Οι βροντές προκαλούν σεισμικά σήματα;
Οι καταιγίδες επιτρέπουν τη σεισμική απεικόνιση του ρηχού υπεδάφους της Γης.Φωτογραφία, Tom Fisk/Pexels.
Τα σεισμικά κύματα που παράγονται από καταιγίδες, που ονομάζονται σεισμοί με κεραυνούς, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νέα πηγή σεισμικής απεικόνισης, σύμφωνα με νέα μελέτη με επικεφαλής ερευνητές στο Penn State.
Χρησιμοποιώντας υπάρχοντα καλώδια τηλεπικοινωνιών οπτικών ινών θαμμένα λίγα μέτρα κάτω από το έδαφος, κάτω από την πανεπιστημιούπολη University Park του Penn State, οι ερευνητές ανέπτυξαν έναν νέο τρόπο χρήσης της τεχνολογίας κατανεμημένης ακουστικής ανίχνευσης , ή DAS, για να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα ατμοσφαιρικά ακουστικά κύματα μεταφέρουν ενέργεια στο έδαφος. Επίσης, κατέδειξαν πώς αυτή η σύζευξη μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη σεισμική απεικόνιση. Τα ευρήματά τους δημοσιεύθηκαν στις 21 Αυγούστου, στο Science Advances .
«Οι βροντές δημιουργούν ατμοσφαιρικά ακουστικά κύματα που συζεύγνυνται με το έδαφος, παράγοντας σεισμικά σήματα», δήλωσε ο Tieyuan Zhu, αναπληρωτής καθηγητής γεωεπιστημών στο Penn State και αντίστοιχος συγγραφέας της εργασίας. «Επιδείξαμε την πρώτη επιτυχημένη σεισμική απεικόνιση χρησιμοποιώντας κεραυνούς. Αυτή η έρευνα όχι μόνο χρησιμεύει ως απόδειξη της ιδέας για τη χρήση των κεραυνών ως σεισμικών πηγών για τομογραφία, αλλά η DAS παρείχε έναν νέο τρόπο παρατήρησης της αλληλεπίδρασης μεταξύ της ατμόσφαιρας και της στερεάς Γης».
Φανταστείτε το έδαφος με βροντές
Για την αξιολόγηση σεισμικών γεγονότων κοντά στην επιφάνεια της Γης, οι ερευνητές χρησιμοποιούν μια προσέγγιση που ονομάζεται σεισμική τομογραφία, η οποία μπορεί να παράγει μια εικόνα του υπεδάφους από κύματα που καταγράφονται από αισθητήρες στην επιφάνεια. Σε αυτή τη μελέτη, τα κύματα που χρησιμοποιήθηκαν για την απεικόνιση ήταν ακουστικά κύματα που παράγονται από βροντές και όχι από σεισμούς ή ενεργό σεισμικό εξοπλισμό.
«Η σεισμική τομογραφία είναι σημαντική επειδή μας βοηθά να κατανοήσουμε τι συμβαίνει κάτω από την επιφάνεια», δήλωσε ο Zhu, ο οποίος είναι επίσης μέλος ΔΕΠ στο EMS Energy Institute. «Η σεισμική απεικόνιση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση πρόσθετων γεωκινδύνων, όπως καταβόθρες ή κατολισθήσεις, την αξιολόγηση των υπόγειων υδάτων και των μεταλλευτικών πόρων και τη μελέτη ηφαιστείων και θυλάκων μάγματος. Μόνο η τομογραφία μπορεί να μας δώσει πληροφορίες σχετικά με τη δομή του υπεδάφους της Γης που συχνά δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε άμεσα».
Η σεισμική απεικόνιση παραδοσιακά γίνεται με ακριβά εργαλεία που απαιτούν ανθρώπινη ανάπτυξη ή με παθητικές έρευνες που βασίζονται σε σεισμικές πηγές, όπως αυτές που δημιουργούνται από σεισμούς. Αυτές οι παθητικές σεισμικές μέθοδοι απαιτούν γενικά μια ισχυρή διάταξη παρακολούθησης, αλλά η μέθοδος του σεισμού με κεραυνούς επιτρέπει την παθητική απεικόνιση σε μέρη με λιγότερους σεισμούς, όπως οι κεντρικές και ανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες. Η μέθοδος χρήσης υπαρχόντων καλωδίων οπτικών ινών επιτρέπει επίσης την ευκολότερη απεικόνιση σε λιγότερο προσβάσιμες τοποθεσίες, όπως στην Αρκτική ή σε αστικές περιοχές με αυστηρή ρύθμιση, με ελάχιστη διαταραχή στο περιβάλλον και τις υποδομές, ανέφεραν οι ερευνητές.
