Vísbendingin um öndun jarðarinnar

Er jörðin að anda? Í jarðfræðilegum skilningi – já:

Nú, sumum grunar að jörðin sé einnig að ‚anda‘, þ.e. að þrýsta saman jarðskorpunni og þenja hana út einu sinni á ári. Þessi lota er augljósust í Japan, sögðu jarðeðlisfræðingar á fundinum, þar sem hún gæti verið ábyrg fyrir ‚jarðskjálftatímabil‘ landsins. Annars staðar gæti hún leitt til þess að sum eldfjöll fari að gjósa næstum einungis á milli september og desember. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Þessi grein úr tímaritinu Science, sýnir bara hversu sterk lotubundna samsvörunin getur verið. Í tilfellinu Pavlof, eldfjalli í Alaska, er 99% samsvörun:

GPS og spennumælar eru ekki einu hlutirnir sem virðast geta mælt öndun í plánetu. McNutt greindi frá því að hafa borið kennsl á fjögur eldfjöll – Pavlof í Alaska, Oshima og Miyake-jima í Japan og Villarica í Síle – sem greinilega gjósa aðallega á milli september og desember, með hærri líkur á gosi þá en 99% þrepið í Pavlof tilfellinu. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Vegna þess að jarðeðlisfræðingar sem eru fastir í hugmyndafræði kvikunnar, halda að jarðskjálftar koma úr kviku, virðast þeir vera tregir til að taka tillit til jarðskjálfta-þyngdarafls tengslanna, sem gerir það erfitt fyrir þá til að vera móttækilegir fyrir þýðingu lotubundinna viðburða:

Jarðeðlisfræðingar hafa venjulega forðast að tengja slíkt. ‚Hingað til höfum við hneigst að því að hafna hlutum án augljósra og sýnilegra gagnverka‘, sagði eldfjalla- og jarðskjálftafræðingurinn David Hill frá U.S. Geological Survey í Menlo Park, Kaliforníu. En eftir að Landers jarðskjálftinn 1992 í Kaliforníu náði að hrinda af stað skjálftum í hunduði kílómetra fjarlægð á enn leyndardómsfullan hátt, varð a.m.k. einn, Hill, móttækilegri og opnari. Hann sagði á fundinum, ‚Það sló að mér að það gæti verið eitthvað‘ við öndun jarðar og eldgos eða jarðskjálfta. (Earthly Circuitry, Breathing, and Shakes, Richard A. Kerr, Science, 26. janúar 2001, Vol. 291, bls. 584).

Jörðin er ekki eini hnötturinn sem er þekktur fyrir skjálfta. Apollo geimfarar skildu fjóra jarðskjálftamæli eftir á tunglinu, sem mældu um það bil 12.500 ‚tunglskjálfta‘ eða skjálftavirkni á 8. áratugnum. Hvaða vísbendingar eru til um tengsl þyngdarafls við tunglið?

Vísbendingin um afstöðu tungls í jarðskjálftum og eldgosum

Ef braut tunglsins um jörðina hefur áhrif á hreyfingu í jarðskorpunni, þá ættu að finnast tengsl á milli daglegrar snúning jarðarinnar, umferð tunglsins og jarðskjálfta. Við sjáum vísbendingar um þessi tengsl við virkasta eldfjall heimsins sem er á Havaí. Vísindamenn tilkynntu árið 1988 í Journal of Geophysical Research:

Á milli 1967 og 1983 riðu fjórar jarðskjálftahrinur yfir eldfjallið Kilauea, Havaí, sem stóðu yfir í 68 til 156 klukkutíma. Ferilskráning á fjölda viðburða á klukkutíma sýnir merkilega mótun sem endurtekur sig daglega eða tvisvar á dag… áhrif flóðkrafta virðist vera besta útskýringin fyrir þessari mótunarvirkni. (Tidal Triggering of Earthquake Swarms at Kilauea Volcano, Hawaii, Rydelek, Davis, Koyanagi, Journal of Geophysical Research, Vol. 93, NO B5, bls. 4401, 10. maí 1988).

Í apríl 2003 útgáfunni af Scientific American var grein um annað af einu virkasta og tilkomumesta eldfjalli heims, Etnu. Þetta eldfjall sem er þekkt í mannkynssögunni vegna eyðileggingar sem það hefur orsakað í aldarraðir, er staðsett á eynni Sikiley á Ítalíu. Þetta er það sem rannsakendur höfðu að segja um losun gufu úr Etnu:

Fyrir utan hraunflæði, framkallar Etna næstum stöðuga, taktbundna losun gufu, ösku og bráðnuðu bergi. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Gæti verið til hulin hringrás í eldvirkni Etnu sem tengist snúningslotu jarðarinnar eða braut tunglsins?

Í febrúar 2000 áttu heiftarleg gos sér stað í suðausturhluta gígs Etnu á 12 eða 24 klukkustunda millibili. (Mount Etna´s Ferocious Future, Tom Pfeiffer, Scientific American, apríl 2003, bls. 63).

Þetta er sterk vísbending um að lotubundinn þáttur þyngdarafls hefur bein áhrif á hraunflæði og jarðskjálfta. Lotur jarðskjálfta og hraungosa gerir rannsakendur ráðþrota vegna þess að þeir hugsa í hugmyndafræði kvikuplánetunnar. Lotur eldgosa Etnu eru ekkert annað en ‚tilviljun‘ vegna þess að svipaðar lotur finnast einnig annars staðar, eins og í Merapi, eldfjalli í Java. Úr bókinni Volcanic Seismology skrifar höfundur eftirfarandi athugun varðandi gosið í Merapi í október 1986:

Fyrir myndun hraungúlsins, átti þýðingarmikil og reglubundin endurtekning sér stað á 24 og 12 klukkutíma fresti á kippunum. Þetta fyrirbæri minnkaði stórlega með uppsöfnun kviku [hrauns] upp á yfirborðið. (Volcanic Seismology, P. Gasparini, R. Scarpa, K. Aki, 1992, bls. 62).

Kvikuplánetukenningin getur ekki útskýrt ‚lotur‘ og vissulega getur hún það ekki vegna þess að ekkert gangverk er til sem getur útskýrt lotubundnar hreyfingar efnis djúpt í jörðinni, sérstaklega þegar hreyfingin gerist líklega mjög hægt – aðeins sentimetra á ári. Þetta er ástæðan fyrir því að jarðskjálftar halda áfram að vera leyndardómsfull ráðgáta fyrir marga rannsakendur. Árið 2002 ætluðu hjón sem rannsóknarteymi að finna tengsl milli tunglsins og eldvirkni:

Ef spár um eldgos eru ruglandi ráðgáta, þá trúa eldgosaaðdáendurnir Steve og Donna O‘Meara að þau gætu hafa komið auga á lykilatriði. Hjónarannsóknarteymið eru að rannsaka tengsl sem sumir eldfjallafræðingar hafa tekið eftir fyrir löngu síðan en enginn hafði rannsakað nægilega – hlutverk tunglsins í að hafa áhrif á eldvirkni…

Verkefni teymisins var að ákvarða hvenær mesta hámark í eldvirkni eigi sér stað og hvernig aukin virkni gæti tengst togi vegna þyngdarafls tunglsins. Með því að fylgja því mynstri sem þau höfðu séð áður, spáðu O‘Meara hjónin því að á meðan eldgosin eru í gangi, þá myndu vera hámark í eldvirkni í jarðnánd tunglsins og í fullu tungli. Í þessu tilfelli studdu viðburðir þessa kenningu og reyndar átti hæsti toppur eldvirkni sér stað á tímapunkti nákvæmlega á milli fulls tungls og jarðnánd tunglsins. (Vefsíða National Geography sem er ekki lengur aðgengileg).

