Μιλώντας για σεισμούς, μάθαμε να ξεκινούμε από το μέγεθός τους. Αυτοί που τρομάζουν την ανθρωπότητα είναι πάνω από 7, ένας κάποτε έφθασε στο 9,5 και δεν υπάρχει δυστυχώς όριο προς τα επάνω. Δίπλα από το νούμερο ακολουθεί ένα όνομα, Ρίχτερ. Αυτού που θεωρείται ο εφευρέτης μιας τέτοιας σεισμικής βαθμολόγησης.
Κατεβαίνοντας την κλίμακα
Το να καθαρίσεις και να τακτοποιήσεις το γραφείου του δασκάλου σου λίγες ημέρες μετά τον θάνατό του είναι ένα θλιβερό καθήκον, που φέρνει περίσσεια κούραση αλλά κρύβει και εκπλήξεις. Οι βοηθοί του Καρλ Ρίχτερ, του διάσημου σεισμολόγου που γεννήθηκε το 1900 και πέθανε το 1985, πέρα από τα αμέτρητα γράμματα που βρήκαν στο γραφείο του στο παγκοσμίου κύρους Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Caltech, βρήκαν και κούτες ολόκληρες με περιοδικά επιστημονικής φαντασίας και ένα πλήρες ημερολόγιο παρακολούθησης και παρατηρήσεων σχετικών με τα επεισόδια της σειράς Σταρ Τρεκ. Ο Ρίχτερ είχε από μικρός πάθος με την Αστρονομία και τη Φυσική γενικότερα. Ωστόσο η αγάπη του για την Καλιφόρνια, τη μητέρα του και (μέχρι παρεξηγήσεως) με την αδελφή του τον έκαναν να δεχτεί το 1927 την πρόταση του ανθρώπου που ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο, του διάσημου Robert Millikan, για μια θέση βοηθού στη Σεισμολογία σε ένα νέο πανεπιστημιακό εργαστήριο της καλιφορνέζικης πανεπιστημιούπολης της Πασαντίνα.
Από τότε εργάστηκε με πάθος αλλά και συνέπεια επάνω στο θέμα των σεισμών ενώ έζησε μια ταραγμένη ζωή με στείρους έρωτες και βασανισμένος από ψυχικές διαταραχές. Ηταν ο άνθρωπος που δεκαετίες πριν από την επιβεβαίωσή της είχε την άποψη ότι οι μικροί πρόδρομοι σεισμοί δεν συμβάλλουν στην εκτόνωση ενός μεγάλου σεισμού αλλά απλά είναι συμπτώματα που δείχνουν τη συσσώρευση επικίνδυνων τάσεων ενώ ως τα γεράματά του, παρ’ όλο που εξελίχθηκε σε tv-persona γιατί εξηγούσε πολύ κατανοητά τα σεισμικά φαινόμενα, επέμενε να λέει ότι η πρόβλεψη των σεισμών ήταν «μπίζνα μόνο για τσαρλατάνους» και αυτό ενοχλούσε. Αρνιόταν να αποσπάσει κονδύλια για τέτοιες ιστορίες και κυρίως για να κάνει, όπως πολλοί άλλοι συνάδελφοί του, πλουσιοπάροχα αμειβόμενες σεισμολογικές «έρευνες» για να αποκαλύπτονται οι υπόγειες δοκιμές πυρηνικών εκρήξεων σχετικών με βόμβες (των εχθρών των Αμερικανών, εννοείται).
