Μόνιμοι Μαγνητοτελλουρικοί Σταθμοί στο μέτωπο του Ελληνικού Τόξου Πρώτα Αποτελέσματα και Προοπτικές

Μόνιμοι Μαγνητοτελλουρικοί Σταθμοί στο μέτωπο του Ελληνικού Τόξου Πρώτα Αποτελέσματα και Προοπτικές Δέσποινα ΚΑΛΗΣΠΕΡΗ 1, Ηρακλής ΡΗΓΑΚΗΣ 2, Γεώργιος ΠΕΝΤΕΣ 2, Αντώνιος ΚΟΚΟΛΟΓΙΑΝΝΑΚΗΣ 2, Θεόδωρος ΘΩΜΑΔΑΚΗΣ 2, Φραγκίσκος ΠΕΝΤΑΡΗΣ 3, Ιωάννης Π. ΜΑΚΡΗΣ 2, Φίλιππος ΒΑΛΛΙΑΝΑΤΟΣ 1 (1) Τμήμα Μηχανικών Φυσικών Πόρων και Περιβάλλοντος Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης Ρωμανού 3, Χαλέπα, Τ.Θ. 89, 73103 Χανιά, Ελλάδα, τηλ: +302821023079, e-mail: dkalisperi@chania.teicrete.gr (2) Τμήμα Ηλεκτρονικών Μηχανικών Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης Ρωμανού 3, Χαλέπα, Τ.Θ. 89, 73103 Χανιά, Ελλάδα, τηλ: +302821023001, e-mail: jpmakris@chania.teicrete.gr (3) Dept. of Electronic and Computer Engineering Brunel University London Kingston Lane, Uxbridge, Middlesex UB8 3PH, UK, e-mail: fpentaris@gmail.com Λέξεις κλειδιά: μαγνητοτελλουρική μέθοδος, γεωηλεκτρική δομή, σεισμοηλεκτρομαγνητισμός, προσεισμικές διαταραχές, μικροελεγκτής Περίληψη Στα πλαίσια της μεταδιδακτορικής έρευνας PE10 (2589) MT-GEAR «Μαγνητοτελλουρικά για τη Γεωδυναμική Μελέτη του Ελληνικού Τόξου» επιδιώκεται η όσο το δυνατό πιο λεπτομερής διερεύνηση της γεωηλεκτρικής δομής της Ελληνικής Ζώνης Υποβύθισης στο Νότιο Αιγαίο. Στην κατεύθυνση αυτή και με δεδομένο ότι το Ελληνικό Τόξο είναι η πιο ενεργή σεισμικά περιοχή της δυτικής Ευρασίας, δύο μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί (ΜΤ) σταθμοί εγκαταστάθηκαν για πρώτη φορά στο μέτωπο του Ελληνικού Τόξου και συγκεκριμένα στη Δυτική Κρήτη (οροπέδιο Ομαλός) και στη Ρόδο (Λάερμα). Παρουσιάζονται τα τεχνολογικά πλεονεκτήματα των μόνιμων ΜΤ σταθμών και τα προκαταρκτικά αποτελέσματα από τη μέχρι σήμερα λειτουργία τους και συζητούνται οι προοπτικές που ανοίγονται για συμβολή στη σεισμοηλεκτρομαγνητική έρευνα. Η έρευνα PE10 (2589) MT-GEAR υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης «Ενίσχυση Μεταδιδακτόρων Ερευνητών/τριών» του ΕΠΕΔΒΜ με δικαιούχο την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας και συγχρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (ΕΚΤ) και από Εθνικούς Πόρους. Abstract In the frame of the postdoctoral research project PE10 (2589) MT-GEAR MagnetoTellurics in studying Geodynamics of the hellenic ARc (MT-GEAR) is aimed the most possible thorough investigation of the geoelectric structure of the Hellenic Subduction Zone (HSZ) at South Aegean. To this direction, and taking into account that the Hellenic Arc is the most active region of the western Euroasia, two permanent magnetotelluric (MT) stations have been installed, for a first time, at the front of the Hellenic Arc and specifically in Western Crete (Omalos plateau) and in Rhodes (Laerma). Here we present the technological advantages of the permanent MT-stations and the preliminary results from their up to now operation and the perspectives, opening for the seismoelectromagnetic research, are discussed. The project PE10 (2589) MT-GEAR is executed in the framework of the Action Supporting Postdoctoral Researchers of the Operational Programme (OP) 'Education and Lifelong Learning (EdLL)' with stakeholder the General Secretariat for Research and Technology and is being co-funded by the European Union (European Social Fund) and Greek national funds. 1

