Σχ. (1). Λιθοσφαιρικές πλάκες στην επιφάνεια της γής.

    Οι κύριες λιθοσφαιρικές πλάκες υποδιαιρούνται σε μικρότερες. Στην περίπτωση του Ελληνικού χώρου ένα τοπικό λιθοσφαιρικό μοντέλο έχει παρουσιασθεί από τον  McKenzie (1972, 1978).  Το μοντέλο αυτό παρουσιάζεται στο σχήμα  (2).

Σχ. (2) Λιθοσφαιρικό μοντέλο του McKenzie (1972, 1978) για τον Ελληνικό χώρο.

    Καθώς όλες αυτές οι πλάκες ευρίσκονται σε διαρκή κίνηση λόγω των δυνάμεων που εξασκούνται από τις περιβάλλουσες μεγαλύτερες λιθοσφαιρικές πλάκες, δημιουργούνται εφελκυστικές η συμπιεστικές ζώνες διάρρηξης. Ο Papazachos et al. (1996) μελέτησε την κινηματική των πλακών αυτών του Ελληνικού χώρου και την παρουσίασε στο επόμενο σχήμα (3). Είναι αντιληπτό ότι μεγάλα σεισμικά γεγονότα αναμένεται να συμβούν στις περιοχές εκείνες όπου υπάρχει μεγάλη τεκτονική δραστηριότητα.  Με αυτό το αιτιολογικό ο επόμενος χάρτης δίνει μία γενική εικόνα της χωρικής κατανομής της μελλοντικής σεισμικής δραστηριότητας στον Ελληνικό χώρο.

Σχ. (3). Η κινηματική των λιθοσφαιρικών πλακών του Ελληνικού χώρου (Papazachos et al. 1996)

    Χαρτογράφηση των κυριοτέρων ζωνών διάρρηξης - ρηγμάτων με γεωλογικές / σεισμολογικές μεθόδους.

Σχ.. (4). Ανάδειξη βαθειάς ζώνης διάρρηξης - ρήγματος από την χαρτογράφηση της σεισμικής της δραστηριότητας κατά μία συγκεκριμμένη χρονική περίοδο.

    IΕίναι πολύ ενδιαφέρον να δεί κανείς την σύμπτωση της σεισμικά χαρτογραφημένης αυτής ζώνης διάρρηξης, με την αντίστοιχη που έχει χαρτογραφηθεί με την βαρυτική μέθοδο που παρουσιάζεται στό σχήμα (10). Αυτή η ζώνη διάρρηξης έχει δώσει στο παρελθόν δύο (2) μεγάλους σεισμούς με μέγεθος μεγαλύτερο του 6R.

  Χαρτογράφηση σεισμογόνων ρηγμάτων με την μελέτη του βαρυτικού πεδίου της γής.

  Το θεωρητικό μοντέλο.

    Τα μεγάλα τεκτονικά στοιχεία (ρήγματα - ζώνες διάρρηξης) της γής αντικατοπτρίζονται στην μορφολογία του βαρυτικού της πεδίου. Το μήκος κύματός τους, στην μορφολογία του βαρυτικού πεδίου, εξαρτάται από τις διαστάσεις των αντιστοίχων ρηγμάτων - ζωνών διάρρηξης. Κατά συνέπεια η μελέτη του βαρυτικού πεδίου που προσδιορίζεται μόνο από τα μεγάλα μήκη κύματος, μπορεί να δώσει δομικές πληροφορίες για τα βαθειά ρήγματα - ζώνες διάρρηξης.

    Επιπλέον ο ακριβής προσδιορισμός της θέσεως ενός ρήγματος - ζώνης διάρρηξης μπορεί να γίνει πάρα πολύ εύκολα με την μελέτη της οριζόντιας μεταβολής (grad_xG) του αντίστοιχου βαρυτικού πεδίου. Στο επόμενο σχήμα (5), το (a) αντιστοιχεί σε ένα τυπικό μοντέλο ρήγματος της γής, το  (b) αντιστοιχεί στο, τροποποιημένο εκ του ρήγματος, βαρυτικό πεδίο,  ενώ το (c) αντιστοιχεί στην οριζόντια μεταβολή του βαρυτικού πεδίου. Λεπτομέρειες για τους μετασχηματισμούς αυτούς μπορεί να βρεί κανείς σε όποιοδήποτε βιβλίο βαρυτομετρίας που διδάσκεται στα πανεπιστήμια.

  Εφαρμογή της μεθοδολογίας στον Ελληνικό χώρο.

  Εισαγωγή.

