GPS-ek hálózatával meg lehetne jósolni a földrengéseket

A 2011-es tóhokui földrengés. A japán meteorológiai intézet szerint ez volt a Japánban valaha bekövetkezett legnagyobb földrengés

A legújabb kutatások szerint igenis vannak olyan elektromágneses jelek, amelyek alapján előre jelezhetőek a földrengések. Igaz, az elméletben egyelőre többen kételkednek, mint amennyien elfogadják.

Arra a kérdésre, hogy mikor lesznek képesek előre jelezni egy földrengést, a szeizmológusok általában azt szokták felelni: valamikor a távoli jövőben, esetleg sohasem. Jóllehet az elmúlt években fel-felröppent néhány ígéretesnek mutatkozó elképzelés, a földrengés-előrejelzés történetében megannyi áltudományos vagy félrevezető módszert is találunk.

Ám sok szakember állítja, a földkéreg igenis bocsát ki jeleket a hasadás előtt: a talaj és a légkör elektromágneses anomáliái a pusztítást megelőzően percekkel vagy akár napokkal is észlelhetők (volnának). December közepén az Amerikai Geofizikai Egyesület közgyűlésén több kutató is megosztotta a témában szerzett ismereteit, az erről készült beszámoló a Science magazinban jelent meg.

Lorcai földrengés, 2011 tavaszán Spanyolországban Forrás: AFP/Jorge Guerrero

A levegő is mozog?

Heki Koszuke, a japán Hokkaido Egyetem geofizikusa akkor kezdett érdeklődni a téma iránt, amikor a 2011-es 9-es erősségű rengés előtt 40 perccel Tóhoku városa felett az ionoszféra elektrontartalma megugrott. A felső légkörnek ez a rétege a felszín fölött 80 kilométer magasságban kezdődik.

Nevét onnan nyerte, hogy a Nap elektromágneses sugárzása hatására ionizálódik: a légkörben lévő semleges atomok vagy molekulák pozitív vagy negatív töltésűek lesznek, mivel a Napból érkező elektromágneses részecskék, a fotonok "ütése" nyomán elektront vesztenek, illetve nyernek.

A 2011-es tóhokui földrengés. A japán meteorológiai intézet szerint ez volt a Japánban valaha bekövetkezett legnagyobb földrengés Forrás: Wikimedia Commons

Heki már korábban is tett kísérletet arra, hogy GPS-adatok alapján keressen összefüggést a földrengések és az ionoszféra változásai között, mivel az előzetes elképzelések szerint a földkéreg hirtelen megmozdulásától a fölötte lévő légtömeg is "berezonál".

Márpedig az ionoszféra anomáliái megzavarják a GPS-műholdak és a vevőkészülékek közötti adatforgalmat,

afféle elektronikus ujjlenyomatot hagyva bizonyos rádiófrekvenciákon.

A kőakkumulátor lehet az egyik magyarázat

2011 óta Heki világszerte kilenc nagy földrengést megelőzően észlelt elektromágneses zavarokat a GPS-jelekben, köszönhetően annak, hogy a helymeghatározó eszközök hálózata egyre bővül. Azt is észrevette, hogy minél korábban észlelhető a zavar, annál nagyobb a rengés mértéke. Valószínűleg amiatt, mert a nagyobb törésvonal kialakulásához több idő kell.

Még ha el is fogadja Heki módszerét a tudóstársadalom, abban még nem értenek egyet, hogy miképpen bocsátja ki az elektromágneses jelet a hasadó földkéreg.

Egy autóparkoló romjai az 1985-ös mexikói földrengés után Forrás: AFP

Az egyik elmélet szerint a földrengést megelőzően feszülő vagy gyűrődő kőzetréteg a hőmérséklet növekedése vagy nyomás emelkedése hatására maga hoz létre pozitív töltést.

Ha összepréselünk egy sziklát, akkor akkumulátorrá változik

– persze nem az autóban használt elektrokémiai akkumulátorrá, hanem egy olyan új típusú félvezető akkumulátorrá, amelyben elektronok és úgynevezett lyukak a töltéshordozók” – magyarázta Friedemann Freund, a kalifornai San José Egyetem fizikaprofesszora, egyben a NASA Ames Kutatóközpont vezető kutatója.

Ettől bolondul meg az iránytű is

Ezek a "lyukak" olyan pozitív töltésű elektronhiányok, amelyek a legtöbb kristályos szerkezetű kőzetben megfigyelhető peroxo kötés miatt alakulnak ki. Ez a kötés két oxigénatom között jön létre, amelyek így egymáshoz, nem pedig szilíciumhoz vagy más elemhez kapcsolódnak, ám épp emiatt a kötés gyenge.

Nagy hőmérséklet és nyomás hatására a kötés felbomlik, az oxigénatomok a szomszédos atomtól negatív töltésű elektront vonnak el, amely után marad a pozitív töltésű "lyuk". A kialakuló láncreakcióban elektronok áramlanak a pozitív pólus, a peroxo kötések irányába, míg a pozitív töltésű lyukak a negatív pólus, a földfelszín irányába mozognak, sőt, a légkörbe is kijuthatnak.

Az 1985. szeptember 19-én bekövetkezett mexikói földrengés az ország történetének legpusztítóbb földrengése volt Forrás: AFP/Derrick Ceyrac

"Minél nagyobb sebességgel ütjük meg a követ, annál nagyobb elektromosság képződik", mondta Freund. Szerinte ezzel a mechanizmussal magyarázható számos olyan jelenség, amely a földrengés kipattanása előtt észlelhető: különös fényjelenségek a talaj felett vagy az iránytű körbeforgása.