1. Εισαγωγή Πανελλήνιο Συνέδριο Το Ελληνικό Τόξο (Hellenic Arc) είναι δημιούργημα σύνθετων φαινομένων που προέρχονται από την σύγκλιση των λιθοσφαιρικών πλακών Ευρώπης και Αφρικής (McKenjie, 1970). Με τη σύγκλιση αυτή λαμβάνει χώρα βύθιση της πλάκας της Αφρικής κάτω από την Ευρώπη. Η βύθιση πιστεύεται ότι είναι αμφιθεατρική και στο γεγονός αυτό οφείλεται το "τοξοειδές" σχήμα του Ελληνικού τόξου. Η διεύθυνση της βύθισης της Αφρικανικής πλάκας υπολογίζεται ότι είναι ΒΒΑ, ενώ η ταχύτητα της βύθισης 2,5-3,5 cm/έτος. Τα κύρια μορφοτεκτονικά στοιχεία από τα οποία συγκροτείται το Ελληνικό τόξο είναι τα εξής: α) Το Εξωτερικό τόξο που ονομάσθηκε από την αρχή από τους γεωφυσικούς "Εξωτερικό ιζηματογενές τόξο" με την ευρεία του έννοια και που για τον Ελληνικό χώρο περιλαμβάνει τις Δυτικές εξωτερικές οροσειρές της ηπειρωτικής Ελλάδας, την Κρήτη και τα Δωδεκάνησα, β) Η Ελληνική περιφερειακή τάφρος (Hellenic trench) που περιβάλλει από τα εξωτερικά (κυρτό μέρος) το ιζηματογενές τόξο, από το Ιόνιο πέλαγος μέχρι τα νότια της Κρήτης και της Ρόδου και αποτελεί σύστημα βαθιών (βάθη 2000-5000 m) υποθαλάσσιων βυθισμάτων, γ) Το ηφαιστειακό τόξο του Αιγαίου (Volcanic Arc) που βρίσκεται στο εσωτερικό μέρος και αποτελείται από τα ενεργά και Πλειο-Τεταρτογενή ηφαίστεια της Σαντορίνης, της Μήλου, της Νισύρου, των Μεθάνων, και της Κω, δ) Η λεκάνη πίσω από το τόξο (back-arc basin) που δημιουργείται από τις εφελκυστικές τάσεις πίσω από το τόξο και ιδιαίτερα πίσω από το πρίσμα επαύξησης. Η βύθιση της Αφρικανικής πλάκας έχει διαπιστωθεί και έχει καθορισθεί (Papazachos & Comninakis 1971, 1978) από τον προσδιορισμό των εστιών και των μηχανισμών γένεσης των σεισμών ενδιαμέσου βάθους, οι οποίοι διατάσσονται σε μια ζώνη, τη ζώνη Benioff. Η κλίση της βυθιζόμενης πλάκας (ζώνη Benioff) υπολογίσθηκε από τη χαρτογράφηση των σεισμών ότι είναι 35 προς ΒΒΑ και η βυθιζόμενη πλάκα έχει φθάσει σε βάθος περί τα 200 km. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω κρίνεται ότι η Κρήτη και τα νησιά του Αιγαίου παρέχουν εξαιρετική πρόσβαση για τη μελέτη της δομής του Ελληνικού Τόξου σε πολλά επίπεδα (Seidel, 2003). Η προαναφερθείσα περιοχή μελέτης είναι πολύ ενδιαφέρουσα τόσο για το σύνθετο γεωλογικό καθεστώς της, όσο και για τη σεισμική δραστηριότητα που έχει παρουσιάσει ιστορικά (Pirazzoli, 1996, Stiros, 2001) αλλά και εμφανίζει στην τωρινή εποχή (Nikolintaga et al. 2008). Επομένως, εκτός από την προφανή σεισμοτεκτονική μελέτη που διεξάγεται, χαρακτηρίζεται και ως εξαιρετική περιοχή μελέτης (πολύτιμο φυσικό εργαστήριο) για την προσπάθεια συσχετισμού των μεταβολών του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου και/ή των μεταβολών της γεωηλεκτρικής δομής του υπεδάφους, με τη σεισμική δραστηριότητα. Στη βιβλιογραφία υπάρχει πλέον πλειάδα αναφορών και μελετών που αφορούν σε προσεισμικά φαινόμενα, κυρίως ηλεκτρικής, μαγνητικής και ηλεκρομαγνητικής φύσης (ULF, ELF, VLF, HF) γεγονός που καταδεικνύει την έμφαση που αποδίδει η επιστημονική κοινότητα στη σεισμοηλεκτρομαγνητική έρευνα. Προς επίρρωση της διαπίστωσης αυτής, αντί της παράθεσης μιας μακροσκελούς λίστας αναφορών από τη διεθνή επιστημονική βιβλιογραφία, παραθέτουμε τα βιβλιογραφικά στοιχεία επιλεγμένων δημοσιεύσεων που συνιστούν είτε ειδικές εκδόσεις (μονογραφίες), είτε εργασίες ανασκόπησης του γνωστικού πεδίου, οπότε μέσω αυτών μπορεί κανείς να ταξιδέψει στο πλούσιο δημοσιευμένο έργο (Park 1993, 1994, Hayakawa and Fujinawa 1994 