Εργάστηκε εντατικά στο να δημιουργήσει μια κλίμακα αξιολόγησης των σεισμικών φαινομένων και κατάφερε χωρίς να το επιδιώξει να αποκτήσει παγκόσμια χρήση η κλίμακα με το όνομά του, αν και τον κατηγόρησαν ότι έπρεπε να έχει και το όνομα του Beno Gutenberg, ενός ευρωπαίου συνεργάτη του. Ο Ρίχτερ ήταν που σκέφτηκε να επινοήσει μια κατάταξη των σεισμών σε μεγέθη, όπως γίνεται και με τους αστέρες, μόνο που θα ήταν ανάποδα. Ενώ τα λαμπρότερα αστέρια παίρνουν από τους αστρονόμους μικρότερα νούμερα για το μέγεθος, στην κλίμακα Ρίχτερ τα μεγάλα νούμερα θα αντιστοιχούσαν σε μεγάλης ενέργειας σεισμούς. Η απόσταση όμως από τα μικρότερα, σχεδόν ανεπαίσθητα σεισμικά φαινόμενα ως τα μεγαλύτερα ήταν χαώδης. Και εδώ ήταν η μεγάλη συνεισφορά του Gutenberg που έδωσε την ιδέα η κλίμακα να είναι λογαριθμική. Τι σήμαινε αυτό; Σε ένα διάγραμμα έπρεπε πρώτα να μπορούν να δαμαστούν τα μεγέθη που παρουσιάζονταν για να μπουν μετά σε σειρά μεγέθους – και η λογαριθμική κλίμακα συρρικνώνει τα μεγέθη. Σχηματικά θα λέγαμε ότι ο δεκαδικός λογάριθμος δείχνει πόσες φορές περίπου το 10 μπορεί να πολλαπλασιαστεί με το δέκα χωρίς να ξεπεράσει τον αριθμό αυτόν. Γι’ αυτό ο λογάριθμος του 10 είναι το 1, του 100 (10Χ10) το 2, του 1.000 (10Χ10Χ10) το 3 και του 500, που είναι μεταξύ 100 και 1.000, ο λογάριθμος θα είναι μεταξύ 2 και 3. Σε έναν σεισμό από το ένα μέγεθος στο επόμενο η ενέργεια αυξάνεται περίπου κατά 30 φορές αλλά στη λογαριθμική κλίμακα έχουν ίσες αποστάσεις.
Η φυσική των σεισμών
Εχουμε συνηθίσει στην περίπτωση των σεισμών να «συναλλασσόμαστε» με κάτι που ονομάζουμε μέγεθος. Σε μια κλίμακα που παρ’ όλο που φέρει το όνομα ενός προσώπου παραμένει απρόσωπη για τους περισσότερους. Και χωρίς πολλές φορές να έχουμε πέρα από έναν σκέτο αριθμό κάποια αίσθηση για το τι αντιπροσωπεύει. Οταν κατασκευάστηκαν τα πρώτα σεισμόμετρα αποτελούνταν από τεράστιες αιωρούμενες μάζες που ήταν συνδεδεμένες με μια ακίδα καταγραφικού οργάνου. Η ακίδα ήταν ρυθμισμένη προσεκτικά και άφηνε επάνω σε μαύρο χαρτί με επίστρωμα άνθρακα ένα κυματοειδές λευκό ίχνος από τις εξαιτίας του σεισμού δονήσεις της τεράστιας μάζας του οργάνου.
