδικές συσκευές έχουν ποντιστεί τα τελευταία χρόνια κοντά σε περιοχές που είναι πιθανόν να δεχτούν τσουνάμι. Ο υποθαλάσσιος αισθητήρας είναι πολύ ευαίσθητος σε μεταβολές της πίεσης του νερού, οπότε ακόμα και μια μικρή αύξηση της στάθμης της θάλασσας (εφόσον έχει αρκετή διάρκεια) ερμηνεύεται σαν τσουνάμι, και μέσω των συσκευών στον πλωτήρα στέλνεται σε δορυφόρο για τα περαιτέρω. Οι σημαδούρες αυτές όμως πρέπει να βρίσκονται στην ανοιχτή θάλασσα, ώστε να μεσολαβεί αρκετός χρόνος προειδοποίησης, πριν το τσουνάμι φτάσει στις ακτές, δεδομένου ότι η ταχύτητα διάδοσής του φθάνει τα 800 km/h.

ΗΦΑΙΣΤΕΙΑ

Τα ηφαίστεια είναι ένα μεγαλειώδες και μαγευτικό θέαμα τη νύχτα, αρκεί να βρίσκεται κάποιος σε ασφαλή απόσταση!

Στη Γη υπάρχουν συνολικά πάνω από 1000 ενεργά ή πιθανώς ενεργά ηφαίστεια, που συνήθως βρίσκονται στα όρια των μεγάλων τεκτονικών πλακών της Γης.

Ενεργό θεωρείται ένα ηφαίστειο που έχει εκραγεί μέσα στους ιστορικούς χρόνους, ενώ πιθανώς ενεργό όταν δεν έχει εκραγεί, αλλά παρουσιάζει κάποια μικρή έστω δραστηριότητα (μικροσεισμούς, καπνούς, αναθυμιάσεις κλπ) που δείχνει ότι δεν μπορεί να θεωρηθεί οριστικά σβησμένο.

Τομή τυπικού ηφαιστείου. Φαίνονται οι θύλακες του μάγματος που πιέζεται προς την επιφάνεια και χύνεται από τον κρατήρα σαν λάβα. Σχεδόν όλα τα ηφαίστεια ξεκίνησαν σε πεδινό έδαφος, ενώ το βουνό σχηματίστηκε προοδευτικά από στερεοποιημένη λάβα παλαιότερων εκρήξεων.

Οι κίνδυνοι από την έκρηξη ενός ηφαιστείου είναι οι παρακάτω:

-     Άμεσος, από την «πυροκλαστική ροή». Πρόκειται για θερμά αέρια που εκτοξεύονται (σε ορισμένες συνθήκες) κατά την αρχική έκρηξη, με μεγάλη ταχύτητα (700 km/h) και θερμοκρασία (πάνω από 600 C), και προφανώς είναι πολύ επικίνδυνα για καταστροφές κτηρίων, σοβαρά εγκαύματα και την αναπνοή.

-    Άμεσος, από τη ροή της λάβας, που με θερμοκρασία περίπου 1000 C κατακαίει τα πάντα στο πέρασμά της.

Η επίδραση όμως της λάβας περιορίζεται σε μία σχετικά μικρή περιοχή γύρω από το ηφαίστειο.

-    Άμεσος, από τη στάχτη (τέφρα) που κατακάθεται στη γύρω περιοχή και δυσκολεύει τη διαφυγή των κατοίκων (εφόσον υπάρχουν) και την κίνηση των οχημάτων, ενώ καταστρέφει οικισμούς καθώς και τη χλωρίδα και την πανίδα σε αρκετά μεγάλη απόσταση.

-    Άμεσος, στην περίπτωση που το ηφαίστειο είναι κοντά σε θάλασσα και καταρρεύσει μεγάλο μέρος του μέσα στο νερό, οπότε υπάρχει ο κίνδυνος να δημιουργηθεί τσουνάμι.

-       Έμμεσος, από το νέφος της σκόνης που μπορεί να εξαπλωθεί με τον αέρα σε πολύ μακρινές αποστάσεις και αποτελεί κίνδυνο για τα αεροπλάνα, ακόμα και αρκετές ημέρες μετά την έκρηξη του ηφαιστείου (όπως έγινε το 2010 με την έκρηξη του ισλανδικού ηφαιστείου Eyja).