Parrot 1994, Johnston 1997, Hayakawa 1999, Pulinets et al 2000, Tzanis and Vallianatos 2001, Hayakawa and Molchanov 2002, Uyeda and Meguro 2004, Varotsos 2005, Eftaxias et al 2007, Sgrigna at al 2007). Η μαγνητοτελλουρική μέθοδος (ΜΤ), είναι μία παθητική μέθοδος γεωφυσικής διασκόπησης, όπου χρησιμοποιείται το φυσικό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για την διερεύνηση της δομής της ηλεκτρικής αγωγιμότητας της Γης. Τη δεκαετία του 1950, ο Tikhonov (1950) και ο Cagniard (1953) διαπίστωσαν ότι όταν οι μεταβολές του ηλεκτρικού (Ε) και μαγνητικού (H) πεδίου μετρώνται ταυτοχρόνως, τότε μπορούν να προσδιοριστούν οι εμπεδήσεις (impedances) που περιγράφουν τη διείσδυση των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων στο εσωτερικό της Γης. Τα βάθη διείσδυσης των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων μέσα στη Γη είναι συνάρτηση της συχνότητάς τους και εξαρτώνται από την αγωγιμότητα του υπεδάφους, συνεπώς η φασματική περιοχή της ηλεκτρομαγνητικής βαθοσκόπησης επιτρέπει τη μελέτη του εσωτερικού της Γης σε διάφορα βάθη (οι υψηλές συχνότητες αφορούν τα επιφανειακά στρώματα, ενώ για μεγάλες περιόδους μπορεί η μελέτη να φτάσει σε βάθος εκατοντάδων χιλιομέτρων). Με την αντιστροφή του τανυστή της εμπέδησης, ο οποίος συσχετίζει γραμμικά, στο πεδίο συχνοτήτων, τις οριζόντιες συνιστώσες του παρατηρούμενου ηλεκτρικού πεδίου με τις οριζόντιες συνιστώσες του παρατηρούμενου μαγνητικού πεδίου, μπορεί να προσδιοριστεί η κατανομή της φαινόμενης αντίστασης του εσωτερικού της Γης (γεωηλεκτρική δομή). Οι συνεχείς μαγνητοτελλουρικές καταγραφές μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για εφαρμογή της τεχνικής Remote Reference (Gamble et al, 1979) που βελτιώνει τη μαγνητοτελλουρική ανάλυση στις περιπτώσεις όπου υφίσταται μαγνητικός θόρυβος, όσο και για την προσπάθεια ανίχνευσης σεισμοηλεκτρομαγνητικών φαινομένων όπως η μεταβολή της φαινόμενης αντίστασης του υπεδάφους που υπόκεται του ΜΤ-σταθμού, ή η καταγραφή ULF μεταβολών του μετρούμενου ηλεκτρικού ή/και του μαγνητικού πεδίου εσωτερικής (γεωδυναμικής) προέλευσης (Svetov et al, 1997). Στην υφήλιο υπάρχουν αρκετοί μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί σταθμοί, όπως για παράδειγμα στην Ιαπωνία (Wakuya station και Esashi station), στην Ταϊβάν (στο νησί Penghu), στην Ιταλία (Balasco et al, 2004, Balasco et al, 2008), στη Ρωσία (Svetov et al, 1997) και στη Γερμανία (Eydam & Munoz, 2011), όπου λειτουργούν είτε ως σταθμοί Remote Reference, είτε για την έρευνα πρόγνωσης σεισμών. 2

2. Το Ερευνητικό Πρόγραμμα ΜΤ-GEAR Η μεταδιδακτορική έρευνα PE10 (2589) MT-GEAR «Μαγνητοτελλουρικά για τη Γεωδυναμική Μελέτη του Ελληνικού Τόξου» έχει ως κύριο σκοπό την όσο το δυνατό πιο λεπτομερή διερεύνηση της γεωηλεκτρικής δομής του Ελληνικού Τόξου στο Νότιο Αιγαίο με την εφαρμογή ηλεκτρομαγνητικών γεωφυσικών μεθόδων, καθώς και τη συσχέτιση μεταβολών των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων ή/και αλλαγών της γεωηλεκτρικής δομής με τη σεισμική δραστηριότητα. Για το σκοπό αυτό, μαγνητοτελλουρικές κυρίως μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν κατά το 2013 στη Κρήτη, σε 15 νησιά του Νοτίου Αιγαίου (Γαύδος, Κύθηρα, Αντικύθηρα, Σαντορίνη, Ανάφη, Μήλος, Φολέγανδρος, Ίος, Αστυπάλαια, Νίσυρος, Ρόδος, Κως, Τήλος, Αμοργός, Κάρπαθος), καθώς και στη Νότια Πελοπόννησο (Καλαμάτα, Γύθειο, Γεράκι, Μονεμβασιά). Επίσης, δύο μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί (ΜΤ) σταθμοί εγκαταστάθηκαν για πρώτη φορά στο μέτωπο του Ελληνικού Τόξου και συγκεκριμένα στη Δυτική Κρήτη (οροπέδιο Ομαλός) και στη Ρόδο (Λάερμα) (Εικόνα 1). Παρακάτω ακολουθεί εκτενής περιγραφή των δύο μόνιμων σταθμών. Εικόνα 1. Στα πλαίσια του MT-GEAR πραγματοποιήθηκαν κατά το 2013 γεωφυσικές μετρήσεις στη Κρήτη, σε 15 νησιά του Νοτίου, καθώς και στη Νότια Πελοπόννησο. Επίσης, δύο μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί (ΜΤ) σταθμοί στη Δυτική Κρήτη (οροπέδιο Ομαλός) και στη Ρόδο (Λαέρμα). 3. Οι Μόνιμοι Μαγνητοτελλουρικοί Σταθμοί Οι μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί σταθμοί βασίστηκαν σε έξυπνο μετασχηματισμό δύο φορητών ΜΤ συστημάτων που διαθέτει το Εργαστήριο Γεωφυσικής & Σεισμολογίας του Τ.Ε.Ι. Κρήτης. Συγκεκριμένα, το MT24LF (Magnetotelluric 24-bit Low Frequency receiver by EMI Technology - Schlumberger SpA) είναι ένας παραμετροποιημένος μαγνητοτελλουρικός δέκτης που χρησιμοποιεί έναν ισχυρό επεξεργαστή και διπλό ψηφιοποιητή (A/D) 24-bits για χαμηλή και υψηλή δειγματοληψία. Διαθέτει Compact Flash μνήμη για τη συλλογή των δεδομένων και συνδυάζει τοπικό ταλαντωτή υψηλής ακρίβειας με GPS συγχρονισμό για τέλειο χρονισμό των μετρήσεων. Το φορητό ΜΤ-σύστημα περιλαμβάνει τρεις επαγωγικούς αισθητήρες τύπου πηνίου, για τη μέτρηση των τριών συνιστωσών του μαγνητικού πεδίου, ιδιαίτερα χαμηλού εσωτερικού θορύβου και ευρέως φάσματος (10.000s 1kHz) και δύο ζεύγη αντιπολωτικών ηλεκτροδίων Pb-PbCl2 για τη μέτρηση των οριζόντιων συνιστωσών του ηλεκτρικού πεδίου (Εικόνα 2). Το φορητό MT24LF μετασχηματίστηκε στο μόνιμο μαγνητοτελλουρικό σταθμό, που σχηματικά απεικονίζεται στην Εικόνα 3, αποτελείται πλέον από τις εξής διακριτές υπομονάδες: MT24LF μαγνητοτελλουρικό δέκτη Αισθητήρες ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου Ελεγκτή Συστήματος Πεδίου (MT-Gear System Controller) βασισμένο στον μικροελεγκτή MSP430F5438A Ενσωματωμένο μικροϋπολογιστή ή μικρό φορητό υπολογιστή χαμηλής κατανάλωσης Δρομολογητή κινητής επικοινωνίας (3G) με διαδικτυακή πρόσβαση (internet access) 3

Σύστημα αδιάλειπτης τροφοδοσίας που περιλαμβάνει μικρό φωτοβολταϊκό (12V/95W), μπαταρία (60Ah), φορτιστή και επιτηρητές ρεύματος και φόρτισης. Εικόνα 2. Φορητό ΜΤ σύστημα από την EMI Technology - Schlumberger SpA. Εικόνα 3. Block διάγραμμα που απεικονίζει τις κύριες μονάδες του μόνιμου τηλεμετρικού μαγνητοτελλουρικού σταθμού. Την καρδιά του μόνιμου μαγνητοτελλουρικού σταθμού συνιστά o Ελεγκτής Συστήματος Πεδίου (remote master control). Η κύρια αποστολή του είναι να ελέγχει όλες τις βαθμίδες του συστήματος και να παρέχει τις απαραίτητες στάθμες τροφοδοσίας: +12 Volts για τον 3G δρομολογητή, +19 Volts για τον, ±12 Volts and +6 Volts (με γαλβανική απομόνωση και αποκοπή θορύβου) για τον MT24LF δέκτη. Ο Ελεγκτής Συστήματος Πεδίου περιλαμβάνει επιπροσθέτως μονάδα κινητής επικοινωνίας GSM για απομακρυσμένη οδήγηση με κωδικοποιημένες εντολές DTMF. Επίσης, διαθέτει διεπαφή USB to RS232 (με γαλβανική απομόνωση) για τη μεταγωγή των ΜΤδεδομένων από τον MT24LF μαγνητοτελλουρικό δέκτη στον μικροϋπολογιστή πεδίου καθώς και την παραμετροποίηση και ρύθμιση του δέκτη. Τέλος, ο Ελεγκτής Συστήματος Πεδίου έχει τη δυνατότητα να επιτηρεί και να καταγράφει όλες τις ζωτικής σημασίας παραμέτρους και την εν γένει κατάσταση του μόνιμου ΜΤ-σταθμού (ρεύμα συστήματος, ρεύμα φόρτισης, στάθμες τροφοδοσίας, τάση μπαταρίας κλπ) πληροφορίες που είναι διαθέσιμες στον απομακρυσμένο χρήστη μέσω της επικοινωνίας GSM. 4