Τα καλώδια οπτικών ινών καταγράφουν τη μετάβαση
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές έστειλαν μια δέσμη λέιζερ σε ένα προϋπάρχον καλώδιο τηλεπικοινωνιών οπτικών ινών μήκους 4 χιλιομέτρων που ήταν θαμμένο κάτω από την πανεπιστημιούπολη του University Park και κατέγραψαν πώς μετατοπίστηκε η φάση του οπισθοσκεδαζόμενου φωτός λόγω μικροσκοπικών τάσεων κατά μήκος της ίνας που προκαλούνται από σεισμικά κύματα που κινούνται στο έδαφος.
Ο επικεφαλής συγγραφέας Nolan Roth, ο οποίος διεξήγαγε αυτήν την έρευνα στο πλαίσιο των διδακτορικών του σπουδών στο Penn State και τώρα είναι μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο, δήλωσε ότι οι άνθρωποι έχουν προσπαθήσει να χρησιμοποιήσουν βροντές για σεισμική απεικόνιση στο παρελθόν, αλλά ήταν δύσκολο επειδή η διαδικασία είναι τόσο περίπλοκη.
«Χωρίς ανίχνευση απίστευτα υψηλής ανάλυσης, είναι δύσκολο να συναρμολογήσουμε πραγματικά τι συμβαίνει όταν η βροντή χτυπά το έδαφος», είπε ο Ροθ. «Με το DAS, καταγράφουμε εκατοντάδες δείγματα κάθε δευτερόλεπτο και κάθε λίγα μέτρα κατά μήκος του καλωδίου. Αυτό μας επέτρεψε να δούμε τι συνέβαινε σε αυτή τη μετάβαση από την ατμοσφαιρική ακουστική πηγή σε ένα σεισμικό σήμα σε πολύ υψηλή ανάλυση, κάτι που κανείς άλλος δεν μπόρεσε να κάνει ενώ παρατηρούσε βροντές».
Από καταιγίδες στην πανεπιστημιούπολη μέχρι πλανητικούς σεισμούς
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η καλύτερη κατανόηση της σύζευξης ατμόσφαιρας-στερεάς Γης δημιουργεί ευκαιρίες για περαιτέρω διερεύνηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ της επιφάνειας της Γης και της ατμόσφαιρας.
«Η κατανόηση αυτής της σύζευξης θα επιτρέψει σε διεπιστημονικούς ερευνητές να απαντήσουν σε ερωτήματα τόσο στις γεωεπιστήμες όσο και στη μετεωρολογία», δήλωσε ο Ροθ. «Η γνώση του πώς οι ατμόσφαιρες αλληλεπιδρούν με τις επιφάνειες θα είναι επίσης χρήσιμη καθώς συνεχίζουμε να εξερευνούμε εκτός του πλανήτη μας. Οι σεισμοί σε άλλους πλανήτες και φεγγάρια δεν είναι καλά κατανοητοί, επομένως η ύπαρξη μιας διαφορετικής πηγής για σεισμική απεικόνιση μπορεί να είναι απαραίτητη».
Είτε αυτή η νέα τεχνολογία τελικά χρησιμοποιηθεί αλλού στο ηλιακό σύστημα είτε όχι, οι ερευνητές δήλωσαν ότι ελπίζουν να επεκτείνουν το έργο τους και να χρησιμοποιήσουν τα ευρήματά τους πέρα από το Πανεπιστήμιο Penn State.
«Η έρευνά μας δείχνει ότι οι καταιγίδες μπορούν να λειτουργήσουν ως νέα πηγή για σεισμική απεικόνιση κοντά στην επιφάνεια, ειδικά σε περιοχές με περιορισμένη πρόσβαση σε παραδοσιακές σεισμικές πηγές», δήλωσε ο Ζου. «Υπάρχουν κάθε είδους καιρικές μεταβλητότητες κατά μήκος της Ανατολικής Ακτής, επομένως το ερώτημα για το επόμενο βήμα είναι: Μπορούμε να προχωρήσουμε και να σκεφτούμε ευρύτερα;»
Άλλοι συν-συγγραφείς που συνδέονται με το Τμήμα Γεωεπιστημών του Penn State περιλαμβάνουν τους μεταδιδακτορικούς ακαδημαϊκούς Donggeon Kim και Rafał Czarny, ο οποίος εργάζεται τώρα στο Ινστιτούτο Σεισμολογίας Ορυχείων στην Αυστραλία, τον μεταπτυχιακό φοιτητή Young Cheol Kim και την καθηγήτρια Γεωεπιστημών Christelle Wauthier.
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα phys.org
περισσότερα,
Nolan Roth et al, Imaging Earth's subsurface with thunderstorm-generated seismic waves, Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeg8096. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeg8096
Journal information: Science Advances
https://phys.org/news/2026-08-thunderquakes-enable-seismic-imaging-earth.html#google_vignette
