nauki ścisłe
Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-06
Jonosfera drży przed wstrząsem

Dr hab. Jan Błęcki, profesor nadzwyczajny w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Zainteresowania badawcze: fizyka plazmy kosmicznej, fizyka magnetosfery, fale plazmowe w przestrzeni kosmicznej. Uczestniczył w wielu międzynarodowych projektach satelitarnych: Interball 1, Magion 4, Fobos, Mars-96, Cluster i Demeter. Obecnie współpracuje przy francuskim projekcie Taranis. Dwa ostatnie - Demeter i Taranis - badają procesy o fundamentalnym znaczeniu dla zrozumienia zmian w atmosferze i elektromagnetycznym otoczeniu Ziemi. Autor i współautor 120 prac naukowych i 240 wystąpień na międzynarodowych konferencjach w tym ponad 40 referatów zaproszonych. Autor wielu prac popularnonaukowych na temat przestrzeni kosmicznej oraz współautor działu o badaniach kosmicznych w „Encyklopedii fizyki" WNT. Prowadzi wykłady na Politechnice Warszawskiej i Collegium Varsoviense oraz na studium doktoranckim w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Przewodniczy Komisji Fizyki Przestrzeni Kosmicznej w Komitecie Badań Kosmicznych i Satelitarnych przy Prezydium PAN.

 

Na wiele dni przed silnymi trzęsieniami ziemi, a także dużymi erupcjami wulkanów w ziemskiej atmosferze zachodzą rozmaite zjawiska zapowiadające nadejście żywiołu. Tak twierdzi Michel Parrot i inni francuscy badacze, którzy obserwowali je dzięki sondzie Demeter. Jak to możliwe?
To wciąż hipoteza, która jest przyjmowana ze sporym sceptycyzmem. Wielu badaczy odrzuca pogląd, że silne trzęsienia ziemi mogą być poprzedzone zaburzeniami w jonosferze pojawiającymi się z wyprzedzeniem kilku dni. Ktoś powiedział, że środowisko naukowe jest w tej sprawie podzielone na wierzących i niewierzących.

Pan należy do wierzących?
Na początku byłem sceptyczny. Współpracowałem z Francuzami przy przygotowywaniu misji Demeter, a w naszym Centrum Badań Kosmicznych powstał moduł zasilania aparatury, który zresztą sprawdził się doskonale i zostanie wykorzystany na następnej francuskiej sondzie badawczej. Demeter miała przede wszystkim obserwować zaburzenia w jonosferze poprzedzające trzęsienia ziemi. Ja co do tego miałem poważne wątpliwości. Zadawałem sobie pytanie, na które nie znajdowałem odpowiedzi: w jaki sposób coś, co dzieje się w głębi Ziemi, oddziałuje z jonosferą na wysokości setek kilometrów. I to zanim dojdzie do wstrząsu.

Demeter wysłano, aby poszukała dowodów na istnienie takiego związku?
Taki był jej główny cel, choć liczyłem na to, że przy okazji można będzie zbadać, w jaki sposób jonosfera oddziałuje z wyżej leżącą magnetosferą. To mnie bardziej ciekawiło. Najciekawsze pod tym względem są obszary polarne. Niestety, okazało się, że sonda nie będzie pracowała w wysokich szerokościach geograficznych. Wtedy zainteresowałem się bliżej zaburzeniami elektromagnetycznymi w jonosferze rejestrowanymi przez sondę nad strefami trzęsień ziemi. Zacząłem analizować dane. Przebadałem kilkadziesiąt trzęsień ziemi. Demeter zebrała gigantyczną ilość informacji. Wystrzelono ją w 2004 roku i miała pracować dwa lata, a zamilkła dopiero w grudniu zeszłego roku, czyli po sześciu.

Kto pierwszy zauważył, że zjawiska atmosferyczne mogą zapowiadać trzęsienie?
Idea ma już ponad 100 lat. Pod koniec XIX wieku w Japonii prowadził badania słynny brytyjski geolog John Milne, konstruktor sejsmografu. On pierwszy zwrócił uwagę na zjawiska elektryczne zachodzące w atmosferze przed silnymi wstrząsami. Później podobne efekty obserwowano w innych obserwatoriach geofizycznych. Wszystko to były obserwacje naziemne i dotyczyły najniższych warstw atmosfery. Natomiast w 1964 roku doszło do potężnego wstrząsu sejsmicznego na Alasce i w tym czasie satelita badający jonosferę po raz pierwszy zarejestrował zaburzenia gęstości elektronów, gdy przelatywał w pobliżu epicentrum. To sugerowało, że również jonosfera może być czuła na impulsy wysyłane przez ziemskie skały. Rosjanie zajmowali się zjawiskiem przy okazji swoich badań jonosfery. Pierwszego satelitę przeznaczonego wyłącznie do tego celu zbudowali studenci amerykańscy, ale on nie zadziałał. A potem na orbitę wyniesiono Demeter.

