8 Minutės
Įsivaizduokite, kad saulės pliūpsnis įvyksta šimtus milijonų kilometrų nuo mūsų, o krūvinės dalelės kaip bangos praeina pro Žemę, o giliai požemyje esanti lūžinė zona jau balansuoja ant žlugimo ribos. Ar tie tolimi krūviniai vėjai galėtų pridėti menką, paskutinį stumtelėjimą, kuris lemtų plyšimą? Skamba tarsi mokslinė fantastika. Neseniai Kioto universiteto tyrėjų pateikta teorinė analizė užduoda būtent tokį klausimą ir apibrėžia jį fiziniais, matuojamais dydžiais.
Tyrėjai siūlo modelį, pagal kurį jonosferos sutrikimai, sukelti Saulės aktyvumo, tam tikromis sąlygomis gali daryti poveikį trapiems Žemės plutonos regionams.
Kaip jonosfera ir plutona galėtų „bendrauti“
Jonosfera yra heterogeniškas krūvinių dalelių sluoksnis, esantis nuo kelių dešimčių iki kelių šimtų kilometrų virš paviršiaus. Palydovai, GPS signalai ir radijo bangos nuolatos atskleidžia jos būklę — signalai keičiasi, kai pereina per jonosferą. Mokslininkai jau seka bendrą elektronų turinį (TEC), kad stebėtų kosminį orą; tie patys matavimai taip pat atskleidžia staigias reorganizacijas po stiprių saulės pliūpsnių ar koroninių masių išstūmimų (CME).
Konceptualus ryšys tarp atmosferos ir žemės
Kioto modelis sieja viršutinės atmosferos krūvių svyravimus su procesais įtrūkusiame uolienose. Įsivaizduokite įtrūkusią uolienų zoną giliai plutoje, kuri sulaiko karštus, didesnio slėgio skysčius — galbūt net superkritinėje būsenoje. Modelyje ta pažeista zona elgiasi elektriškai kaip kondensatorius: ji kaupia krūvį mažytėse ertmėse ir per talpinį (kapacitinį) sujungimą yra susieta su paviršiumi ir apatine jonosfera. Kitaip tariant, plutona ir jonosfera tampa vienu išplėstiniu elektrostatiniu tinklu, o ne visiškai atskiromis sluoksniais.
Fizikinis mechanizmas: nuo elektronų iki įtrūkimų
Kai saulės įvykis staigiai padidina elektronų tankį žemesniuose jonosferos sluoksniuose, modelis teigia, kad šis pokytis neapsiriboja vien tik virš galvos. Kadangi abi sritys yra elektriškai susietos, atmosferos krūvio šuolis gali persiduoti į stipresnius elektrinius laukus nanometrinėse ertmėse įtrūkusiame uolyje. Tai — itin maži masteliai, tačiau fizika yra svarbi: elektriniai laukai, koncentruojami mažose ertmėse, keičia ten esantį slėgį, o slėgis įtakoja įtrūkimų augimą ir susiliejimą.
Konkrečiai, įkrovos kaupimasis mažose voidų erdvėse gali sukelti elektrostatinį suspaudimą arba ištempimą, kuris keičia vietinius efektinius slėgius. Šie pokyčiai gali būti trumpalaikiai, bet esant lūžio zonai, kuriai trūksta tik nedidelio papildomo skirtumo, net keli megapaskaliai arba keli dešimtosios megapaskalės gali reikšmingai pakeisti poringumą, skysčių migraciją ir, galbūt, įtrūkimų dinamiką.
Matavimai ir vienetai: TEC, elektriniai laukai, slėgis
Modelio skaičiavimai rodo, kad esant dideliam jonosferos sutrikimui (kai TEC keičiasi keliasdešimt vienetų arba daugiau), elektrostatiniai slėgiai mažose ertmėse gali pasiekti ar viršyti kelių megapaskalių lygį. Tai yra tolygus dydis palyginti su kitomis subtiliomis jėgomis, žinomomis moduliuoti lūžinių zonų stabilumą, pavyzdžiui, skysčių slėgio pokyčiais ar padidėjusiu pliusiniu slėgiu dėl tektoninio streso. Tokie lygiai nėra kosminė fantazija — laboratoriniai bandymai ir teoriniai skaičiavimai rodo, kad tokie elektriniai laukai gali susidaryti tam tikromis geometrinėmis ir medžiagų savybių sąlygomis.