    Στις 13 Μαϊου1995, ένας καταστροφικός σεισμός (M=6.1R, 40⁰.18, 21⁰.71) έγινε στην περιοχή των  Γρεβενών  στην βόρεια Ελλάδα ο οποίος προκάλεσε μεγάλες ζημιές στις πλησιέστερες πόλεις και χωριά ενώ αναφέρθηκε και μικρός αριθμός θυμάτων.

    Αυτό που είνα πολύ ενδιαφέρον από επιστημονικής πλευράς στο σεισμό αυτό, είναι το γεγονός της παντελούς έλλειψης (α) κάθε στατιστικής ένδειξης ότι ένα τέτοιου μεγέθους σεισμικό γεγονός μπορούσε να συμβεί στο χώρο αυτό,  ο οποίος είχε χαρακτηρισθεί στην κλίμακα της σεισμικής επικινδυνότητας σαν χώρος ζώνης 1 (στην κλίμακα 1 - 4) δηλαδή σαν χώρος με την μικρότερη, κατά μίαν ένοιαν,  σεισμική επικινδυνότητα και (β) έλλειψη κάθε πληροφόρισης για μεγάλες τεκτονικές δομές που θα  μπορούσαν να δικαιολογήσουν την εκδήλωση ενός τέτοιου μεγέθους σεισμικού γεγονότος.

    Η ακόλουθη μελέτη είχε σαν έναυσμα το γεγονός της εκδήλωσης του σεισμού των Γρεβενών, την έλλειψη στατιστικών - τεκτονικών  / γεωλογικών στοιχείων που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τον επικίνδυνο σεισμικά χαρακτήρα του χώρου των Γρεβενών, αλλά και την επιστημονική προϋπόθεση αναλυτικής τεκτονικής αιτίας που θα δικαιολογούσε την εκδήλωση του σεισμού αυτού.

     Το ίδιο ακριβώς σενάριο επανελήφθηκε στις  7 Σεπτεμβρίου 1999 στην Αθήνα, πρωτεύουσα της Ελλάδος. Αν και η πόλις των Αθηνών είναι τοποθετημένη σε μία ζώνη που έχει χαρακτηρισθεί σαν "ζώνη 2" από πλευράς σεισμικού κινδύνου, η απουσία πληροφοριών για την βαθύτερη δομή του ευρύτερου χώρου είχε εμπεδώσει την νοοτροπία ότι η πρωτεύουσα της Ελλάδος είναι κτισμένη επάνω σε "ασφαλές" έδαφος. Ατυχώς, για τα θύματα (περισσότερα από εκατό) αλλά και για τις μεγάλες και εκτεταμμένες ζημιές που έγιναν στα κτίρια των Αθηνών κατά την διάρκεια του σεισμού αυτού, αυτό απεδείχθη τελείως λανθασμένο.

    Ετσι το ερώτημα που προκύπτει είναι: Που πραγματικά εκδηλώνονται οι μεγάλοι σεισμοί? Η μελέτη που ακολουθεί μπορεί να είναι η απάντηση σε αυτό.

    Είναι γνωστό ότι ένας σεισμός εκδηλώνεται όταν η ζώνη διάρρηξης - ρήγμα απελευθερώνει την συσσωρευμένη τασική του ενέργεια σε μικρό χρονικό διάστημα κατά την διάρκεια της κατάρρευσης τμήματός του. Οσο πιό μεγάλο είναι το τμήμα που καταρρέει τόσο μεγαλύτερο είναι και το μέγεθος του εκδηλούμενου σεισμού.

    Το πρόβλημα λοιπόν που τίθεται είναι: είναι δυνατόν να χαρτογραφηθούν οι βαθειές τεκτονικές ζώνες διάρρηξης - ρήγματα όπου λαμβάνουν χώρα οι μεγάλοι σεισμοί? Η στατιστική μελέτη των μεγάλων σεισμών στον Ελληνικό χώρο πολύ λιγο βοηθεί (σεισμός Γρεβενών, Αθηνών) στον εντοπισμό των βαθειών μεγάλων δομών που η ύπαρξη των οποίων είναι βασική προϋπόθεση για την εκδήλωση μεγάλων σεισμών. Το ίδιο πρόβλημα, δηλαδή του εντοπισμού των μεγάλων και βαθέων τεκτονικών δομών, είναι πάρα πολύ απλό αν αντιμετωπισθεί με μεθόδους της εφαρμοσμένης γεωφυσικής, όπως θα δειχθεί παρακάτω.