Czy są jakieś teorie próbujące wyjaśnić, jak litosfera może tak silnie pobudzać atmosferę, a nawet bliską przestrzeń kosmiczną?
Nawet kilka. Jedna z nich mówi, że w pobliżu ogniska przyszłego trzęsienia ziemi na skutek silnych naprężeń i odkształceń skał powstają pola elektromagnetyczne. Odpowiada za to doskonale nam znany, odkryty jeszcze w XIX wieku, efekt piezoelektryczności - wykorzystujemy go w zegarkach kwarcowych czy do rejestracji i wytwarzania dźwięków, np. dawniej w gramofonach. To koncepcja amerykańskiego badacza Friedmanna Freunda z NASA. Prowadził on eksperymenty w laboratorium, podczas których ściskano kawałki skał. Przy dużych ciśnieniach pojawiała się emisja fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach, zależnych od typu skały. Chciałbym we współpracy z Parrotem i Freundem przeprowadzić podobne badania w Instytucie Fizyki Politechniki Warszawskiej, przy udziale naukowców z Instytutu Geofizyki PAN. W ostatnim konkursie złożyliśmy wniosek o grant, ale nie uzyskał on akceptacji, będziemy ponownie składali taki wniosek.

I te właśnie fale miałyby wędrować ku powierzchni skał, a następnie pobudzać atmosferę?To słaby punkt tej hipotezy. Epicentra silnych wstrząsów znajdują się na głębokości kilkudziesięciu kilometrów. Płynące stamtąd impulsy elektromagnetyczne powinny zostać wytłumione przez skały. Inna hipoteza, mnie najbliższa, zakłada, że w ogniskach trzęsień rodzą się fale zwane grawitacyjno-akustycznymi. Ich nazwa może być myląca, bo, rzecz jasna, nie mają one nic wspólnego ze zmianami ziemskiego przyciągania. Są to zwyczajne fale akustyczne, tyle że o bardzo małych częstotliwościach mierzonych w milihercach. Z tego powodu pole grawitacyjne Ziemi ma wpływ na ich rozprzestrzenianie. Wiemy, że takie fale powstają w strefie zórz polarnych. W takich miejscach płynie z magnetosfery olbrzymia ilość energii, która deformuje jonosferę. Fale grawitacyjno-akustyczne rozprowadzają te zaburzenia po całym globie. Podobne fale powstają także przy powierzchni Ziemi, na przykład podczas startu dużego samolotu lub rakiety oraz podczas silnych eksplozji.

I mogą one przenikać przez grubą warstwę skał skorupy ziemskiej?
Tak, są zjawiskiem czysto mechanicznym. Mogą zatem, w przeciwieństwie do fal elektromagnetycznych, pokonać skały, przeniknąć do atmosfery i dotrzeć aż do jonosfery. Warstwa ta jest niesamowicie czuła na wszelkie bodźce. Przychodząca do niej fala zaburza pole elektromagnetyczne. Zjawisko takie, zwane niestabilnością plazmową, może zarejestrować satelita.

Mamy zatem już dwie hipotezy: elektromagnetyczną i akustyczną.
Jest i trzecia - fizyko-chemiczna. Pracują nad nią Siergiej Puliniec i Dimitar Ouzounow. Pierwszy jest Rosjaninem, który przez wiele lat pracował w Universidad Nacional Autónoma de México, drugi - Bułgarem zatrudnionym w NASA. Ich zdaniem przed silnymi trzęsieniami rośnie emisja radonu - pierwiastka promieniotwórczego występującego dość powszechnie, choć w niewielkich ilościach, w skorupie ziemskiej. Radon miałby się wydzielać z mikropęknięć, których powstanie poprzedza właściwy wstrząs. Zjawisko takie obserwowano przed tragicznym trzęsieniem w Kobe w 1995 roku, a także przed wstrząsem we włoskiej L'Aquili w roku 2009.

Od emisji radonu w skałach do zaburzeń w jonosferze droga wydaje się daleka.
Według tej hipotezy...