Το θετικό όμως με τα ηφαίστεια (σε σχέση με τους σεισμούς) είναι, ότι αν και δίνουν και αυτά σεισμούς, είναι συνήθως πολύ μικρότεροι από τους σεισμούς των τεκτονικών πλακών, και επίσης οι εκρήξεις τους μπορούν να προβλεφθούν με αρκετά καλή ακρίβεια, καθώς «προειδοποιούν» με μικροσεισμούς, έκλυση αερίων και συχνά «φούσκωμα» των πλευρών του ηφαιστείου.

Το φούσκωμα αυτό (πρόκειται συνήθως για μερικά εκατοστά) ανιχνεύεται σήμερα με μεγάλη ακρίβεια και η πληροφορία αυτή μαζί με τις παραμέτρους που αναφέρθηκαν προηγουμένως, στέλνονται σε «πραγματικό χρόνο» στα ειδικά ινστιτούτα για αξιολόγηση.

Ηφαιστειακή τέφρα. Πολύ λεπτή αλλά και με «άγριους» κόκκους, προκαλεί μεγάλη ζημιά σε ανθρώπους και μηχανήματα.

Η τριβή των κόκκων της τέφρας μεταξύ τους και με τον αέρα τις φορτίζει ηλεκτρικά, με αποτέλεσμα μέσα στο ηφαιστειακό σύννεφο να ξεσπούν συχνά αστραπές και κεραυνοί.

 

Οι ηφαιστειολόγοι για να μελετήσουν από κοντά τα ηφαίστεια πρέπει να φορέσουν ειδικές πυράντοχες στολές και να διακινδυνεύσουν κοντά στη λάβα χρησιμοποιώντας μεθόδους αναρρίχησης. Προσέξτε τη φιάλη με τον αέρα στην πλάτη, καθώς το άμεσο περιβάλλον του κρατήρα περιέχει δηλητηριώδεις αναθυμιάσεις.

 

Αν ένα αεροπλάνο πετάξει μέσα από ηφαιστειακή τέφρα κατά λάθος, η τριβή στην επιφάνειά του προκαλεί πολλαπλές εκκενώσεις στατικού ηλεκτρισμού που κάνουν το αεροπλάνο να λάμπει, φθείρει γρήγορα τη βαφή και τα εμπρόσθια τζάμια, καθώς και προεξέχοντα εξαρτήματα, αλλά το σοβαρότερο είναι ότι μπορεί να προκαλέσει το σταμάτημα των κινητήρων. Έχει συμβεί σε Boeing 747 της British Airways που πέταξε μέσα από ηφαιστειακή τέφρα στην περιοχή της Jakarta το 1982, με αποτέλεσμα να σβήσουν όλοι οι κινητήρες του, όμως την τελευταία στιγμή το πλήρωμα κατάφερε να τους επανεκκινήσει και η περιπέτεια είχε αίσιο τέλος. Να σημειωθεί ότι το ηφαιστειακό νέφος δεν ανιχνεύεται από το ραντάρ καιρού των αεροπλάνων το οποίο εντοπίζει ουσιαστικά σταγονίδια νερού, αλλά σήμερα πλέον υπάρχει παγκόσμιο δίκτυο ενημέρωσης για την πορεία των νεφών ηφαιστειακής τέφρας.

Το μεγαλύτερο γνωστό βουνό στο ηλιακό σύστημα είναι το όρος Όλυμπος στον Άρη, με υψόμετρο 27 km πάνω από τη μέση επιφάνειά του, που είναι ταυτόχρονα (ανενεργό σήμερα) ηφαίστειο. Στην παραπάνω φωτογραφία του Άρη (ψηφιακά επεξεργασμένη), διακρίνεται ο Όλυμπος αριστερά με το άσπρο βέλος, και άλλα τρία ηφαίστεια στο κέντρο. Η λευκή γραμμή κοντά στο βέλος, έχει μήκος 1089 km και δίνει μια ιδέα των διαστάσεων της βάσης του.

Γ. Μεταξάς