Οταν κάπου στο εσωτερικό της Γης συμβαίνει ένας σεισμός, για παράδειγμα δυο τεράστιες πέτρινες πλάκες τρίβονται η μία επάνω στην άλλη, λόγω των τρομακτικών πιέσεων εκεί κάτω έχουμε έκλυση ενέργειας και το γεγονός αυτό γίνεται αισθητό με τη μορφή κυμάτων. Οι μηχανικές ιδιότητες των βράχων επιτρέπουν στην ενέργεια να φθάσει ως το σημείο όπου μετριέται το συμβάν με δύο είδη κυμάτων. Αυτά που προκύπτουν από τη διαδοχική συμπίεση και αποσυμπίεση των βράχων που μεσολαβούν ως εμάς κινούνται κυρίως στην επιφάνεια παράλληλα με τη διεύθυνση διάδοσης και ονομάζονται p-κύματα ενώ υπάρχουν και τα s- που αντιστοιχούν σε δονήσεις κάθετες προς τη διεύθυνση διάδοσης, άρα είναι κάθετα και στα p-. Τα πρώτα έχουν ταχύτητες μεταξύ 1,5 και 8 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο και τα δεύτερα είναι πιο αργά κατά 60%-70%. Μετρώντας τη διαφορά στον χρόνο άφιξης των δύο αυτών οικογενειών κυμάτων που ξεπήδησαν από τον ίδιο σεισμό και πολλαπλασιάζοντας επί μια ταχύτητα 8 χιλιομέτρων την ώρα οι ειδικοί βρίσκουν σε ποια ακτίνα από τον σταθμό παρατήρησης μπορεί να βρίσκεται η εστία του σεισμού. Αν διασταυρωθούν οι παρατηρήσεις από τρεις τουλάχιστον σταθμούς και σχηματιστούν επάνω σε έναν χάρτη οι αντίστοιχοι κύκλοι, αυτοί θα τέμνονται και οι τρεις στην επιφάνεια της Γης, στο επίμαχο σημείο, στο λεγόμενο επίκεντρο. Εκεί από κάτω, σε κάποιο βάθος, είναι η εστία του… δράματος.
Και τα μαθηματικά…
Μετρώντας το πλάτος Α των κυμάτων s- και τη διαφορά Δt στον χρόνο άφιξης των s- και p- υπάρχει ένας τύπος σχετικά απλός που οδήγησε τον Ρίχτερ στο μέγεθος Μ ενός σεισμού: Μ= logA(σε χιλιοστά) + 3log[8Δt(σε δευτερόλεπτα)] – 2.92. Ωστόσο τα πράγματα προχώρησαν ακόμη περισσότερο. Από το Μέγεθος Μ μπορούμε να πάρουμε και μια αμυδρή ιδέα για το πόση ενέργεια Ε μεταφέρθηκε με τη μορφή κυμάτων με τον απλό τύπο: LogE = 11.5 + 1.5Μ
Στους σεισμολόγους σήμερα είναι αρκετά χρήσιμο να έχουν μια εκτίμηση για τον σεισμό που προκαλείται από τη μετακίνηση δύο πλακών καθώς αυτές ολισθαίνουν η μία με την άλλη στα έγκατα της Γης. Γι’ αυτό ορίζουν κάτι που το ονομάζουν Μέγεθος Ροπής και μπορεί βέβαια να βρεθεί αν ξέρουμε την ακαμψία των εμπλεκόμενων πετρωμάτων, την επιφάνεια τριβής των πλακών μεταξύ τους και πόσο ήταν το μήκος της ολίσθησης. Και επειδή τα προηγούμενα μοιάζουν απλησίαστα ως δεδομένα, αξίζει να προσθέσουμε ότι όλα τελειώνουν παρ’ όλα αυτά αρμονικά κλείνοντας έναν ωραίο κύκλο. Διότι υπάρχει η απλούστατη σχέση για τη σύνδεση αυτής της ροπής με την ενέργεια: Πολλαπλασιάζεις επί 20.000 την ενέργεια Ε των κυμάτων που βρήκαμε πριν με τη βοήθεια του Μεγέθους Μ, που το βρήκαμε με τη βοήθεια των κυμάτων p- και s-, όπως τα κατέγραψαν οι σεισμογράφοι ή όπως τα έδωσαν οι υπολογιστές πλέον και έχεις και το πολυπόθητο για τους σεισμολόγους νέο αυτό μέγεθος της ροπής.
Γνωρίζουμε πλέον ότι αυτή η ενέργεια είναι ένα πολύ μικρό κλάσμα της ενέργειας που εμφανίζεται στην περιοχή του σεισμού. Και πάλι όμως είναι ένα μεγάλο επίτευγμα του ανθρώπινου μυαλού όλες αυτές οι σχέσεις των φυσικών μεγεθών ώστε να μπορεί να γίνεται μια εκτίμηση για κάποιο γεγονός που κάποτε το έντυνε με μυθικές αφηγήσεις για να μπορέσει να το εντάξει στη ζωή του.