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 04/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
10/2020
09/2020
Kalendarium
Wrzesień
27
W 1918 r. urodził się Martin Ryle, brytyjski fizyk, astronom, laureat nagrody Nobla. Uważany jest za odkrywcę kwazarów i współodkrywcę pulsarów.
Warto przeczytać
Co wspólnego mają suknia ślubna i kombinezon sapera?    
Dlaczego dla marynarzy bardziej niebezpieczne od rekinów są krewetki?
Kiedy kurczak najlepiej sprawdza się jako broń artyleryjska?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-06
Jonosfera drży przed wstrząsem

Dr hab. Jan Błęcki, profesor nadzwyczajny w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Zainteresowania badawcze: fizyka plazmy kosmicznej, fizyka magnetosfery, fale plazmowe w przestrzeni kosmicznej. Uczestniczył w wielu międzynarodowych projektach satelitarnych: Interball 1, Magion 4, Fobos, Mars-96, Cluster i Demeter. Obecnie współpracuje przy francuskim projekcie Taranis. Dwa ostatnie - Demeter i Taranis - badają procesy o fundamentalnym znaczeniu dla zrozumienia zmian w atmosferze i elektromagnetycznym otoczeniu Ziemi. Autor i współautor 120 prac naukowych i 240 wystąpień na międzynarodowych konferencjach w tym ponad 40 referatów zaproszonych. Autor wielu prac popularnonaukowych na temat przestrzeni kosmicznej oraz współautor działu o badaniach kosmicznych w „Encyklopedii fizyki" WNT. Prowadzi wykłady na Politechnice Warszawskiej i Collegium Varsoviense oraz na studium doktoranckim w Centrum Badań Kosmicznych PAN. Przewodniczy Komisji Fizyki Przestrzeni Kosmicznej w Komitecie Badań Kosmicznych i Satelitarnych przy Prezydium PAN.

 

Na wiele dni przed silnymi trzęsieniami ziemi, a także dużymi erupcjami wulkanów w ziemskiej atmosferze zachodzą rozmaite zjawiska zapowiadające nadejście żywiołu. Tak twierdzi Michel Parrot i inni francuscy badacze, którzy obserwowali je dzięki sondzie Demeter. Jak to możliwe?
To wciąż hipoteza, która jest przyjmowana ze sporym sceptycyzmem. Wielu badaczy odrzuca pogląd, że silne trzęsienia ziemi mogą być poprzedzone zaburzeniami w jonosferze pojawiającymi się z wyprzedzeniem kilku dni. Ktoś powiedział, że środowisko naukowe jest w tej sprawie podzielone na wierzących i niewierzących.

Pan należy do wierzących?
Na początku byłem sceptyczny. Współpracowałem z Francuzami przy przygotowywaniu misji Demeter, a w naszym Centrum Badań Kosmicznych powstał moduł zasilania aparatury, który zresztą sprawdził się doskonale i zostanie wykorzystany na następnej francuskiej sondzie badawczej. Demeter miała przede wszystkim obserwować zaburzenia w jonosferze poprzedzające trzęsienia ziemi. Ja co do tego miałem poważne wątpliwości. Zadawałem sobie pytanie, na które nie znajdowałem odpowiedzi: w jaki sposób coś, co dzieje się w głębi Ziemi, oddziałuje z jonosferą na wysokości setek kilometrów. I to zanim dojdzie do wstrząsu.

Demeter wysłano, aby poszukała dowodów na istnienie takiego związku?
Taki był jej główny cel, choć liczyłem na to, że przy okazji można będzie zbadać, w jaki sposób jonosfera oddziałuje z wyżej leżącą magnetosferą. To mnie bardziej ciekawiło. Najciekawsze pod tym względem są obszary polarne. Niestety, okazało się, że sonda nie będzie pracowała w wysokich szerokościach geograficznych. Wtedy zainteresowałem się bliżej zaburzeniami elektromagnetycznymi w jonosferze rejestrowanymi przez sondę nad strefami trzęsień ziemi. Zacząłem analizować dane. Przebadałem kilkadziesiąt trzęsień ziemi. Demeter zebrała gigantyczną ilość informacji. Wystrzelono ją w 2004 roku i miała pracować dwa lata, a zamilkła dopiero w grudniu zeszłego roku, czyli po sześciu.

Kto pierwszy zauważył, że zjawiska atmosferyczne mogą zapowiadać trzęsienie?
Idea ma już ponad 100 lat. Pod koniec XIX wieku w Japonii prowadził badania słynny brytyjski geolog John Milne, konstruktor sejsmografu. On pierwszy zwrócił uwagę na zjawiska elektryczne zachodzące w atmosferze przed silnymi wstrząsami. Później podobne efekty obserwowano w innych obserwatoriach geofizycznych. Wszystko to były obserwacje naziemne i dotyczyły najniższych warstw atmosfery. Natomiast w 1964 roku doszło do potężnego wstrząsu sejsmicznego na Alasce i w tym czasie satelita badający jonosferę po raz pierwszy zarejestrował zaburzenia gęstości elektronów, gdy przelatywał w pobliżu epicentrum. To sugerowało, że również jonosfera może być czuła na impulsy wysyłane przez ziemskie skały. Rosjanie zajmowali się zjawiskiem przy okazji swoich badań jonosfery. Pierwszego satelitę przeznaczonego wyłącznie do tego celu zbudowali studenci amerykańscy, ale on nie zadziałał. A potem na orbitę wyniesiono Demeter.