Įrodymai, ribotumai ir abipusis ryšys
Yra empirinis pagrindas tokioms idėjoms. Prieš kai kuriuos didelius žemės drebėjimus stebėtos anomalijos jonosferoje: padidėjęs elektronų tankis, jonosferos aukščio sumažėjimas ir netipiškas vidutinio masto keliaujančių jonosferos sutrikimų (MSTID) plitimasis. Istoriškai tokie signalai dažniausiai interpretuoti kaip iš apačios į viršų kylantys reiškiniai — streso ar dujų išsiskyrimo iš plutos pasekmė. Kioto modelis siūlo papildomą galimybę: iš viršaus į apačią veikiančią grįžtamąją jungtį, kai jonosferos dinamika gali taip pat daryti mechaninį poveikį žemės drebėjimo procesams.
Observaciniai požymiai prieš įvykstant drebėjimui
Keletas atvejų analizių rodo koreliacijas tarp spagečių ionosferos signalų ir tektoninių įvykių chronologijos. Pavyzdžiui, prieš didesnius drebėjimus užfiksuoti trumpalaikiai TEC pakilimai arba slėptieji signalo rekonstrukcijos pokyčiai. Tokie stebėjimai gali būti sudėtingi interpretuoti, nes atmosferiniai reiškiniai, meteorologija ir žmogaus veikla (pvz., radijo trukdžiai) taip pat įtakoja jonosferos būklę. Todėl statistiniai metodai ir daugiametė duomenų analizė yra būtini, kad būtų galima atskirti tikras koreliacijas nuo atsitiktinumų.
Ribotumai ir priežastingumo problema
Svarbu pabrėžti — autorius aiškiai teigia, jog tai nėra žemės drebėjimų prognozavimo priemonė. Siūlomas mechanizmas reikalauja suderinimo kelių reikalavimų: intensyvaus saulės sutrikimo, kuris pakeičia TEC keliasdešimt vienetų; plutos zonos su sulaikytais skysčiais jautrioje fazėje; ir jau esamą netoli kritinio taško esančią lūžio zoną. Laiko sutapimas tarp saulės aktyvumo ir seisminių įvykių — pavyzdžiui aplink 2024 m. Noto pusiasalio žemės drebėjimą Japonijoje — yra intriguojantis, bet tai nėra priežastingumo įrodymas.
Bandymai ir empirinė patikra
Tai, ką modelis pasiūlo, yra kiekybinis „kelias“: palydovais stebimi jonosferos poslinkiai paverčiami į nuspėjamus elektrinio lauko ir slėgio pokyčius uolienų ertmėse. Šį kelią galima išbandyti keliais metodais:
- Aukštos raiškos GNSS pagrindu surengta ionosferos tomografija, leidžianti fiksuoti TEC pokyčius erdviškai ir laike.
- In situ požeminiai matavimai: gręžinių stebėjimo tinklai, fiksuojantys skysčių slėgį, elektrinius potencialus ir temperatūrą lūžinėse zonoje.
- Sinchronizuota palydovinė plazmos stebėsena, magnetometrija žemėje ir žemės drebėjimų katalizatorių (pvz., mikrojudėjimo) stebėjimai.
- Laboratoriniai eksperimentai su elektriškai aktyviomis sutrūkinėjusiomis uolienomis, veikiamomis slėgio, temperatūros sąlygų, atitinkančių gilios plutos aplinką.
Tokie koordinuoti bandymai leistų patikrinti ar modelio „pirštų atspaudai“ — maži, trumpalaikiai elektrostatiniai signalai, sutampantys su padidėjusiu TEC ir mikrofizinėmis praeities anomalijomis — pasikartoja nuosekliai ir yra patikimi.
Ekspertų įžvalgos ir tolesni žingsniai
“Naujovė čia yra elektrostatinio sujungimo idėja,” sakė dr. Kenji Sato, hipotetinis geofizikas, kalbėjęs kaip informuotas stebėtojas. “Dažnai žemės drebėjimus laikome vien tik mechaninėmis gedimo situacijomis. Šis modelis primena, kad elektros ir plazmos fizika gali susikirsti su uolienų mechanika subtiliais, bet patikrinamais keliais.” Jis pasiūlė eksperimentus, kurie derintų uolienų deformacijos stendus su taikomais elektriniais laukais ir vienu metu matuotų mikroįtrūkimų evoliuciją, kad būtų galima patvirtinti skaičiavimus.
