Földrengésekre figyelmeztet a légkör

A földrengések világszerte százmilliók életét és biztonságát veszélyeztetik közvetlenül, főleg a nagy tektonikai törésvonalak környezetében, de sokszor még az sem segít, ha a rengés nem is lakott területeken pattan ki. Az Indiai-óceán fenekén volt az epicentruma annak a nagy erejű rengésnek 2004. december 26-án, ami 220 ezer halálos áldozatot követelő szökőárt zúdított Délkelet-Ázsia partjaira.

A légkör árulkodhat

A rengések kipattanásának idejét nem tudjuk előre jelezni, a tragédia Damoklész kardjaként lebeg az emberiség felett: minden „bevezetés” nélkül egyszer csak megindul a föld. Hiába dolgoznak rajta a szakemberek minden erejükkel, legfeljebb annyit mondhatnak „ahol egyszer már volt földrengés, ott a jövőben is bármikor várható”. Egy magyar részvétellel folyó nemzetközi kutatás viszont most felcsillantotta a reményt, hogy ez a jövőben akár megváltozhat.

Olyan légköri folyamatokat, változásokat azonosítottak, amelyek órákkal vagy napokkal előre jelezhetik egy-egy rengés kipattanását.

A tudomány és a technológia területén folyó európai együttműködés, a COST (Cooperation in Science and Technology) ELECTRONET elnevezésű projekt első eredményei biztatóak, de áttörésről, főleg pedig gyakorlati hasznosításról ma még korai lenne beszélni. Hogyan bukkanunk több tíz  kilométeres mélységben készülődő folyamatok nyomaira a fejünk felett jó 100 kilométerrel? Erről kérdeztük Dr. Barta Veronikát, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Geodéziai és Geofizikai Intézetének tudományos munkatársát, a kutatócsoport magyar tagját.

Kiszűrik a változókat

Mindenek előtt tekintsünk a Földre úgy, mint egy összetett rendszerre, ahol minden mindenre reagál, kölcsönhatásban van a bolygó olvadt magjától a légkör legfelső pereméig. Ebben a rendszerben az ember és az összes többi élőlény csupán apró porszemként van jelen, élőhelyünk a tengerek fenekétől a hegycsúcsokig nem több, mint egy vékony réteg a gömb héjai közül. Így tudjuk kívülállóként megérteni, miért keresi a tudomány a válaszokat jó száz kilométerre a fejünk felett olyan kérdésekre, amelyek 10–100 kilométerrel a talpunk alatt merülnek fel.

A földrengések energiáját a kőzetlemezek egymásnak préselődéséből származó feszültség szolgáltatja: amikor ez kipattan, a lökéshullám végigszalad a bolygón, mint a vízbe dobott kő vetette hullámok. A „nagy reccs” logikusan egy hosszú folyamat vége, amely során a feszültség egyre csak növekszik az egymásnak nyomódó kőzettömbökben.

Jelen projekt első eredményeit a Geoscience folyóiratban megjelent tanulmány foglalja össze, amelyben a szakemberek már lezajlott földrengésekkel kapcsolatos adatokat elemeztek. Olyan légköri anomáliákat kerestek, amelyek a földrengések előtt és alatt jelentkeztek:

Minél több ilyet találunk és vizsgálunk meg, úgy lehet azonosítani azokat a paramétereket, amiknek a változását időben detektálva megjósolhatjuk a földrengés kipattanásának idejét

– mondja a 24.hu-nak Barta Veronika. Hozzáteszi: a kutatás még gyerekcipőben jár, egyelőre ott tartunk, hogy kiszűrjük, mely légköri változók kapcsolódhatnak földrengésekhez. Eddig három ilyet találtak, nézzük őket sorban.

Szökik a radon gáz

A kőzetlemezek találkozásánál lévő aktív vetők mentén gyűlik a földrengést okozó feszültség, mielőtt azonban kipattanna, a kéregben apró repedések jönnek létre, ezeken keresztül pedig a természetes szivárgásnál nagyobb mennyiségű radon gáz jut a felszínre. A felszabadult radon a légkör legalsó részében ionizálja a levegő molekuláit, az ionok pedig vízkondenzációs magként működnek: miként a lebegő por, füst apró részecskéire, úgy csapódik ki az ionokra is a levegő páratartalma.

