Σεισμικό πείραμα στη Σαντορίνη: Η δομή του ηφαιστείου σε μικροσκόπιο

Του Κώστα Παπαζάχου

Το ηφαιστειακό σύμπλεγμα της Σαντορίνης και η πολύπλοκη γεωλογική του ιστορία συγκεντρώνει συνεχώς το ενδιαφέρον των γεωεπιστημόνων (γεωλόγων, γεωφυσικών, κλπ.) που προσπαθούν να αποκαλύψουν τα μυστικά της γεωλογικής του δομής. Όμως, αν και για τη Σαντορίνη έχουν δημοσιευτεί πολλά επιστημονικά αποτελέσματα, υπάρχουν ακόμα πάρα πολλά ερωτήματα τα οποία είναι αναπάντητα ή υπάρχουν μόνο αποσπασματικά αποτελέσματα για αυτά. Συχνά η αιτία για την έλλειψη αυτή οφείλεται στο ότι σημαντικό τμήμα της Σαντορίνης, τόσο το υποθαλάσσιο, όσο και όλο το υπέδαφος της Σαντορίνης, δεν προσφέρονται για άμεση παρατήρηση, δηλαδή δεν μπορούμε εύκολα να έχουμε πληροφορίες για αυτά τα τμήματά της.

Στα ερωτήματα αυτά έρχεται να απαντήσει ένα μεγάλο πείραμα σεισμικής τομογραφίας το οποίο ολοκληρώνεται αυτές τις ημέρες στην ευρύτερη περιοχή του ηφαιστειακού συμπλέγματος της Σαντορίνης. Η σεισμική τομογραφία αποτελεί μία από τις βασικότερες γεωφυσικές τεχνικές, όπου τα σεισμικά κύματα που περνούν μέσα από τη Γη χρησιμοποιούνται για να ανιχνεύσουν περιοχές με μεγαλύτερη ή μικρότερη σεισμική ταχύτητα, δημιουργώντας δισδιάστατες ή και τρισδιάστατες εικόνες του εσωτερικού της Γης, όπως γίνεται και στην Ιατρική με τις ακτίνες Χ ή τη μαγνητική τομογραφία. Έτσι μία περιοχή με έντονη παρουσία μαγματικού υλικού εμφανίζεται ως μία περιοχή με χαμηλές ταχύτητες, αφού το υλικό είναι πιο «μαλακό» λόγω των υψηλών θερμοκρασιών του (π.χ. Κολούμπο), ενώ μία περιοχή με παλιά πετρώματα υποβάθρου εμφανίζεται ως μία περιοχή με υψηλές ταχύτητες, αφού το υλικό είναι πιο «σκληρό» λόγω της παλαιότητας και των μεταμορφικών διεργασιών του (π.χ. Προφήτης Ηλίας και Αθηνιός).

Η βασική διαφορά της ιατρικής από τη σεισμική τομογραφία έγκειται στο ότι στην περίπτωση της ιατρικής τομογραφίας οι πηγές και οι δέκτες των «κυμάτων» που χρησιμοποιούνται (π.χ. πηγή ακτινών Χ) μπορούν να τοποθετηθούν όπου θέλουμε εμείς (ο ακτινολόγος δηλαδή). Αντίθετα στη σεισμική τομογραφία, η πιο διαδομένη πηγή σεισμικών κυμάτων είναι οι σεισμοί, οι οποίοι όμως συμβαίνουν «όπου θέλουν αυτοί», δηλαδή όπου η τοπική γεωλογία και τεκτονική ευνοεί τη γένεσή τους, ενώ μόνιμους σταθμούς καταγραφής δεν μπορούμε να βάλουμε στη θάλασσα! Έτσι στη Σαντορίνη μόνιμη μικροσεισμικότητα έχει σχεδόν αποκλειστικά το ηφαίστειο του Κολούμπο σε βάση 4-8 χιλιόμετρα, ενώ η υπόλοιπη περιοχή (π.χ. καλδέρα) είχε σημαντική σεισμικότητα μόνο στην τελευταία έξαρση του 2011-2012.

Για να ξεπεραστεί ο παραπάνω περιορισμός, το πείραμα το οποίο διεξάγεται από τα μέσα Νοεμβρίου στην ευρύτερη περιοχή της Σαντορίνης χρησιμοποιεί το ερευνητικό πλοίο R/V Marcus G. Langseth του Lamont-Doherty Earth Observatory των Η.Π.Α.

Σε αυτό το πείραμα σεισμικής τομογραφίας χρησιμοποιούνται τεχνητά σεισμικά κύματα που παράγονται από το ωκεανογραφικό πλοίο, το οποίο χρησιμοποιεί ειδικές συσκευές παραγωγής σεισμικών κυμάτων (airguns). Το πλοίο κινείται σε ευθύγραμμα προφίλ, τα οποία φαίνονται στο σχήμα (1) και παράγει σεισμικά κύματα περίπου κάθε λεπτό, δημιουργώντας σχεδόν 15.000 πηγές σεισμικών κυμάτων που καλύπτουν σχεδόν όλη την ευρύτερη περιοχή της Σαντορίνης, μέχρι και την Ανάφη. Αυτά τα σεισμικά κύματα καταγράφονται σε ένα δίκτυο 93 σεισμογράφων θάλασσας (Ocean Bottom Seismometers–OBS), τους οποίους πόντισε το ίδιο σκάφος, καθώς και σε περισσότερους από 65 προσωρινούς σεισμογράφους ξηράς, οι οποίοι έχουν τοποθετηθεί στα νησιά της Σαντορίνης και στην Ανάφη, αλλά και στην Άνυδρο και τα Χριστιανά. Επιπλέον χρησιμοποιείται και το μόνιμο δίκτυο των περισσότερων από 10 σεισμογράφων του ΙΜΠΗΣ στη Σαντορίνη. Με τον τρόπο αυτό, υπολογίζεται ότι θα είναι διαθέσιμες περισσότερες από 2.000.000 σεισμικές ακτίνες, δηλαδή διαδρομές των σεισμικών κυμάτων, οι οποίες θα «φωτίσουν» το υπέδαφος της Σαντορίνης, δίνοντάς μας πληροφορίες για τον φλοιό της περιοχής.