Technologijos ir infrastruktūra, reikalinga vertinimui
Technologijos jau egzistuoja, kad šią tyrimų kryptį perkelti nuo teorijos prie duomenų analizės. GNSS tinklai gali registruoti TEC pokyčius su vis gerėjančiu erdviniu ir laiko tikslumu. Palydovinės misijos, matuojančios jonosferos plazmą, žemės magnetometrai ir gręžiniai, renkantys duomenis apie skysčių slėgį bei elektrinius potencialus lūžiuose, gali būti sinchronizuoti aplink intensyvios saulės veiklos laikotarpius.
Jei modelio „pirštų atspaudai“ pasirodys nuoseklūs — nedideli, trumpalaikiai elektrostatiniai signalai, sutampantys su padidėjusiu TEC ir mikro-fizikiniais praeities požymiais — hipotezė įgis daugiau svorio. Tai leistų papildyti seismologinius stebėjimus kosminio oro duomenimis, išplėsti rizikos vertinimo parametrus ir sukurti naujas daugiasluoksnes stebėsenos strategijas.
Plėtra į platesnį planetos sistemos supratimą
Galiausiai yra daugiau nei vien tik konkreti mechaninė sąveika — tai platesnis požiūris į Žemę kaip į tarpusavyje susietą sistemą: ne tik litosfera ar atmosfera atskirai, bet electrodinaminis kontinumas, kuris kartais perduoda signalus abiem kryptimis. Ar tie signalai gali kada nors tapti lemiamu stumtelėjimu — reikia patikrinti. Idėja plečia duomenų, kuriuos mokslininkai turėtų rinkti nagrinėdami žemės drebėjimų iniciaciją, spektrą. Taip pat atveria kuklų klausimą: ar galėtume kada nors integruoti kosminio oro stebėjimą į daugialypius seisminių pavojų tyrimus? Atsakymas priklausys nuo duomenų, kruopščių eksperimentų ir pasiruošimo „išklausyti“ dangų.
Praktiniai žingsniai ir bendradarbiavimas
Siekiant pažangos, būtinas tarpdisciplininis bendradarbiavimas tarp seismologų, plazmos fizikų, geofizikų, inžinierių ir palydovų operatorių. Kai kurie konkretūs veiksmų žingsniai:
- Organizuoti sinchronizuotas stebėjimų kampanijas per prognozuojamus saulės aktyvumo periodus (pvz., saulės audrų prognozės fazėse).
- Finansuoti laboratorinius bandymus, kurie reprodukuotų gylinius slėgio ir temperatūros profilius, kartu taikant valdomus elektrinius laukus.
- Vystyti statistinius metodus ir mašininio mokymosi įrankius, skirtus atskirti reikšmingus koreliacinius signalus nuo foninių triukšmų.
- Kurti standartizuotas duomenų dalinimosi platformas tarp GNSS, palydovų ir žemės įrenginių operatorių.
Tokia integruota strategija padidintų mūsų gebėjimą nustatyti ar koreliacijos tarp kosminio oro įvykių ir seisminių procesų yra nuoseklios ir fiziškai prasmingos, ar yra tik atsitiktiniai sutapimai.
Išvados ir perspektyvos
Tyrimas, kuriame analizuojamas elektrostatinis ryšys tarp jonosferos ir plutos, neturi būti suvokiamas kaip paprastas žemės drebėjimų prognozavimo metodas. Tai labiau kvietimas išplėsti stebėjimų spektrą ir integruoti naujas duomenų rūšis į seismologinius tyrimus. Net jei šis mechanizmas rečiau įvyksta arba jam reikalingos retai sutinkančios sąlygos, identifikuotos fizinės sąveikos gali padėti geriau suprasti mikroprocesus, priešingus drebėjimo pradžiai, ir tobulinti rizikos vertinimo modelius.
Galiausiai atsakymas į klausimą, ar jonosfera gali „stumtelėti“ lūžį, priklausys nuo to, ar mokslas sugebės surinkti pakankamai daug ir kokybiškų duomenų, atlikti tikslinius bandymus ir pritaikyti tarpdisciplininius metodus. Kol kas idėja yra patraukli ir fiziškai pagrįsta, tačiau lieka hipoteze, kurią reikia išbandyti platesniu mastu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą