A tudomány és a technológia területén folyó európai együttműködés, a COST (Cooperation in Science and Technology) ELECTRONET elnevezésű projekt keretében kutatók a nagy erejű földrengésekkel összefüggésben fellépő ionoszféra-zavarokat tanulmányozták különböző módszerekkel. A kutatások során különféle légköri és az európai globális navigációs műholdas rendszer adataira támaszkodva ionoszférikus paraméterekben beálló változásokat vizsgálták azzal a céllal, hogy megállapíthassák, hogy a földrengések kapcsán fellépő légköri- és ionoszféra-zavarok alapján előre jelezhetők-e a földrengések. A munkában magyar részről Barta Veronika, az ELKH CSFK GGI tudományos munkatársa vett részt. A kutatás eredményeiről készült tanulmány a Geosciences folyóiratban jelent meg.

Az egy-egy ciprusi, orosz, nepáli, magyar, indonéz, görög, illetve török kutatóból álló csoport három közelmúltbeli, nagy erejű – 6,6, 8,2 és 7,1 magnitúdójú – mexikói földrengés kapcsán vizsgálta különböző módszerekkel a rengések folyamán, illetve az azokat megelőzően fellépő ionoszféra-zavarokat. A földrengések időpontjainak (2016. január 21., 2017. szeptember 8. és 19.) különlegessége, hogy a második földmozgás épp egy napkitörés-eredetű geomágneses vihar időszakában pattant ki. Ezért a kutatók további 37, szintén 2017-ben létrejött intenzív (M>4) földrengést megelőző időszak esetében is tanulmányozták az ionoszféra változásait.

A projektben az ELKH CSFK Geodéziai és Geofizikai Intézet képviseletében részt vevő Barta Veronika és munkatársai megvizsgálták az európai globális navigációs műholdas rendszer (GNSS) adataiból származtatott teljes elektrontartalom (Total Electron Content – TEC) időbeli változását és térbeli eloszlását a földrengések környezetében, továbbá elvégezték ezek spektrális elemzését is. Ezen kívül különös figyelmet fordítottak egy légköri modellből származó paraméter, az úgynevezett légköri kémiai potenciál (Atmospheric Chemical Potential – ACP) időbeli változására és regionális eloszlására.

Az elmúlt évtizedekben számos elméleti munka feszegette a földrengést megelőző légköri zavarok, illetve a magnetoszféra és az ionoszféra zavarainak lehetséges fizikai mechanizmusait. A Litoszféra–Légkör–Ionoszféra–Magnetoszféra (Lithosphere–Atmosphere–Ionosphere–Magnetosphere, LAIMC) csatolási modell szerint a földrengést megelőzően mikrorepedések jönnek létre a földkéregben, amelyeken keresztül radon gáz szabadul fel. A megnövekedett radonkoncentráció ionizálja a levegőt, és vízkondenzációs magvakat hoz létre, a kondenzáció során felszabaduló látens hő pedig módosíthatja a légkör hőmérsékletét, páratartalmát és üvegházhatását.

A megnövekedett felszíni ionizáció megváltoztatja a légkör elektromos vezetőképességét, amely a felszín és az ionoszféra közötti globális légköri elektromos áramkörön keresztül elektron-, és ionplazmasűrűség-anomáliákat okozhat az ionoszférában, ami a teljes elektrontartalom változásában is jól követhető. A Föld mágneses erővonalai mentén az ionoszférazavarok képesek behatolni a magnetoszférába. A légköri kémiai potenciál egy, a radonváltozáshoz kapcsolódó új, integrált paraméter, amely a vízmolekulák kondenzációja során felszabaduló látens hővel, a vízmolekulák vízcseppről történő leválási munkájával kapcsolatos. A földrengéseket megelőző radonkoncentráció-növekedés által okozott ionizáció következtében látens hő szabadul fel, mivel megnövekszik a kondenzációs magvak száma. A légköri kémiai potenciál épp ennek a többletnek a kimutatására alkalmas.

A tanulmány eredményei szerint egy többparaméteres, és egyidejűleg több módszert alkalmazó vizsgálat segítségével ki lehet mutatni a földrengésekkel kapcsolatos légköri, illetve ionoszférazavarokat, még geomágneses szempontból aktív időszakokban is. A kutatók a teljes elektrontartalom nagymértékű és rövid ideig tartó változásait detektálták a vizsgált földrengéseket megelőző néhány órában, illetve napban. Az elektrontartalom spektrális elemzése szerint a földrengések epicentruma fölött 20–25 perces periódusidejű, rövid zavarok alakultak ki az ionoszférában. A legtöbb esetben a regionális ionoszférazavar együtt járt az ACP-paraméter megnövekedésével. Annak érdekében, hogy a földrengéseket megelőző légköri és ionoszférikus változásokról átfogó és egyértelmű képet lehessen kapni, a kutatók szerint 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.

GGI földrengések

Ionoszférabeli TEC-változások a 2017. szeptember 8-ai M=8-as magnitúdójú mexikói földrengés kipattanásának időszakában. Az abszcissza mentén a 2017. év napjai (Day Of Year, DOY) vannak feltüntetve, augusztus 24-től (236) szeptember 25-ig (268). Az ordináta a helyi időt jelzi. A szeptember 8-ai 8,2 magnitúdójú földrengés a 251. napon pattant ki. A színskála a teljes elektrontartalom (TEC) 15 napos futóátlagtól való százalékos eltéréseit mutatja az epicentrumhoz közeli UTON GNSS mérőállomás adatai alapján. A földrengést megelőzően (7-én és 8-án) geomágneses vihar is zajlott.

További információk:

Oikonomou, C.; Haralambous, H.; Pulinets, S.; Khadka, A.; Paudel, S.R.; Barta, V.; Muslim, B.; Kourtidis, K.; Karagioras, A.; Inyurt, S. Investigation of Pre-Earthquake Ionospheric and Atmospheric Disturbances for Three Large Earthquakes in Mexico. Geosciences 2021, 11 (1), 16.