    Το σημείο "κλειδί" της μελέτης αυτής είναι το γεγονός ότι οι μεγάλοι σεισμοί πρέπει να συμφωνούν ως προς την θέση με τις μεγάλες τεκτονικές διαρρήξεις - ρήγματα της λιθόσφαιρας. Κατα συνέπεια, ο εντοπισμός της θέσεως αυτών των τεκτονικών δομών, που δεν μπορούν να εντοπισθούν με άλλες γεωλογικές μεθόδους, είναι ο συγκεκριμμένος στόχος αυτής της μελέτης.

    Για να έχουμε μια καθαρή εικόνα για το συγκεκριμμένο θέμα, σε σχέση με τα μεγάλα σεισμικά γεγονότα του Ελληνικού χώρου,  έχει κατασκευασθεί ο επόμενος χάρτης. Στο χάρτη αυτό παρουσιάζονται όλοι οι σεισμοί μεγέθους μεγαλύτερου του 6R (Ms>=6R) του Ελληνικού χώρου και για την χρονική περίοδο 1900 - 1997. Η θέση του κάθε σεισμού ορίζεται με μία μαύρη τελεία, ενώ ο κύκλος σε κάθε θέση ορίζει την περιοχή σφάλματος θέσεως (+/- 25 Km) τιμή που είναι πολύ συντηριτική σε σχέση με ότι αναφέρεται στα σεισμολογικά συγγράμματα.

    Εδώ πρέπει να τονισθεί ότι η θέση του επικέντρου του κάθε σεισμού μπορεί να είναι οπουδήποτε μέσα στον κύκλο σφάλματος χωρίς να μειωθεί η αξιοπιστία του χάρτη.

     Η μεθοδολογία μετασχηματισμού του βαρυτικού πεδίου σε πεδίο οριζόντιας βαθμίδος μπορεί να γίνει σε δύο διαστάσεις στο βαρυτικό πεδίο της Ελλάδος. Μία απλοποιημένη μορφή του βαρυτικού πεδίου του Ελληνικού χώρου (Bouguer anomaly) παρουσιάζεται στο επόμενο σχήμα (7).

    Η ακόλουθη διαδικασία έχει εφαρμοσθεί για τον υπολογισμό του πεδίου οριζόντιας βαθμίδας :

όπου:  G(x,y) είναι η ένταση του βαρυτικού πεδίου στο σημείο  x,y

  Ο τελεστής  TL υπολογίζεται αναλυτικά για κάθε σημείο του βαρυτικού πεδίου με την εφαρμογή επιφάνειας 2ου βαθμού σε ένα παράθυρο βαρυτικών δεδομένων που ολισθαίνει επάνω από τον αρχικό βαρυτικό χάρτη.

     Με σκοπό την απόρριψη των ρηχών και επιφανειακών τεκτονικών στοιχείων αλλά και στοχεύοντας στις βαθύτερες τεκτονικές δομές της γής, χρησιμοποιήθηκε "παράθυρο"  20 Km σε όλους τους μετασχηματισμούς. Το αποτέλεσμα αυτών των μετασχηματισμών αρχικά παρουσιάζεται σε χάρτη φωτοσκίασης (σχ. 8) φωτισμένου από την ΒΑ θέση.

    Οι βαθειές τεκτονικές δομές που αναδεικνύονται με τον τρόπο αυτό ορίζονται σαν τα όρια μεταξύ σκοτεινών και αμμέσως γειτονικών φωτεινών περιοχών.

    Είναι πολύ ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι ο σεισμός των Αθηνών εκδηλώθηκε στην ζώνη διάρρηξης που διασχίζει την Αττική κατά την ΒΔ - ΝΑ διεύθυνση και όπου  τοποθετημένη είναι και η Αθήνα. Το στοιχείο αυτό δείχνει την επικινδυνότητα του αντιστοίχου χώρου.

    Οι αναλυτικές λεπτομερείς ζώνες διάρρηξης - ρήγματα (παχειές μαύρες γραμμές) που εντοπίστηκαν στον Ελληνικό χώρο με την προηγούμενη μεθοδολογία παρουσιάζονται στο επόμενο σχήμα (9).

Χάρτης σύγκρισης θέσεων μεγάλων σεισμών (1900 - 1997) του Ελληνικού χώρου και ζωνών διάρρηξης / ρηγμάτων που υπολογίστηκαν από το βαρυτικό πεδίο.