Στο σχήμα (2) παρουσιάζεται ένα δείγμα των καταγραφών που παράγονται από το πλοίο, το οποίο σήμερα 8 Δεκεμβρίου πέρασε από την καλδέρα της Σαντορίνης για να συλλέξει 2 σεισμογράφους θάλασσας (OBS) από την περιοχή της καλδέρας. Στο σχήμα βλέπουμε τις επαναλαμβανόμενες σεισμικές καταγραφές στους διάφορους μόνιμους σεισμολογικούς σταθμούς, και το «επίκεντρο» το οποίο υπολογίστηκε, δηλαδή τη θέση του πλοίου εκείνη τη χρονική στιγμή (25 Νοεμβρίου, 22:00 ώρα Ελλάδος). Όπως είναι προφανές οι εκτονώσεις αερίου με τις οποίες παράγει το πλοίο τα σεισμικά κύματα δεν έγιναν αντιληπτές από τους κατοίκους της Σαντορίνης, αφού λαμβάνεται ειδική μέριμνα για την ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων στο ανθρωπογενές και φυσικό περιβάλλον.

Τα αποτελέσματα του πειράματος, τα οποία θα παραχθούν μέσα στα επόμενα χρόνια, θα οδηγήσουν στην απάντηση πολλών επιστημονικών ερωτημάτων για το ηφαίστειο. Έτσι θα επιτρέψουν τη μελέτη του ανώτερου φλοιού στη Σαντορίνη, αποκαλύπτοντας την παρουσία των βασικών (ενός ή περισσότερων) μαγματικών θαλάμων από τους οποίους προέρχεται το μάγμα των εκρήξεων, τη θέση τους, το βαθμό που το υλικό αυτό ανεβαίνοντας από το μανδύα λιώνει και ενσωματώνει τα υφιστάμενα πετρώματα της Σαντορίνης, κλπ. Παράλληλα θα επιτρέψει να μελετηθούν τα παλαιότερα δεδομένα σεισμικότητας (π.χ. της έξαρσης του 2011-2012) με πολύ μεγαλύτερη ακρίβεια, αλλά και τον υπολογισμό των μελλοντικών σεισμών της περιοχής με ένα βελτιωμένο μοντέλο δομής, βοηθώντας την πιο αξιόπιστη ενημέρωση των κατοίκων της Σαντορίνης στην περίπτωση σεισμικής ή σεισμο-ηφαιστειακής κρίσης. Από ερευνητικής άποψης, η επεξεργασία των δεδομένων θα ξεπεράσει τη συμβατική σεισμική τομογραφία, χρησιμοποιώντας τομογραφία κυματομορφών (δηλαδή επεξεργασία της συνολικής σεισμικής καταγραφής), η οποία είναι ερευνητικό αντικείμενο αιχμής το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως στην έρευνα πετρελαίου.

Το πείραμα υλοποιήθηκε και χρηματοδοτήθηκε από τα Παν/μια του Oregon (ΗΠΑ, Καθηγητές Emilie Hooft και Doug Toomey) και του Imperial (Αγγλία, Καθηγητές Joanna Morgan και Mike Warner), ενώ από την ελληνική μεριά συμμετείχαν τα Παν/μια του Αριστοτελείου Παν/μιου Θες/νίκης (Καθηγητής Κ. Παπαζάχος) και Εθνικού και Καποδιστριακού Παν/μιου Αθηνών (Επίκ. Καθηγήτρια Εύη Νομικού). Το πείραμα δε θα μπορούσε να ολοκληρωθεί χωρίς την αμέριστη συμπαράσταση των Δημάρχων Θήρας και Ανάφης κ. Ζώρζου και κ. Ρούσσου και τη συνέργεια του ΙΜΠΗΣ. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλονται στον Αντιδήμαρχο Σαντορίνης κ. Μάρκο Καφούρο και στο Διοικητή του Αεροπορικού Αποσπάσματος Σαντορίνης Σμήναρχο κ. Καμπιώτη, οι οποίοι μερίμνησαν για τη χρήση του ελικοπτέρου της Πολ. Αεροπορίας με το οποίο έγινε η εγκατάσταση σεισμογράφων στην Άνυδρο και τα Χριστιανά. Τέλος, πολλές ευχαριστίες οφείλονται και στους δεκάδες κατοίκους της Σαντορίνης και Ανάφης, οι οποίοι υποστήριξαν και ανέχθηκαν την παρουσία δεκάδων σεισμογράφων για την καταγραφή του πειράματος.

* Ο κ. Κώστας Παπαζάχος είναι καθηγητής σεισμολογίας στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης και Γενικός Γραμματέας του Ινστιτούτου Μελέτης και Παρακολούθησης του Ηφαιστείου Σαντορίνης