ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα αναφορά, γίνεται παρουσίαση των μετρήσεων που διεξήχθησαν στη Νίσυρο από προσωπικό του Εργαστηρίου Γεωδαισίας και Γεωδαιτικών Εφαρμογών, του τμήματος Πολ. Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός των μετρήσεων ήταν η εγκατάσταση δικτύου γεωδαιτικών σημείων παρατήρησης γύρω από την καλδέρα του ηφαιστείου της Νισύρου ώστε με ανά χρονικά διαστήματα μετρήσεις των συντεταγμένων των σημείων, να παρακολουθούνται οι μετακινήσεις στην περιοχή του Ηφαιστείου. Παρακάτω παρουσιάζεται ο εξοπλισμός που χρησιμοποιήθηκε, η διαδικασία επιλογής και εγκατάστασης των σημείων, και η πρώτη επεξεργασία των δεδομένων που έγινε. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η νήσος Νίσυρος, είναι ένα ηφαίστειο ηλικίας μερικών εκατοντάδων χιλιάδων χρόνων, που βρίσκεται στο Βορειοανατολικό μέρος του Ηφαιστειακού τόξου του Αιγαίου (Σχήμα 1.1-α). Το ηφαίστειο χαρακτηρίζεται από μία κεντρική καλδέρα (Σχήμα 1.1-β) στην οποία οι πιο σημαντικές υδροθερμικές εκρήξεις σημειώθηκαν την περίοδο 1871 1888. Η παρακολούθηση των μεταβολών στο ανάγλυφο του νησιού μπορούν να δώσουν σημαντικά στοιχεία για τη δράση του ηφαιστείου. Μία αξιόπιστη μέθοδος για την παρατήρηση μεταβολών-μετακινήσεων είναι η χρήση οργάνων GPS που έχουν δυνατότητα μέτρησης συντεταγμένων σημείων με μεγάλη ακρίβεια. Την περίοδο από 18 Απριλίου 2008 μέχρι 21 Απριλίου 2008 προσωπικό του Εργαστηρίου Γεωδαισίας και Γεωδαιτικών Εφαρμογών του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών αποτελούμενο από: Τον αναπληρωτή καθηγητή κύριο Ευστάθιο Στείρο, τους μεταπτυχιακούς φοιτητές Παναγιώτη Ψιμούλη και Σωτήρη Λυκουργιώτη και τους φοιτητές Θεοφάνη Μόσχα και Μιχάλη Καριζώνη, διεξήγαγε γεωδαιτικές μετρήσεις στη Νίσυρο. Σκοπός των μετρήσεων, ήταν εγκατάσταση ενός δικτύου γεωδαιτικών σημείων στην περιοχή του ηφαιστείου της Νισύρου. Οι συντεταγμένες κάθε σημείου μετρήθηκαν με όργανα GPS για περίπου 48 ώρες. Με τη μέθοδο αυτή, είναι δυνατόν με εκ νέου μετρήσεις των συντεταγμένων των σημείων του δικτύου, να διαπιστωθεί αν υπάρχει αλλαγή των συντεταγμένων η οποία πιθανώς να οφείλεται σε παραμορφώσεις του ανάγλυφου του νησιού. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα όργανα και οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν. Σχήμα 1.1 α) Ηφαιστειακό τόξο Αιγαίου (www.newscientist.com) β) Άποψη της καλδέρας του Ηφαιστείου της Νισύρου
2. ΔΙΕΞΑΓΩΓΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ 2.1 ΕΠΙΛΟΓΗ ΣΗΜΕΙΩΝ Οι μετρήσεις ξεκίνησαν στις 18 Απριλίου 2008, ημέρα Παρασκευή. Αρχικά επιλέχθηκαν τα σημεία των οποίων θα γινόταν μέτρηση συντεταγμένων. Τα σημεία επιλέχθηκαν με βάση τα παρακάτω κριτήρια: Να δημιουργείται ένα δίκτυο σημείων περιμετρικά της καλδέρας του ηφαιστείου. Τα σημεία να βρίσκονται σε περιοχές στις οποίες να μην υπάρχει εμπόδιο στον ορίζοντα, τουλάχιστον από γωνία 15 μοιρών και πάνω σε σχέση με τη θέση του σημείου. Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται ότι το δορυφορικό σήμα δορυφόρων που βρίσκονται σε γωνία 15 μοιρών και άνω σε σχέση με το σημείο, θα φθάνει ανεμπόδιστα στο δέκτη. Να υπάρχει αρκετά ισχυρό και στέρεο υπόβαθρο στις θέσεις των σημείων (π.χ. βράχος, ή κάποιο κτήριο). Με τον τρόπο αυτό εξασφαλίζεται ότι τα όργανα τοποθετούνται σε ανθεκτική βάση, και ότι τα σημεία που επιλέγονται, ακολουθούν τις τυχούσες κινήσεις του ανάγλυφου του νησιού. Να είναι σχετικά δύσκολη η πρόσβαση στα σημεία, ώστε να είναι ασφαλή τα όργανα έναντι κλοπής βανδαλισμού κ.τ.λ. Αν είναι δυνατόν, τα σημεία που θα επιλεγούν να ανήκουν στο τοπογραφικό δίκτυο της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού, ώστε να έχουν γνωστές συντεταγμένες. Αν είναι δυνατόν τα σημεία να βρίσκονται κοντά σε μόνιμη παροχή ρεύματος, ώστε να τροφοδοτούνται τα όργανα. Τα σημεία που επιλέχθηκαν τελικά σημειώνονται στο Σχήμα 2.1 με κόκκινη κουκίδα. 2.2 ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΕ Α) Για την εγκατάσταση γεωδαιτικού σημείου παρατήρησης, σε περίπτωση που στην εκάστοτε περιοχή που επιλέχθηκε για μετρήσεις δεν υπήρξε γεωδαιτικό σημείο της Γ.Υ.Σ. ή άλλο προϋπάρχον τοπογραφικό σημείο, χρησιμοποιήθηκαν τα εξής: Τρυπάνι για τη διάνοιξη οπής στη θέση του εκάστοτε σημείου (Σχήμα 2.2-α). Ρητινούχος επωξική κόλλα για πλήρωση της οπής. Ήλος από ατσάλι με ειδικά διαμορφωμένη κεφαλή που τοποθετήθηκε μέσα σε κάθε οπή και σταθεροποιήθηκε μέσω της κόλλας (Σχήμα 2.2-β).
Σχήμα 2.1 Τα νησιά Νίσυρος και Γυαλί και οι θέσεις των σημείων που επιλέχθηκαν για να γίνουν μετρήσεις (Google maps) Σχήμα 2.2 α) Διάνοιξη οπής σε βράχο για την τοποθέτηση τοπογραφικού σημείου β) Κεφαλή ήλου που χρησιμοποιήθηκε μέσα στην οπή κατά την εγκατάσταση του τοπογραφικού σημείου. Β) Για την τοποθέτηση του οργάνου GPS στην επιθυμητή θέση, χρησιμοποιήθηκε ειδικός τρίποδας που παρουσιάζεται στο Σχήμα 2.3. Αποτελείται από τα εξής μέρη:
Έναν κεντρικό στυλεό ο οποίος φέρει αιχμή στο ένα άκρο, για προσαρμογή στην κεφαλή του τοπογραφικού σημείου, και σπείρωμα στο άλλο άκρο, ώστε να βιδώνεται η κεραία του GPS. Τρεις βραχίονες που προσαρμόζονται επάνω στο στυλεό και φέρουν ράβδους με αιχμηρά άκρα οι οποίες αποτελούν τους «πόδες» του τρίποδα. Οι ράβδοι και οι βραχίονες έχουν δυνατότητα οριζόντιας και κατακόρυφης κίνησης καθώς και «κλειδώματος» στην επιθυμητή θέση. Το παραπάνω σύστημα επιτρέπει κέντρωση και οριζοντίωση ακριβείας του οργάνου GPS, με τη βοήθεια αεροστάθμης. Ο τρίποδας που χρησιμοποιήθηκε, αποτελεί παραλλαγή του τρίποδα που χρησιμοποιείται σε αντίστοιχες μετρήσεις της UNAVCO. Οι διαφορά είναι ότι ο κεντρικός στυλεός είναι συμπαγής, και ότι όλα τα μέρη του τρίποδα αποτελούνται από ατσάλι με αποτέλεσμα να αυξάνεται το βάρος του συστήματος αλλά και η σταθερότητά του υπό συνθήκες ισχυρής ανεμοφόρτισης. Επίσης για λόγους σταθερότητας, επάνω στον τρίποδα τοποθετήθηκαν ανά περιπτώσεις σάκοι με άμμο, ή σε άλλες περιπτώσεις, ο τρίποδας δέθηκε επάνω σε σταθερή βάση 2.2.1 ΟΡΓΑΝΑ GPS Τα όργανα GPS που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις μετρήσεις, ήταν δύο ειδών: Α) Κεραία Topcon Javad Legacy E (Σχήμα 2.4 α) συνδεδεμένη με δέκτη δύο συχνοτήτων Topcon Javad Legacy H (Σχήμα 2.4 β). Β) Κεραία Topcon PG-A1 συνδεδεμένη με δέκτη δύο συχνοτήτων Topcon GB (Σχήμα 2.4) Σχήμα 2.3 Τρίποδας στήριξης οργάνου GPS Σχήμα 2.2 α) Κεραία Topcon Javad Legacy-E β) Δέκτης Topcon Javad Legacy-H
Σχήμα 2.3 Κεραία Topcon PG A1 και Δέκτης Topcon GB (www.topcon.co.jp) 2.3 ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΟΡΓΑΝΩΝ GPS Κατά την εγκατάσταση των οργάνων σε κάθε σημείο ακολουθήθηκε η παρακάτω διαδικασία: Α) Τοποθέτηση διακριτικών ώστε να σημανθεί η περιοχή του σημείου, στην περίπτωση που δεν υπήρχε στην περιοχή τοπογραφικό σημείο της Γ.Υ.Σ., ή κάποιο προϋπάρχον διακριτικό. Β) Εγκατάσταση ειδικού τρίποδα Γ) Τοποθέτηση κεραίας GPS επάνω στον τρίποδα. Δ) Σύνδεση κεραίας δέκτη και εισαγωγή ρυθμίσεων (συχνότητα δειγματοληψίας, όνομα αρχείου μετρήσεων κ.τ.λ.) Ε) Έναρξη μετρήσεων Παρακάτω παρουσιάζονται με λεπτομέρειες τα σημεία στα οποία διεξήχθησαν οι μετρήσεις. 2.3.1 Σημείο 1: Περιοχή Μανδρακίου (Κάστρο) Στην περιοχή αυτή, εντοπίστηκε προϋπάρχον τοπογραφικό σημείο επάνω στο αρχαίο τείχος που σώζεται έξω από την πόλη του Μανδρακίου. Η θέση του σημείου ήταν ευνοϊκή αφού δεν υπήρχαν εμπόδια στον ορίζοντα, άρα εξασφαλιζόταν καλή ορατότητα δορυφόρων, ενώ υπήρχε στέρεο έδαφος για να τοποθετηθεί το όργανο. Αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί το σημείο αυτό, και ακολούθησε εγκατάσταση του τρίποδα, οριζοντίωση και τοποθέτηση του GPS (κεραία Topcon PG-A1 και δέκτης Topcon GB).. Επίσης για μεγαλύτερη σταθερότητα του οργάνου τοποθετήθηκαν σαν βάρη στον τρίποδα σάκοι με άμμο. Σαν περίοδος δειγματοληψίας ορίστηκαν τα 30 sec. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν την Παρασκευή 18-04-2008 ώρα 10:29:00 και τελείωσαν τη Δευτέρα 21-04-2008 ώρα 7:54:00. Συνολικά οι μετρήσεις διήρκεσαν 70 ώρες περίπου. Την Κυριακή 20-04-2008 έγινε αλλαγή της μπαταρίας που τροφοδοτούσε το όργανο. Στο Σχήμα 2.4 παρουσιάζονται φωτογραφίες από το σημείο όπου έγιναν οι μετρήσεις. Σχήμα 2.4 Εγκατεστημένο όργανο GPS και φωτογραφία από τη θέση του σημείου στο κάστρο του Μανδρακίου.