A pozitív töltések a légkörben a Heki által dokumentált ionoszférikus viharokat is okozhatnak,

bár a folyamat mikéntje még nem ismert.

Laborkísérlet során már képesek előre jelezni

Freundnak és munkatársának, John Scoville SETI-fizikusnak sikerült a fenti láncreakciós jelenséget a valóságban is létrehoznia. Egy 90 kilogrammos súlyt ejtettek egy vulkáni eredetű szikladarabra. Az ennek hatására létrejövő elektromágneses jelek rövidebbek és gyengébbek voltak, mint amilyeneket valódi földrengések előtt észleltek.

Scoville szerint ez pusztán a nagyságrendi különbség miatt van így: "Nem vagyunk képesek olyan mennyiségű kőzettel kísérletezni, mint amennyi aktívvá válik egy igazi földrengés során."

Viszont ezek a rövid és gyenge jelek ugyanolyan alakúak voltak, mint a terepen rögzítettek:

hirtelen emelkedés után esésnek indultak.

A jelenséget Jorge Heraud, a perui Lima Katolikus Egyetem professzora igazolta az amerikai közgyűlésen, aki kutatócsapatával mágneses pulzálást tapasztalt két héttel a Lima melletti 2013-as földrengések előtt. A magnetométerek jeleinek elemzésével még a rengések helyét és mélységét is képes volt meghatározni.

A magnetométernek is vannak hiányosságai

Noha a magnetométerek alkalmasak a felszíni kőzetréteg előjeleinek kimutatására, a földrengés leendő epicentrumától legfeljebb 100 kilométeres körzetben kell lenniük. Emiatt fordult Angelo de Santis, a római Geofizikai és Vulkanológiai Intézet igazgatója inkább a műholdképek elemzése felé: globális léptékben könnyebb észrevenni az atmoszférikus eltéréseket.

Az Európai Űrügynökség 2013-ban a Swarm (Raj) projekt keretében három műholdat bocsátott fel, amelyek adatokat gyűjtenek a Föld körüli geomágneses mezőről.

A Swarm projekt műholdjai adatokat gyűjtenek a Föld körüli geomágneses mezőről Forrás: ESA/ATG Medialab

Mint a közgyűlésen elmondta, de Santis ezeket az adatsorokat veti össze a hagyományos földrengésvizsgáló eszközök, a szeizmométerek és GPS-állomások adataival, hogy feltárják a lehetséges kapcsolatot a földkéreg és a légkör között.

Ugyanebből a célból korábbi földrengések adatait is elemzik: mind a 2014-es chilei, mind a 2015-ös nepáli földrengés idején ionoszférikus zavarok voltak tapasztalhatók.

A 2015-ös nepáli földrengés 2015. április 25-én következett be Nepál északi részén, helyi idő szerint 11:41-kor. A 7,9-es erősségű rengés következtében 7652-en veszették életüket, 16 390-en sérültek meg, és közel 200 000 lakóház semmisült meg Forrás: AFP/Nicolas Asfouri

Igazolva látni nem egyenlő az igazolással

A szeizmológusok között vannak szkeptikusok, például Tom Jordan, a Dél-kaliforniai Földrengés Központ igazgatója, aki annak idején vezető szerzője volt az olaszországi L'Aquilában 2009-ben pusztító földrengésről készült jelentésnek. "Nem láttuk bizonyítottnak, hogy az ionoszférikus vagy elektromágneses tényezők valós előrejelzési információkat adnának."

A hiteles előrejelzéshez képesnek kell lenni a hely, az idő és a földrengés nagyságának előzetes meghatározására.

Ám eddig a kutatók a bekövetkezett földrengések után kezdtek csak az anomáliák kereséséhez. Így megeshet, hogy minden föllelt információt elméletük igazolásának tekintenek, mondta Jeffrey Love, az amerikai nemzeti geológiai szolgálat (USGS) geofizikusa. "Tessék előre jelezni valamit, ami még nem történt meg."

A kritikusok szerint nem kizárt, hogy ezek az úgynevezett "előjelek" a puszta véletlen művei, hiszen a Föld és az ionoszféra geomágneses értelemben igen zajos helyeknek számítanak.

Forrás: AFP/Jonathan Utz

A földkéreg nem az elmélethez igazodik

Évtizedes vizsgálatok után a szeizmológusok többsége állítja, rengés és hasadás előtt a földkéregben nem tapasztalható semmi olyan változás, amely figyelmeztethetne. S még ha bekövetkezik is valamilyen anomália, nem világos, hogy az miképpen utalna a földrengés erősségére, a legfontosabb tényezőre.

Amennyiben minden földrengés ugyanúgy kezdődik, és a nagy földrengés csupán csak egy időben és térben elnyúló esemény a kis rengéshez képest, akkor ezek a jelek talán semmit nem érnek.

Mégis elképzelhető, hogy a szakemberek által gyűjtött adattenger és az érzékelő műszerek mind kiterjedtebb hálózata végül valami apró eredményre vezet. Már csak ezért is érdemes a munkát folytatni, mondta Craig Dobson, a NASA programvezetője, akinek divíziója a Freundéhoz hasonló kutatásokat finanszírozza.

Ez afféle befektetés, amelynek célja, hogy csökkentse a földrengések pusztító következményeit.

Jó támogatni valamit, ami egyszer óriási áttörést hozhat, ám ma még kockázatosnak látszik, és nem is része a tudomány fősodrának – mondta Dobson. – A nagy felfedezések így szoktak születni."