Μέσω του 3G δρομολογητή επιτυγχάνεται η απομακρυσμένη πρόσβαση στον μικροϋπολογιστή πεδίου (που διαφορετικά είναι απενεργοποιημένος) για τη μεταφορά των ΜΤ-δεδομένων στο σταθμό βάσης και τον έλεγχο του MT24LF. Η λειτουργία του μόνιμου μαγνητοτελλουρικού σταθμού έχει δύο κύριες καταστάσεις: Την «κατάσταση μέτρησης», στην οποία λειτουργούν μόνο ο MT24LF μαγνητοτελλουρικός δέκτης και ο Ελεγκτής Συστήματος Πεδίου και η κατανάλωση ισχύος ελαχιστοποιείται. Την «κατάσταση επικοινωνίας» στην οποία λειτουργούν όλες οι μονάδες του συστήματος και ο χρήστης έχει απομακρυσμένη πρόσβαση για έλεγχο/ρύθμιση του σταθμού και μεταφορά δεδομένων με κατάλληλο λογισμικό που αναπτύχθηκε. Για να μεταβεί ο σταθμός από τη μία κατάσταση στην άλλη, καθοδηγείται ο Ελεγκτής Συστήματος Πεδίου από την κατάλληλη εντολή (DTMF code) που λαμβάνεται από τον απομακρυσμένο χρήστη μέσω της μονάδας GSM. Τέλος, η αυτονομία του μόνιμου ΜΤ-σταθμού εξασφαλίζεται από το ειδικά μελετημένο σύστημα αδιάλειπτης τροφοδοσίας. Η κατάλληλη επιλογή φωτοβολταϊκού και μπαταρίας, σε συνδυασμό με τον ελεγκτή φόρτισης και τις προσεκτικά υπολογισμένες καταναλώσεις επιτυγχάνουν αυτονομία 10 ημερών (με πλήρη απουσία ηλιοφάνειας) ύστερα από μία μόνο ημέρα με πλήρη ηλιοφάνεια. 3.1. Ο Μόνιμος ΜΤ Σταθμός στον Ομαλό Χανίων Κρήτης Στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος MT-GEAR, από τις αρχές του 2013 έχει εγκατασταθεί από το εργαστήριο Γεωφυσικής και Σεισμολογίας του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος (ΤΕΙ) Κρήτης και λειτουργεί ο μόνιμος μαγνητοτελλουρικός σταθμός στο Οροπέδιο του Ομαλού Χανίων στη Δυτική Κρήτη (35.33 Ν, 23.89 Ε). Η επιλογή της συγκεκριμένης θέσης έγινε ύστερα από εντατική προσπάθεια αναζήτησης κατάλληλης περιοχής, καθώς παράγοντες όπως το ανάγλυφο της Δυτικής Κρήτης και έντονη χρήση γης επιβάρυναν τη διαδικασία. Συγκεκριμένα, το οροπέδιο του Ομαλού Χανίων επιλέχθηκε, λόγω της καλής ποιότητας δεδομένων, μεταξύ 11 υποψήφιων θέσεων στη Δυτική Κρήτη, όπου είχαν πραγματοποιηθεί δοκιμαστικές μετρήσεις (συνεχής καταγραφή για 3 νύχτες με δειγματοληψία 6.25 Ηz). Η θέση χαρακτηρίζεται ως σχετικά απομονωμένη, μακριά από σημαντικό ανθρωπογενή θόρυβο (ηλεκτροφόρα καλώδια, μεταλλικούς σωλήνες και φράχτες). 3.2. Ο Μόνιμος Σταθμός στα Λάερμα Ρόδου Ο μαγνητοτελλουρικός σταθμός στα Λάερμα Ρόδου (36.17 Ν, 27.97 Ε) είναι ο δεύτερος μόνιμος σταθμός που εγκαταστάθηκε από το εργαστήριο Γεωφυσικής και Σεισμολογίας του Τεχνολογικού Εκπαιδευτικού Ιδρύματος (ΤΕΙ) Κρήτης στα πλαίσια του ερευνητικού προγράμματος MT-GEAR και λειτουργεί από τον Απρίλιο του 2014. O σταθμός αυτός εγκαταστάθηκε μόνιμα στη Ρόδο, μετά το πέρας όλων των προγραμματισμένων μετρήσεων του έργου (νησιά Νοτίου Αιγαίου, Πελοπόννησος, Κρήτη). Η θέση Λάερμα επιλέχθηκε μεταξύ δύο υποψήφιων θέσεων, όπου είχαν αρχικά πραγματοποιηθεί μαγνητοτελλουρικές μετρήσεις τον Μάιο του 2013 στη Ρόδο, για τους ίδιους λόγους που συνέτρεξαν στην περίπτωση του Ομαλού (επίσης πολύ καλής ποιότητας δεδομένα). 4. Ανάλυση και Επεξεργασία Μαγνητοτελλουρικών Δεδομένων Το συγκριτικό πλεονέκτημα των μόνιμων ΜΤ σταθμών είναι ότι μπορεί να γίνει επιλογή συγκεκριμένων χρονοσειρών, που να εμπεριέχουν έντονες μαγνητοτελλουρικές διαταραχές, που προέρχονται από μαγνητικές καταιγίδες με αποτέλεσμα την άριστη ποιότητα δεδομένων. Παρακάτω ακολουθούν καμπύλες που προέρχονται από την ανάλυση ΜΤ συνεχών καταγραφών με δειγματοληψία 6.25 Hz για το σταθμό του Ομαλού και των Λαέρμων αντίστοιχα. Η μέθοδος επεξεργασίας που εφαρμόστηκε και στις δύο περιπτώσεις είναι η Robust Single Site (zss) με τη χρήση του κώδικα του Egbert (Egbert, 1997). Έτσι, υπολογίστηκαν οι καμπύλες των φαινόμενων ειδικών αντιστάσεων ρxy και ρyx, συναρτήσει της περιόδου, που σχετίζονται με τα μη διαγώνια στοιχεία του τανυστή της εμπέδησης Zxy και Zyx. Η καμπύλη του σταθμού του Ομαλού αφορά τη χρονική περίοδο Ιούνιος 2013, ενώ της Ρόδου τη περίοδο Ιούνιος 2014 (Εικόνα 4). 5

Εικόνα 4. Καμπύλες της φαινόμενης ειδικής αντίστασης (Apparent resistivity) και των φάσεων (Phase) σε συνάρτηση με την περίοδο (Period). Παραδείγματα από τους σταθμούς του Ομαλού Δ. Κρήτης και της Ρόδου για τις χρονικές περιόδους Ιούνιος 2013 και Ιούνιος 2014 αντίστοιχα. 5. Συσχέτιση μεταβολών του ηλεκτρικού πεδίου με τη σεισμική δραστηριότητα Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, σκοπός της λειτουργίας των δύο μόνιμων ΜΤ σταθμών στο Νότιο τμήμα του Ελληνικού Τόξου είναι και η ενδεχόμενη ανίχνευση ULF μεταβολών του μετρούμενου ηλεκτρικού ή/και του μαγνητικού πεδίου. Στο πλαίσιο αυτό και παρά το γεγονός ότι οι δύο ΜΤ σταθμοί λειτουργούν για σχετικά μικρό χρονικό διάστημα (σταθμός Ομαλού από Μάρτιο 2013 και σταθμός Λαέρμων από Απρίλιο 2014) έγινε μία πρώτη προσπάθεια η μέχρι τώρα δομηθείσα βάση ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου να συσχετιστεί με τη σεισμική δραστηριότητα που καταγράφηκε στην ευρύτερη σεισμογενή περιοχή των δύο σταθμών. Στη συνέχεια παρατίθενται δύο χαρακτηριστικές περιπτώσεις (μία για τον ΜΤ σταθμό του Ομαλού και μία για τον ΜΤ σταθμό των Λαέρμων) ανίχνευσης μεταβατικών ανωμαλιών του ηλεκτρικού πεδίου που πιθανολογείται ότι συσχετίζονται με συγκεκριμένους ισχυρούς σεισμούς που έλαβαν χώρα σε σχετικά κοντινή απόσταση από τους αντίστοιχους σταθμούς. 5.1. Περίπτωση σεισμοηλεκτρικής διαταραχής για τον σταθμού του Ομαλού Χανίων Κρήτης Στις 29 Αυγούστου 2014 στις 03:45:05 σημειώθηκε μεγάλο σεισμικό γεγονός περίπου 130Km βορειοδυτικά της Κρήτης (36.67Ν, 23.68Ε), βάθους 95Km και μεγέθους 5.8Mw (Εικόνα 8). Μετά από ενδελεχή παρατήρηση των ηλεκτρομαγνητικών καταγραφών του σταθμού του Ομαλού βρέθηκαν μεταβολές των ηλεκτρικών πεδίων (σεισμοηλεκτρικά σήματα) που ενδεχομένως συσχετίζονται με το μεγάλο σεισμικό γεγονός της 29 ης Αυγούστου. Οι μεταβολές αυτές εμφανίζονται λίγες ημέρες νωρίτερα στις 12, 13 και 16 Αυγούστου 2014 (Εικόνες 5, 6, 7) 6

53.33mV/km 53.33mV/km 0.033γHz 53.33mV/km 53.33mV/km 0.033γHz 53.33mV/km 53.33mV/km 0.033γHz Πανελλήνιο Συνέδριο H x E x E y Εικόνα 5. Μεταβολή του ηλεκτρικού πεδίου που παρατηρείται στις 12/08/2014 και αφορά το σεισμό στις 29/08/2014. H x E x E y Εικόνα 6. Μεταβολή του ηλεκτρικού πεδίου που παρατηρείται στις 13/08/2014 και αφορά το σεισμό στις 29/08/2014. H x E x E y Εικόνα 7. Μεταβολή του ηλεκτρικού πεδίου που παρατηρείται στις 16/08/2014 και αφορά το σεισμό στις 29/08/2014. 7

