Η αλληλεπίδραση των κοσμικών συνθηκών με τις γεωλογικές διεργασίες στη Γη.
Μια νέα μελέτη διερευνά πώς δραστηριότητα ψηλά πάνω από τη Γη θα μπορούσε να επηρεάζει διακριτικά διεργασίες βαθιά μέσα στον φλοιό του πλανήτη μας.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κιότο προωθούν μια νέα ιδέα σχετικά με το πώς ο διαστημικός καιρός μπορεί να αλληλεπιδρά με τη φυσική των σεισμών. Το μοντέλο τους εξετάζει αν οι μεταβολές στην ιονόσφαιρα θα μπορούσαν, σε σπάνιες περιπτώσεις, να ασκούν πρόσθετες ηλεκτρικές δυνάμεις σε ήδη εύθραυστες περιοχές του γήινου φλοιού και να συμβάλλουν στην έναρξη ενός μεγάλου σεισμού.
Η εργασία δεν αποτελεί μέθοδο πρόγνωσης σεισμών. Αντίθετα περιγράφει μια φυσική διαδρομή που ξεκινά από τις ηλιακές εκλάμψεις και άλλες έντονες ηλιακές δραστηριότητες, οι οποίες μπορούν να αναδιαμορφώσουν γρήγορα την κατανομή των φορτισμένων σωματιδίων ψηλά πάνω από τη Γη.
Αυτές οι μεταβολές φορτίου στην ιονόσφαιρα είναι μετρήσιμες επειδή επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο ταξιδεύουν τα δορυφορικά σήματα πλοήγησης μέσα από την ανώτερη ατμόσφαιρα βασικός λόγος για τον οποίο οι επιστήμονες παρακολουθούν το ολικό περιεχόμενο ηλεκτρονίων (Total Electron Content, TEC).
Μέσα στο φλοιό το μοντέλο εστιάζει σε ζώνες ρηγματωμένων πετρωμάτων που μπορούν να παγιδεύουν νερό σε ακραίες θερμοκρασίες και πιέσεις, φτάνοντας ενδεχομένως σε υπερκρίσιμη κατάσταση. Υπό αυτές τις συνθήκες οι ερευνητές αντιμετωπίζουν την κατεστραμμένη περιοχή ως ηλεκτρικά ενεργή, λειτουργώντας σαν πυκνωτής που συνδέεται μέσω χωρητικής σύζευξης τόσο με την επιφάνεια του εδάφους όσο και με την κατώτερη ιονόσφαιρα. Στην πράξη ο φλοιός και η ιονόσφαιρα αντιμετωπίζονται ως μέρη ενός μεγάλου ηλεκτροστατικού συστήματος αντί για απομονωμένα στρώματα.
Ηλεκτροστατικές δυνάμεις
Κατά τη διάρκεια ισχυρών ηλιακών φαινομένων η πυκνότητα ηλεκτρονίων στην ιονόσφαιρα μπορεί να αυξηθεί αρκετά ώστε να σχηματιστεί ένα πιο αρνητικά φορτισμένο στρώμα σε χαμηλότερα υψόμετρα. Το μοντέλο προτείνει ότι αυτό το ατμοσφαιρικό φορτίο δεν παραμένει περιορισμένο ψηλά. Επειδή το σύστημα είναι χωρητικά συνδεδεμένο οι μεταβολές του ιονοσφαιρικού φορτίου μπορούν να μεταφραστούν σε ενισχυμένα ηλεκτρικά πεδία μέσα σε μικροσκοπικά κενά ρηγματωμένων πετρωμάτων του φλοιού σε κλίμακα νανομέτρων.
Γιατί έχει σημασία αυτό για τους σεισμούς; Η πίεση μέσα σε μικρές κοιλότητες μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο ρωγμές αναπτύσσονται και συγχωνεύονται, ιδιαίτερα όταν μια ζώνη ρήγματος βρίσκεται ήδη κοντά σε αστοχία. Στους υπολογισμούς των ερευνητών η προκύπτουσα ηλεκτροστατική πίεση μπορεί να φτάσει επίπεδα συγκρίσιμα με άλλες λεπτές δυνάμεις που είναι γνωστό ότι επηρεάζουν τη σταθερότητα των ρηγμάτων όπως οι παλιρροϊκές και βαρυτικές τάσεις.