A folyamat során látens hő keletkezik, ami pedig megegyezik az úgynevezett légköri kémiai potenciállal – ennek részleteit komolyabb természettudományos képzettség híján kár is lenne erőltetni, higgyük el a geofizikusnak: a légköri kémiai potenciál változása remekül mérhető. Ha pedig az egészet megfordítjuk, a magasabb kémiai potenciál a kondenzációs magok számának növekedését, tehát

a radonszint emelkedését mutatja, azaz a környéken megjelentek a mikrorepedések, földrengés várható.

Globális légköri elektromos áramkör

A folytatáshoz képzeljünk el egy kondenzátort, aminek egyik fémlemeze (fegyverzete) a földfelszín, a másik pedig a nagyjából 100 kilométeres magasságban kezdődő ionoszféra. A gigantikus gömbkondenzátor két fegyverzete között a zivatarokban zajló töltés-szétválasztódás, mint generátor egy állandó feszültségkülönbséget tart fenn. Ez a feszültség a zivataroktól távol eső, úgynevezett szép idő területeken próbál kiegyenlítődni, ezért ezeken a helyeken egy állandó, rendkívül gyenge áram folyik az ionoszférából a felszín irányába. Ezt a gigantikus áramkörként is felfogható rendszert nevezzük globális légköri elektromos áramkörnek.

Ahol a radonszivárgás miatt beindul az ionizáció, megnő a levegő vezetőképessége, ami a globális áramkörön keresztül pedig kimutatható anomáliákat okoz az ionoszférában. Ezeket a változásokat tudjuk nyomon követni az európai globális navigációs műholdas rendszer (GNSS) adataiból származtatott teljes elektrontartalomban.

A kutatók három nagy mexikói földrengés előtt vizsgálták a  teljes elektrontartalom időbeli változását és térbeli eloszlását a földrengések környezetében, elvégezték ezek spektrális elemzését, illetve az epicentrum közelében elhelyezkedő állomásokon mért légköri kémiai potenciál időbeli változását. Ennek során a teljes elektrontartalom nagy mértékű és rövid ideig tartó változásait detektálták a vizsgált földrengéseket megelőző néhány órában, illetve napban, amely együtt járt a légköri kémiai potenciál megnövekedésével is. Ezen kívül 20–25 perces periódusidejű, rövid zavarokat találtak az ionoszférában a földrengések epicentruma fölött ugyanabban az időszakban.

Ezért feltételezhetjük, hogy egy több paraméteres, és egyidejűleg több módszert alkalmazó vizsgálat segítségével ki lehet mutatni a földrengésekkel kapcsolatos légköri, illetve ionoszférazavarokat, magyarán a rengések kipattanását előre lehet jelezni.

Miért nem a radont keresik?

Végezetül adja magát a kérdés, hogy nem lenne-e egyszerűbb a földön közvetlenül mérni a radont? Más tanulmányok már vizsgálták e gáz változását is a földrengésekkel összefüggésben, azonban a radon esetében nagyon fontos az állomás elhelyezkedése a földrengés kipattanásához képest. Előkészítési területnek nevezzük azt a kisebb-nagyobb teret, ahol a rengés előjeleire, például a kis repedések megjelenésére számíthatunk: minél erősebb a rengés, annál nagyobb e terület sugara. Azonban előre nem tudhatjuk, hol keressük a jeleket, hova kellene elhelyezni a szondákat.

A teljes elektrontartalom változását viszont globálisan nyomon tudjuk követni a bolygó teljes felületét lefedő műholdas adatoknak köszönhetően. A kutatók szerint összességében érdemes lenne létrehozni egy olyan állomáshálózatot a szeizmikusan aktív régiókban, amellyel egyidejűleg lehetne vizsgálni a hőmérséklet, a relatív páratartalom, a radon, a légköri elektromos paraméterek, valamint a teljes elektrontartalom változását.