Η μελέτη ανώμαλων μεταβολών της κατακόρυφης συνιστώσας της ολικής συγκέντρωσης
ηλεκτρονίων (VTEC) στο F2 στρώμα της Ιονόσφαιρας και η συσχέτιση των μεταβολών
αυτών με ισχυρούς σεισμούς (M 5.8) πρόσφατα εκδηλωθέντες στον Ελλαδικό Χώρο,
απετέλεσαν το αντικείμενο έρευνας της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Για τον
σκοπό αυτόν, αναπτύχθηκε βάσει της θεωρίας διάδοσης Η/Μ κυμάτων σε διαθλαστικό
μέσο και της θεωρίας του πλάσματος ένας μαθηματικός αλγόριθμός, σύμφωνα με τον
οποίον αξιοποιήθηκαν CGPS δεδομένα συχνότητας 1Hz από μόνιμους σταθμούς στην
Ελλάδα ευρισκόμενους τόσο εντός της εκάστοτε ζώνης σεισμικής προετοιμασίας, και
δη πλησίον κάθε σεισμικού επικέντρου, όσο και εκτός της αντίστοιχης σεισμικής
ζώνης.
Εφαρμόζοντες, εν συνεχεία, στατιστική προσέγγιση επί των προσδιορισθεί-σων ανά
σταθμό VTEC τιμών για χρονικό διάστημα δεκαπέντε ημερών πριν και μετά από την
εκάστοτε σεισμική εκδήλωση, προσδιορίσθηκε η ιονοσφαιρική διαταραχή μέσω
θετικών ή αρνητικών αποκλίσεων των παρατηρούμενων VTEC τιμών από τα ανώτερα ή
κατώτερα όρια των κανονικών τους τιμών. Επιπλέον, για κάθε έναν από τους υπό
μελέτη σεισμούς στον Ελλαδικό Χώρο, προσδιορίστηκαν οι γεωμαγνητικοί δείκτες
(Kp, Ap & Dst) προκειμένου να καθοριστούν οι γεωμαγνητικές συνθήκες πριν από
την σεισμική δραστηριότητα και συνεπώς να διασφαλιστεί το καθεστώς
γεωμαγνητικής ηρεμίας, το οποίο απαιτείται για την ανίχνευση πιθανών ενδείξεων
σεισμο-ιονοσφαιρικής ζεύξης.
Παράλληλα, μελετήθηκε το γεωδυναμικό καθεστώς στον Ελλαδικό Χώρο και δη στις
κύριες σεισμικές ζώνες. Πέραν των σεισμολογικών δεδομένων, βάσει των οποίων
εξήχθησαν οι χάρτες σεισμικότητας των περιοχών μελέτης, διαφορικά GPS δεδομένα
από μετρήσεις υπαίθρου σε συνδυασμό με CGPS παρατηρήσεις χρησιμοποιήθηκαν για
τον προσδιορισμό της εδαφικής παραμόρφωσης περιοχών ανά την Ελληνική Επικράτεια
όπου έχει εκδηλωθεί ισχυρή σεισμική δραστηριότητα κατά την τελευταία δεκαετία,
δίνοντας έμφαση στην ευρύτερη περιοχή του Πατραϊκού Κόλπου και των Κεντρικών
Ιονίων Νήσων.
Βάσει της διεξαχθείσας διδακτορικής έρευνας δύνατο να συναχθεί ότι τόσο η
σεισμική δραστηριότητα του 2014 (Mw=6.1 & 5.9) στην Κεφαλονιά, όσο και ο
σεισμός της 24ης Μαΐου 2014 (Mw=6.8) στο ΒΑ Αιγαίο φαίνεται να επηρέασαν
αισθητά την Ιονόσφαιρα διαταράσσοντάς την. Ισχυρές, επίσης, ενδείξεις σεισμο-
ιονοσφαιρικής ζεύξης εντοπίσθηκαν πριν από την εκδήλωση του σεισμού της 8ης
Ιουνίου 2008 (Mw=6.4) στην ΒΔ Πελοπόννησο καθώς και του σεισμού της 25ης
Μαρτίου 2007 (Mw=5.6) ΒΒΔ της Κεφαλονιάς. Ενώ, λιγότερο σαφείς ενδείξεις σεισμο-
ιονοσφαιρικής αλληλεπίδρασης δύναντο να διακριθούν κατά την μελέτη των
σεισμικών γεγονότων: i) της 6ης Ιανουαρίου 2008 (Mw=6.0) στο Λεωνίδιο της
Πελοποννήσου, ii) της 15ης Ιουλίου 2008 (Mw= 6.3) ΝΝΔ της Ρόδου, iii) της 15ης
και 16ης Ιουνίου 2013 (Mw= 6.1 & 5.8) στην θαλάσσια περιοχή νότια της Κρήτης.
Επιπροσθέτως, όσον αφορά στα ανωτέρω σεισμικά γεγονότα, ισχυρή εδαφική
παραμόρφωση και δη στο οριζόντιο επίπεδο παρατηρήθηκε κυρίως στους
πλησιέστερους σε κάθε επικεντρική περιοχή CGPS σταθμούς, αποδεικνύοντας ότι το
εύρος της περιοχής σεισμικής προετοιμασίας στην Λιθόσφαιρα είναι ανάλογο με την
περιοχή της Ιονόσφαιρας η οποία φαίνεται να επηρεάστηκε από την εκάστοτε
σεισμική δραστηριότητα.
(EL)
The present thesis aims on observing intense ionospheric variations prior to
strong earthquakes (M 5.8) recently occurred in the seismically active area of
Greece. On one hand, data from permanent CGPS stations, operating continuously
at a frequency of 1 Hz in the broader research area, both inside and outside
each earthquake preparation zone, were used to estimate the vertical component
of Total Electron Content (TEC) in the F2 layer of the Ionosphere. The applied
methodology was based on an algorithm deduced by Electromagnetic Wave
Propagation and Plasma Theory. A statistical analysis of VTEC values, as
estimated over each CGPS station, was additionally carried out during a 15-day
period before and after the occurrence of each seismic event in order to detect
ionospheric disturbances through positive or negative deviations of the
observed VTEC values from the upper or lower limits of their normal rates.
Furthermore, the effect of solar activity on Ionosphere was also considered to
identify whether the observed by CGPS ionospheric variations are associated
with intense solar activity or the occurrence of a large earthquake. For this
reason, the geomagnetic indices (Kp, Ap & Dst) were estimated to determine the
geomagnetic conditions before earthquakes occurred and consequently to ensure
the quiet geomagnetic regime that is favorable for the detection of
seismo-ionospheric effects.
On the other hand, research was focused on studying the geodynamic regime of
the most seismically active zones in Greece. For this purpose, Differential GPS
data from in situ campaign measurements have been acquired and were processed
along with CGPS data to study the crustal deformation patterns of the areas
where strong seismic activity has been occurred during the last decade, such as
the broader area of Patras Gulf and Central Ionian Islands. In addition,
seismological data were used to deduce the seismicity regime of the research
areas.
Consideration of the above aspects have indicated that the 2014 Cephalonia
earthquakes (Mw=6.1 & 5.9) as long as the May 24th 2014 (Mw=6.8) North Aegean
earthquake consist of important cases that need to be further investigated in
order to evaluate the relationship between strong earthquakes and ionospheric
anomalies. Serious seismo-ionospheric indications were also found a few days
prior to the June 8th 2008 NW Peloponnese earthquake (Mw=6.4) and the March
25th 2007 Cephalonia earthquake (Mw= 5.6). While, less obvious
seismo-ionospheric effects were detected on i) the January 6th 2008 Leonidio
earthquake (Mw= 6.0), ii) the July 15th 2008 SSW Rodeos earthquake (Mw= 6.3),
iii) the June 2013 earthquakes (Mw=6.1 & 5.8) to the south of Crete.
Furthermore, regarding the above mentioned seismic events, strong ground
deformation mainly on the horizontal components was detected at the nearest to
each earthquake epicenter area CGPS stations, indicating that the extent of
earthquake preparation zone in the Lithosphere is of the same order of
magnitude with the disturbed due to seismic activity ionospheric area.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