Οι ποσοτικές εκτιμήσεις τους συνδέουν το φαινόμενο με μεγάλες διαταραχές της ιονόσφαιρας λόγω ηλιακών εκλάμψεων, οι οποίες αυξάνουν το ολικό περιεχόμενο ηλεκτρονίων κατά αρκετές δεκάδες μονάδες TEC. Υπό αυτές τις συνθήκες το μοντέλο υποδεικνύει ότι θα μπορούσαν να αναπτυχθούν ηλεκτροστατικές πιέσεις αρκετών μεγαπασκάλ μέσα σε κενά του φλοιού εύρος αρκετά υψηλό ώστε να είναι μηχανικά σημαντικό στο κατάλληλο περιβάλλον.
Πριν από ορισμένους μεγάλους σεισμούς, επιστήμονες έχουν αναφέρει ασυνήθιστη συμπεριφορά της ιονόσφαιρας, όπως αυξημένη πυκνότητα ηλεκτρονίων, χαμηλότερο ύψος της ιονόσφαιρας και ασυνήθιστα αργή διάδοση διαταραχών μεσαίας κλίμακας. Ιστορικά τέτοια σήματα ερμηνεύονταν συνήθως ως συνέπειες της συσσώρευσης τάσεων στον φλοιό και όχι ως επιδράσεις που θα μπορούσαν να ανατροφοδοτήσουν τις διαδικασίες ρηγμάτωσης.
Πλαίσιο αμφίδρομης αλληλεπίδρασης
Το νέο μοντέλο προσφέρει μια συμπληρωματική οπτική προτείνοντας μια αμφίδρομη αλληλεπίδραση: ενώ οι διεργασίες στον φλοιό μπορεί να επηρεάζουν την ιονόσφαιρα οι διαταραχές της ιονόσφαιρας ενδέχεται επίσης να ασκούν ανατροφοδοτικές δυνάμεις στον φλοιό. Αυτό το πλαίσιο προσφέρει μια πιθανή φυσική εξήγηση που συνδέει φαινόμενα διαστημικού καιρού και σεισμικές διεργασίες, χωρίς να προϋποθέτει άμεση αιτιώδη σχέση.
Η μελέτη αναφέρεται σε πρόσφατους μεγάλους σεισμούς στην Ιαπωνία, συμπεριλαμβανομένου του σεισμού της Χερσονήσου Νότο το 2024, ως παραδείγματα που είναι χρονικά συμβατά με τον προτεινόμενο μηχανισμό. Οι συγγραφείς τονίζουν ότι αυτή η χρονική σύμπτωση δεν αποδεικνύει άμεση αιτιότητα αλλά είναι συμβατή με ένα σενάριο στο οποίο οι διαταραχές της ιονόσφαιρας λειτουργούν ως συμβάλλων παράγοντας όταν ο φλοιός βρίσκεται ήδη σε κρίσιμη κατάσταση.
Ενσωματώνοντας έννοιες από τη φυσική πλάσματος, την ατμοσφαιρική επιστήμη και τη γεωφυσική, το προτεινόμενο μοντέλο διευρύνει τη συμβατική αντίληψη των σεισμών ως καθαρά εσωτερικών διεργασιών της Γης. Τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι η παρακολούθηση των ιονοσφαιρικών συνθηκών, σε συνδυασμό με υπόγειες παρατηρήσεις μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της επιστημονικής κατανόησης των μηχανισμών έναρξης των σεισμών και της εκτίμησης του σεισμικού κινδύνου.
Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί στον συνδυασμό ιονοσφαιρικής τομογραφίας υψηλής ανάλυσης βασισμένης σε GNSS με δεδομένα διαστημικού καιρού, προκειμένου να αποσαφηνιστούν οι συνθήκες υπό τις οποίες οι διαταραχές της ιονόσφαιρας μπορεί να ασκούν σημαντική ηλεκτροστατική επίδραση στον γήινο φλοιό.