    Είχε αναφερθεί προηγουμένως ότι οι μεγάλοι σεισμοί λαμβάνουν χώρα σε βαθειές τεκτονικές δομές, ζώνες διάρρηξης - ρήγματα της λιθόσφαιρας.  Στο επόμενο σχήμα (9) γίνεται μία συγκριτική παρουσίασή τους, δηλαδή της θέσης του κάθε μεγάλου σεισμού, όπως υπολογίστηκε από σεισμολογικές μεθόδους, καθώς και της θέσης των βαθειών ζωνών διάρρηξης - ρηγμάτων όπως προκύπτουν από την μετατροπή του βαρυτικού πεδίου σε πεδίο οριζόντιας μεταβολής.

    Κατα συνέπεια, αναμένεται τουλάχιστον μία βαθειά ζώνη διάρρηξης - ρήγμα θα διέρχεται από κάθε κύκλο σφάλματος θέσεως για κάθε χαρτογραφημένο μεγάλο σεισμό. Προφανώς αυτή η ζώνη διάρρηξης - το ρήγμα θα είναι εκείνο που ενεργοποιήθηκε σεισμικά και εξεδήλωσε τον αντίστοιχο σεισμό.

Σχ. (10). Διορθομένες θέσεις των μεγάλων σεισμών σύμφωνα με τις υπολογισθείσες ζώνες διάρρηξης - ρήγματα από την μετατροπή του βαρυτικού πεδίου.

  Επαλήθευση των ζωνών διάρρηξης - ρηγμάτων από τους  μεγάλους σεισμούς της περιόδου 1998 - 2002 (μετά την παρουσίαση της μελέτης το 1998 στο ΙΓΜΕ, Α.3810)

    Στο επόμενο σχέδιο (11) παρουσιάζονται οι μεγάλοι σεισμοί (κόκκινοι κύκλοι) του Ελληνικού χώρου που εκδηλώθηκαν μετά την ολοκλήρωση της εργασίας αυτής (τέλος του 1997) και κατά την χρονική περίοδο του 1998-2002, σε σχέση με την θέση των εντοπισθέντων ζωνών διάρρηξης - ρηγμάτων της λιθόσφαιρας. Είναι φανερό ότι όλοι οι σεισμοί αυτής της χρονικής περιόδου συμπίπτουν (μέσα στο όριο σφάλματος των +/- 25 Km) με τις θέσεις των τεκτονικών ζωνών που ήδη έχουν προϋπολογισθεί. Ιδιαίτερα οι περιπτώσεις των σεισμών της Καρπάθου, Σκύρου, Σκοπέλου, περιοχής Κόνιτσας, νήσου Ψαρών, αλλά και ιδιαίτερα των Αθηνών αποδεικνύουν την βαρύτητα που έχει ο χάρτης αυτός για τον χαρακτηρισμό, κατ'αρχάς, του βαθμού της σεισμικής επικινδυνότητας κάθε περιοχής.
 
 

    Συμπερασματικά, λαμβάνοντας υπόψιν και την τελευταίως αυξημένη σεισμικότητα στον Ελληνικό χώρο, είναι λογικό να αναμένεται οτι οι μεγάλοι σεισμοί που θα εκδηλωθούν μελλοντικά,  θα λάβουν χώρα κατά μήκος αυτού του δικτύου ζωνών διάρρηξης που καλύπτει τον Ελληνικό χώρο. Ως εκ τούτου ο σεισμικός κίνδυνος είναι ιδιαίτερα αυξημένος κατά μήκος αυτών των ζωνών.

    Ενα τελευταίο τεκτονικό σημείο που πρέπει ακόμη να τονισθεί είναι οι διάφορες φάσεις που ένας γεωλογικός σχηματισμός διέρχεται κατά την διάρκεια του σεισμικού κύκλου και πριν από την τελική του κατάρρευση.  Αυτό παρουσιάζεται στο επόμενο σχήμα (12).

    Το κύριο ενδιαφέρον του σχήματος (12) είναι ότι περιγράφει τις διάφορες φάσεις παραμόρφωσης του πετρώματος κατά την διάρκεια των οποίων οι φυσικές παράμετροι του αλλάζουν και κατά συνέπεια ενεργοποιεί διάφοριυς μηχανισμούς γέννεσης προδρόμων φαινομένων. Ακόμη, αφ'εαυτού πλέον, εφόσον έχουν εντοπισθεί τα πρόδρομα αυτά φαινόμενα,  ορίζει το χρονικό παράθυρο σε τέτοιο μέγεθος πλέον όπου η χρήση του όρου "βραχυπρόθεσμος πρόγνωση" είναι απόλυτα δικαιολογημένη.