2.3.2 Σημείο 2: Περιοχή Πάλλοι Στην περιοχή αυτή εντοπίστηκε τοπογραφικό σημείο της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού, και αποφασίστηκε το όργανο GPS, να εγκατασταθεί επάνω στο σημείο αυτό. Μετά την τοποθέτηση του τρίποδα, την οριζοντίωση και την εγκατάσταση της κεραίας, οι «πόδες» του τρίποδα δέθηκαν με ελαστικούς ιμάντες επάνω στην κολώνα στην οποία βρισκόταν το τοπογραφικό σημείο, πράγμα που φαίνεται στο Σχήμα 2.5. Στο σημείο εγκαταστάθηκε κεραία Topcon PG-A1 και δέκτης Topcon GB. Η περίοδος δειγματοληψίας ορίστηκε στα 30 Σχήμα 2.5 Τοπογραφικό σημείο στην περιοχή Πάλλοι με εγκατεστημένο όργανο GPS. sec. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν την Παρασκευή 18-04-2008 ώρα 11:39:00 και τελείωσαν τη Δευτέρα 21-04-2008 ώρα 9:41:30 sec (Συνολική διάρκεια μετρήσεων περίπου 70 ώρες). Την Κυριακή 20-04-2008 έγινε αλλαγή της μπαταρίας του δέκτη. 2.3.3 Σημείο 3: Περιοχή Νικιά Στην περιοχή αυτή, αποφασίστηκε να εγκατασταθεί τοπογραφικό σημείο παρατήρησης στην οροφή της Εκκλησίας του χωριού Νικιά. Η θέση αυτή είχε σχετικά μεγάλο υψόμετρο και δεν παρουσίαζε εμπόδια στον ορίζοντα, παράγοντες που εξασφάλιζαν καλή ορατότητα δορυφόρων. Επιπλέον, το όργανο GPS μπορούσε να τροφοδοτείται με ρεύμα από την παροχή ρεύματος της Εκκλησίας, μέσω καλωδίου. Για την εγκατάσταση του σημείου, διανοίχτηκε μικρή οπή στην οροφή της Εκκλησίας, και τοποθετήθηκε μέσα ειδικός ήλος που σταθεροποιήθηκε με κόλλα. Μετά την τοποθέτηση του τρίποδα, εγκαταστάθηκε το όργανο GPS (κεραία Topcon PG-A1 και δέκτης Topcon GB). Η περίοδος δειγματοληψίας, ορίστηκε στα 30 sec. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν την Παρασκευή 18-04-2008 ώρα 14:08:30 και τελείωσαν τη Δευτέρα 21-04-2008 ώρα 10:08:30 (Συνολική διάρκεια μετρήσεων περίπου 68 ώρες). Στο Σχήμα 2.6 παρουσιάζονται φωτογραφίες από τη θέση της κεραίας και τη διαδικασία εγκατάστασης του σημείου. 2.3.4 Σημείο 4: Περιοχή Σταυρός Στην περιοχή αυτή αποφασίστηκε να εγκατασταθεί τοπογραφικό σημείο παρατήρησης στην οροφή κτηρίου στην περιοχή του Μοναστηριού. Η θέση που επιλέχθηκε είχε σχετικά
μεγάλο υψόμετρο και σχετικά ανεμπόδιστη ορατότητα του ορίζοντα. Για την εγκατάσταση του σημείου παρατήρησης διανοίχτηκε οπή στην οροφή του κτηρίου που επιλέχθηκε, και τοποθετήθηκε μέσα ο ειδικός ήλος. Στη συνέχεια εγκαταστάθηκε το όργανο GPS (κεραία Topcon PG-A1 και δέκτης Topcon GB). Οι μετρήσεις ξεκίνησαν την Παρασκευή 18-04- 2008 ώρα 18:12:00 και τελείωσαν τη Δευτέρα 21-04-2008 ώρα 7:24:30 (Διάρκεια μετρήσεων περίπου 61 ώρες και 12 λεπτά Την Κυριακή 20-04-2008 έγινε αλλαγή της μπαταρίας του οργάνου. Στο Σχήμα 2.7 παρουσιάζονται δύο φωτογραφίες από την περιοχή στην οποία εγκαταστάθηκε το όργανο GPS. Σχήμα 2.6 Θέση εγκατάστασης οργάνου GPS στην περιοχή Νικιά Οροφή κτηρίου όπου εγκαταστάθηκε το όργανο GPS Σχήμα 2.7 Θέση εγκατάστασης οργάνου στην περιοχή Σταυρός
2.3.5 Σημείο 5: Περιοχή Γυαλί Στο νησί Γυαλί, αποφασίστηκε να εγκατασταθεί τοπογραφικό σημείο παρατήρησης σε βράχο κοντά στη νότια ακτή. Η θέση αυτή είχε σχετικά μεγάλο υψόμετρο και δεν παρουσίαζε εμπόδια στον ορίζοντα, παράγοντες που εξασφάλιζαν καλή ορατότητα δορυφόρων. Για την εγκατάσταση του σημείου, διανοίχτηκε μικρή οπή στο βραχώδη επιφάνεια, και τοποθετήθηκε μέσα ειδικός ήλος που σταθεροποιήθηκε με κόλλα. Μετά την τοποθέτηση του τρίποδα, εγκαταστάθηκε το όργανο GPS (κεραία και δέκτης Javad). Για επιπλέον σταθερότητα, τοποθετήθηκαν επάνω στον τρίποδα σάκοι με άμμο. Η περίοδος δειγματοληψίας, ορίστηκε στα 30 sec. Οι μετρήσεις ξεκίνησαν το Σάββατο 19-04-2008 ώρα 9:46:30 και τελείωσαν τη Δευτέρα 21-04-2008 ώρα 12:21:00 (Συνολική διάρκεια μετρήσεων περίπου 51 ώρες και 25 λεπτά). Στο Σχήμα 2.6 παρουσιάζονται φωτογραφίες από τη θέση που εγκαταστάθηκε το όργανο GPS. 2.3.6 Σημείο 6: Περιοχή Εμπορειός Στην περιοχή αυτή επιλέχθηκε να εγκατασταθεί τοπογραφικό σημείο στην οροφή κτηρίου κοντά στην Εκκλησία του παλιού οικισμού του χωριού Εμπορειός. Αφού διανοίχθηκε οπή στην οροφή του κτηρίου και εγκαταστάθηκε ο τρίποδας και το όργανο GPS (κεραία και δέκτης Topcon Javad) και τοποθετήθηκαν πάνω στον τρίποδα σάκοι με άμμο για μεγαλύτερη σταθερότητα. Η περίοδος δειγματοληψίας ορίστηκε στα 30 sec και οι μετρήσεις ξεκίνησαν το Σάββατο 19-4-2008 και ώρα 13:15. Για άγνωστο λόγο, το όργανο δεν κατάγραψε μετρήσεις, οπότε δεν υπάρχουν στοιχεία συντεταγμένων για τη θέση αυτή. Στο Σχήμα 2.7 παρουσιάζεται μία φωτογραφία από την θέση εγκατάστασης του οργάνου στο χωριό Εμπορειός. Στον Πίνακα 2.1 παρουσιάζονται συγκεντρωμένα τα στοιχεία που αφορούν τις μετρήσεις (χρόνος έναρξης/ λήξης, διάρκεια κ.τ.λ.) Σχήμα 2.6 Θέση εγκατάστασης οργάνου στο νησί Γυαλί