33.33mV/km 33.33mV/km 0.046γHz Πανελλήνιο Συνέδριο Εικόνα 8. Ο σεισμός της 29 Αυγούστου 2014 στις 03:45:05 σημειώθηκε, 130Km βορειοδυτικά της Κρήτης (36.67Ν, 23.68Ε), βάθους 95Km και μεγέθους 5.8Mw. 5.2. Περίπτωση σεισμοηλεκτρικής διαταραχής για τον σταθμό των Λαέρμων Ρόδου Ένα άλλο παράδειγμα σεισμοηλεκτρικού σήματος που αφορά τα δύο σεισμικά γεγονότα που σημειώθηκαν στις 21 Αυγούστου 2014 στις 20:37:18 (35.41, N 27.74 E) και στις 22 Αυγούστου 2014 (35.45 N, 27.77 E) στις 17:46:31, μεγέθους Mw4.8 και Mw4.3 αντιστοίχως, περίπου 85 Km νότια του σταθμού της Ρόδου (Εικόνα 10), απεικονίζεται στην Εικόνα 9. Μετά από ενδελεχή παρατήρηση των ηλεκτρομαγνητικών καταγραφών του σταθμού των Λαέρμων Ρόδου, παρατηρείται μεταβολή του ηλεκτρικού πεδίου (σεισμοηλεκτρικά σήματα) που ενδεχομένως συσχετίζονται με τα σεισμικά γεγονότα της 21 ης και 22 ης Αυγούστου. Η μεταβολή αυτή εμφανίζεται λίγες ημέρες νωρίτερα στις 14 Αυγούστου 2014 (Εικόνα 9) H x E x E y Εικόνα 9. Μεταβολή του ηλεκτρικού πεδίου που παρατηρείται στις 14/08/2014 και αφορά τους σεισμούς στις 21/08/2014 και 22/08/2014. 8

Εικόνα 10. Οι σεισμοί της 21ης στις 20:37:18 (35.41, N 27.74 E) και της 22ης Αυγούστου 2014 στις 17:46:31 (35.45 N, 27.77 E), μεγέθους Mw4.8 και Mw4.3 αντιστοίχως, περίπου 85 Km νότια του σταθμού της Ρόδου, 6. Συμπεράσματα Στα πλαίσια της μεταδιδακτορικής έρευνας PE10 (2589) MT-GEAR «Μαγνητοτελλουρικά για τη Γεωδυναμική Μελέτη του Ελληνικού Τόξου» δύο μόνιμοι μαγνητοτελλουρικοί (ΜΤ) σταθμοί έχουν εγκατασταθεί στο Νότιο τμήμα του Ελληνικού Τόξου και συγκεκριμένα στη Δυτική Κρήτη (οροπέδιο Ομαλός) και στη Ρόδο (Λάερμα). Εκτός από την μελέτη της γεωηλεκτρικής δομής που είναι ο κύριος σκοπός της έρευνας, γίνεται διερεύνηση για συσχέτιση της μεταβολής του ηλεκτρικού πεδίου με την έντονη σεισμική δραστηριότητα της περιοχής μελέτης. Μετά από ενδελεχή μελέτη των ηλεκτρομαγνητικών δεδομένων, εντοπίστηκαν δύο περιπτώσεις (μία για τον ΜΤ σταθμό του Ομαλού και μία για τον ΜΤ σταθμό των Λαέρμων) ανίχνευσης μεταβατικών ανωμαλιών του ηλεκτρικού πεδίου που πιθανολογείται ότι συσχετίζονται με συγκεκριμένους ισχυρούς σεισμούς που έλαβαν χώρα σε σχετικά κοντινή απόσταση από τους αντίστοιχους σταθμούς. Τα προκαταρκτικά αυτά αποτελέσματα κρίνονται ιδιαίτερα ενθαρρυντικά και ανοίγουν προοπτικές για συμβολή στη σεισμοηλεκτρομαγνητική έρευνα με την προϋπόθεση οι μόνιμοι ΜΤ σταθμοί να διατηρηθούν σε λειτουργία κι ενδεχομένως να συμπληρωθούν και με άλλους ώστε να ενισχυθεί περαιτέρω η έρευνα προς αυτή τη κατεύθυνση. Ευχαριστίες Η έρευνα PE10 (2589) MT-GEAR υλοποιείται στο πλαίσιο της Δράσης «Ενίσχυση Μεταδιδακτόρων Ερευνητών/τριών» του ΕΠΕΔΒΜ με δικαιούχο την Γενική Γραμματεία Έρευνας και Τεχνολογίας και συγχρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (ΕΚΤ) και από Εθνικούς Πόρους. Bιβλιογραφία Balasco M., Colangelo G., Lapenna V., Loddo M., Siniscalchi A. and Telesca L. 2004. Measuring apparent resistivity in a seismically active area of southern Italy, Phys. Chem. Earth, vol. 29, pp. 329-337. Balasco M. Lapenna V., Romano G., Siniscalchi A., and Telesca L. 2008. A new magnetotelluric monitoring network operating in Agri Valley (Southern Italy): study of stability of apparent resistivity estimates, Annals of Geophysics, vol. 51, n.1, pp.265-273. 9