Czy są jakieś teorie próbujące wyjaśnić, jak litosfera może tak silnie pobudzać atmosferę, a nawet bliską przestrzeń kosmiczną?
Nawet kilka. Jedna z nich mówi, że w pobliżu ogniska przyszłego trzęsienia ziemi na skutek silnych naprężeń i odkształceń skał powstają pola elektromagnetyczne. Odpowiada za to doskonale nam znany, odkryty jeszcze w XIX wieku, efekt piezoelektryczności - wykorzystujemy go w zegarkach kwarcowych czy do rejestracji i wytwarzania dźwięków, np. dawniej w gramofonach. To koncepcja amerykańskiego badacza Friedmanna Freunda z NASA. Prowadził on eksperymenty w laboratorium, podczas których ściskano kawałki skał. Przy dużych ciśnieniach pojawiała się emisja fal elektromagnetycznych o różnych częstotliwościach, zależnych od typu skały. Chciałbym we współpracy z Parrotem i Freundem przeprowadzić podobne badania w Instytucie Fizyki Politechniki Warszawskiej, przy udziale naukowców z Instytutu Geofizyki PAN. W ostatnim konkursie złożyliśmy wniosek o grant, ale nie uzyskał on akceptacji, będziemy ponownie składali taki wniosek.

I te właśnie fale miałyby wędrować ku powierzchni skał, a następnie pobudzać atmosferę?To słaby punkt tej hipotezy. Epicentra silnych wstrząsów znajdują się na głębokości kilkudziesięciu kilometrów. Płynące stamtąd impulsy elektromagnetyczne powinny zostać wytłumione przez skały. Inna hipoteza, mnie najbliższa, zakłada, że w ogniskach trzęsień rodzą się fale zwane grawitacyjno-akustycznymi. Ich nazwa może być myląca, bo, rzecz jasna, nie mają one nic wspólnego ze zmianami ziemskiego przyciągania. Są to zwyczajne fale akustyczne, tyle że o bardzo małych częstotliwościach mierzonych w milihercach. Z tego powodu pole grawitacyjne Ziemi ma wpływ na ich rozprzestrzenianie. Wiemy, że takie fale powstają w strefie zórz polarnych. W takich miejscach płynie z magnetosfery olbrzymia ilość energii, która deformuje jonosferę. Fale grawitacyjno-akustyczne rozprowadzają te zaburzenia po całym globie. Podobne fale powstają także przy powierzchni Ziemi, na przykład podczas startu dużego samolotu lub rakiety oraz podczas silnych eksplozji.

I mogą one przenikać przez grubą warstwę skał skorupy ziemskiej?
Tak, są zjawiskiem czysto mechanicznym. Mogą zatem, w przeciwieństwie do fal elektromagnetycznych, pokonać skały, przeniknąć do atmosfery i dotrzeć aż do jonosfery. Warstwa ta jest niesamowicie czuła na wszelkie bodźce. Przychodząca do niej fala zaburza pole elektromagnetyczne. Zjawisko takie, zwane niestabilnością plazmową, może zarejestrować satelita.

Mamy zatem już dwie hipotezy: elektromagnetyczną i akustyczną.
Jest i trzecia - fizyko-chemiczna. Pracują nad nią Siergiej Puliniec i Dimitar Ouzounow. Pierwszy jest Rosjaninem, który przez wiele lat pracował w Universidad Nacional Autónoma de México, drugi - Bułgarem zatrudnionym w NASA. Ich zdaniem przed silnymi trzęsieniami rośnie emisja radonu - pierwiastka promieniotwórczego występującego dość powszechnie, choć w niewielkich ilościach, w skorupie ziemskiej. Radon miałby się wydzielać z mikropęknięć, których powstanie poprzedza właściwy wstrząs. Zjawisko takie obserwowano przed tragicznym trzęsieniem w Kobe w 1995 roku, a także przed wstrząsem we włoskiej L'Aquili w roku 2009.

Od emisji radonu w skałach do zaburzeń w jonosferze droga wydaje się daleka.
Według tej hipotezy...