Σχήμα 2.7 Εγκατάσταση οργάνου GPS στο χωριό Εμπορειός Θέση Πίνακας 2.1 Συγκεντρωτικά στοιχεία για τις μετρήσεις Τύπος οργάνου Έναρξη Μετρήσεων Λήξη Μετρήσεων Κεραία Δέκτης Ημερομηνία Ώρα Ημερομηνία Ώρα Διάρκεια Ύψος Κεραίας Μανδράκι Topcon PG-A1 Topcon GB 18/4/2008 10:29:00 21/4/2008 7:54:00 69h 24min 41,2 cm (slant) Πάλλοι Topcon PG-A1 Topcon GB 18/4/2008 11:39:00 21/4/2008 9:41:30 70h 2min 40,3 cm (slant) Νικιά Topcon PG-A1 Topcon GB 18/4/2008 14:08:30 21/4/2008 10:08:30 68h 41 cm (slant) Σταυρός Topcon PG-A1 Topcon GB 18/4/2008 18:12:00 21/4/2008 7:24:30 61h 12min 43 cm (slant) Γυαλί Topcon Javad Topcon Javad 19/4/2008 9:46:30 21/4/2008 12:21:00 51h 25min 42 cm (slant) Εμπορειός Topcon Javad Topcon Javad - - - - - - 3. ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Τα δεδομένα των μετρήσεων, μεταφέρθηκαν από τους δέκτες, στον υπολογιστή, μέσω του προγράμματος PCCDU. Στη συνέχεια, έγινε επεξεργασία των δεδομένων με το πρόγραμμα Pinnacle (Σχήμα 3.1). Κατά την επεξεργασία, έγινε συνόρθωση των συντεταγμένων που μετρήθηκαν σε δίκτυο, ώστε να απαλειφθούν τυχόν σφάλματα και να υπολογιστούν οι συντεταγμένες των σημείων με ακρίβεια. Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας, όπως τα έδωσε το πρόγραμμα, παρουσιάζονται στον πίνακα 3.1. Οι συντεταγμένες έχουν υπολογιστεί στους άξονες βορράς νότος (Norting), ανατολή δύση (Easting) και στον κατακόρυφο (Height) στο σύστημα WGS 84. Επίσης, από το πρόγραμμα, έχουν δοθεί και οι αβεβαιότητες/ σφάλματα για τον υπολογισμό των συντεταγμένων.
Σχήμα 3.1 Πρόγραμμα Pinnacle κατά την επεξεργασία των δεδομένων των μετρήσεων Πίνακας 3.1 Συντεταγμένες σημείων που μετρήθηκαν (Coordinates) στους τρεις άξονες (Northing, Easting, Height) και αβεβαιότητες (Sigmas) για κάθε τύπο συντεταγμένων Στο σχήμα 3.2 παρουσιάζονται τα σημεία τοποθετημένα σε χάρτη από το πρόγραμμα Pinnacle όπου φαίνονται και οι αποστάσεις μεταξύ τους. 4. ΕΠΙΛΟΓΟΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Με τις μετρήσεις που διεξήχθησαν, εγκαταστάθηκε ένα δίκτυο σημείων γύρω από την καλδέρα του ηφαιστείου τις Νισύρου και έγινε ακριβής υπολογισμός των συντεταγμένων των σημείων μέσω επεξεργασίας των δεδομένων από τις μετρήσεις των οργάνων GPS. Με μελλοντικές επαναλήψεις των μετρήσεων και ειδική επεξεργασία είναι δυνατόν να βγουν συμπεράσματα για το αν η περιοχές των σημείων που μετρήθηκαν παρουσιάζουν μετακινήσεις, και σε ποια φαινόμενα οφείλονται οι μετακινήσεις αυτές. Επίσης, για την αποτελεσματικότερη παρακολούθηση και μελέτη των μετακινήσεων του Ηφαιστείου της Νισύρου, είναι σημαντική και η εγκατάσταση μόνιμων σταθμών με όργανα GPS στα είδη υπάρχοντα σημεία όπου έγιναν οι μετρήσεις, ή και σε άλλα που θα συμπεριληφθούν στο μέλλον.
Σχήμα 3.2 Σημεία που μετρήθηκαν και οι αποστάσεις μεταξύ τους.