Eftaxias K., Sgrigna V. and Chelidze T. 2007. Mechanical and Electromagnetic Phenomena Accompanying Preseismic Deformation: from Laboratory to Geophysical Scale, Tectonophysics, vol. 431, pp. 1-301. Egbert, G.D. 1997. Robust multiple-station magnetotelluric data processing, Geophys J. Int., vol. 130, pp. 475-496 Eydam D. and Munoz G. 2011. The Permanent Magnetotelluric Remote Reference Station, Schmucker-Weidelt-Kolloquium, Neustadt an der Weinstraße, 19 23 September 2011. Gamble T.D., Goubaou W.M. and Clarke J. 1979. Magnetotellurics with a remote reference, Geophysics, vol. 44, pp. 53-68. Hayakawa M. and Fujinawa Y. (eds) 1994. Electromagnetic Phenomena Related to Earthquake Prediction, Tokyo: Terra Sci. Pub. Hayakawa M. 1999. Atmospheric and Ionospheric Electromagnetic Phenomena Associated with Earthquakes, Tokyo: Terra Sci. Pub. Hayakawa M. and Molchanov O. A. (eds) 2002. Seismo Electromagnetics: Lithosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling, Tokyo: Terra Sci. Pub. Johnston M.J.S. 1997. Review of electric and magnetic fields accompanying seismic and volcanic activity, Surv. Geophys., vol. 18, pp. 441 475. McKenzie, D.P. 1970. Plate tectonics of the Mediterranean region, Nature, vol. 226, pp. 239-243. Nikolintaga, I., Karakostas, V., Papadimitriou, E., and Vallianatos, F. 2008. The 2006 Kythira (Greece), Mw6.7 Slab-pull event: Tectonic implication and the geometry of the Hellenic Wadati-Benioff zone, Annals of Geophysics, vol.51, n. 5-6, pp. 823-837. Papazachos, B. C. and Comninakis,P.E. 1971. Geophysical and Tectonic Features of the Aegean Arc, J. Geophys. Res., vol. 76, pp. 8517-8533. Papazachos, B.C. & Comninakis, P.E. 1978. Deep structure and tectonics of the Eastern Mediterranean, Tectonophysics, vol. 46, pp. 285-296. Park S., Johnston M., Madden T., Morgan D. and Morrison F. 1993. Electromagnetic precursors to earthquakes in the VLF band: A review of observations and mechanisms, Rev. Geophys., vol. 31, pp. 117-132. Park S.K. 1994. Precursors to earthquakes: Seismoelectromagnetic signals, Extended Abstracts for the 12 th Induction Workshop, Brest, pp. 179-190. Parrot M., 1994. Statistical study of ELF/VLF emissions recorded by a low-altitude satellite during seismic events, J. Geophys. Res., vol. 99, pp. 23339 23347. Pirazzoli, P., Laborel, J., and Stiros, S. 1996. Earthquake clustering in the Eastern Mediterranean during historical times, J. Geophys. Res., vol. 101, pp. 6083-6097. Pulinets S.A., Boyarchuk K.A., Hegai V.V., Kim V.P. and Lomonosov A.M., 2000. Quasi-electrostatic model of atmosphere thermosphere ionosphere coupling, Adv. Space Res., vol. 26, pp. 1209 1218. Seidel M., 2003. Tectono-sedimentary evolution of middle Miocene supra-detachment basins (Western Crete, Greece), PhD thesis. Universität zu Köln. Sgrigna V., Buzzi A., Conti L., Picozza P., Stagni C. and Zilpimiani D. 2007. Seismo-induced effects in the near-earth space: Combined ground and space investigations as a contribution to earthquake prediction, Tectonophysics, vol. 431, pp. 153 171. Stiros S. 2001. The AD 365 Crete Earthquake and Possible Seismic Clustering During the Fourth to Sixth Centuries AD in the Eastern Mediterranean: A Review of Historical and Archaeological Data, J. Struct. Geol., vol. 23, pp. 545-562. Svetov B.S., Kuksa Y.I. and Odintsov V.I. 1997. Magnetotelluric monitoring of geodynamical processes, Annali di Geofisica, vol. XL. Tzanis A. and Vallianatos, F. 2001. A Critical Review of Electric Earthquake Precursors, Annali di Geofisica, vol. 44, n. 2, pp. 429-460. Uyeda S. and Meguro K. 2004. Earthquake Prediction, Seismic Hazard And Vulnerability in The State of the Planet: Frontiers and Challenges in Geophysics Geophysical Monograph 150, IUGG vol. 19, pp. 349-358. Varotsos P. A. 2005. The Physics of Seismic Electric Signals, Tokyo: Terra Sci. Pub. 10