Teymið uppgötvaði beinan hlekk byggðan á staðreyndum á milli staðsetningu jarðarinnar og staðsetningu tunglsins, sett í samband við eldvirkni. Maður myndi halda að með þessum sönnunum um lotur jarðskjálfta-eldgosa, ættu vísindin að líta nánar á hinu svokölluðu ‚orsök‘ eldgosa. Sannanir um fyrirsjáanlegar lotur halda áfram að hrynja inn, sérstaklega með uppgötvuninni um „þögla jarðskjálfta“:

…uppgötvunin um þögla jarðskjálfta er að neyða vísindamenn til að endurskoða ýmsa þætti sprunguhreyfinga… Eitt forvitnilegt einkenni þessara þöglu jarðskjálfta er að þeir gerast með reglulegu millibili – reyndar svo reglulega, að vísindamenn eru nú að spá um endurkomu þeirra með góðum árangri. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 91).

Nýlegar uppgötvanir um jarðföll og þögla jarðskjálfta marka einungis upphaf nýrra uppgötvana sem hjálpa okkur að skilja betur áhrif þyngdarafls himintungla og verkun þeirra á hreyfingu í jörðinni.

Jarðföll – uppruni jarðskjálfta og hrauns

Áður notuðum við þá líkingu að nudda saman lófunum til að sýna áhrif núnings. Ímyndaðu þér að framlengja þá tilraun í 24 tíma á dag, 7 daga vikunnar. Jörðin verður fyrir einhverju svipuðu, fyrirbæri sem kallast jarðföll:

Næstum því allir skilja eitthvað úr hinni föstu hreyfingu sjávarfalla sem þekkist sem flóð og fjara tvisvar á dag og það er alkunnugt að tunglið er drifkraftur þessara sjávarfalla. Önnur staðreynd sem er ekki nálægt því eins þekkt er sú, að einnig eru til hreyfingar í jarðveginum vegna flóðkrafta. Úr Glossary of Geology (2005):

Jarðföll hafa sveiflur á milli sjö og fimmtán sentimetra. (Glossary of Geology: Fifth Edition, Klaus K. E. Neuendorf, James P. Mehl, Jr., Julia A. Jackson, American Geological Institute, 2005, bls. 200).

Þetta þýðir að jörðin sem þú stendur á færist upp og niður um sjö til fimmtán sentimetra á hverjum degi! Sami krafturinn sem orsakar flóð og fjöru í sjónum hrindir af stað jarðföllum, en við finnum ekki fyrir þessari hreyfingu vegna þess hversu hægfara hún er. Hún er þó mælanleg með þróuðum vísindamælitækjum og með hjálp gervihnattatækni. Sjö til fimmtán sentimetrar hljómar kannski ekki mikið, en ef tekið er tillit til þess að það eru hundruðir metrar af hörðu bergi undir fótum okkar og að það hreyfist daglega upp og niður, þá getum við metið betur stærðina á þessu jarðfræðilegu fyrirbæri. Fáir, þar með taldir vísindamenn, vita um jarðföll. Vísindasamtök eins og NASA viðurkenna jarðföll, en þau virðast gera lítið úr áhrifum þeirra og framlagi þeirra til að mynda hraun og jarðskjálfta:

Jörðin verður einnig fyrir flóði og fjöru á föstu landi, en þau jafngilda minna en 20 sentimetrum. (Heimasíða NASA).

Streita myndast í jarðskorpunni með tímanum vegna hinnar reglulegu, daglegu hreyfingar upp og niður sem orsakast af þyngdaráhrifum tunglsins, sem safnast upp þar til hún leysist úr læðingi í jarðskjálftum. Núningshiti á sér einnig stað en magn hitans sem myndast er háður stærð jarðskjálftans og þrýstingsins sem er til staðar við staðsetningu hreyfingarinnar; aukinn þrýstingur þýðir aukinn hiti. Þess vegna getum við átt von á hærra hitastigi þegar dýpt jarðskjálftaviðburðarins eykst. Síðar munum við sjá áþreifanlega sönnun fyrir þessu fyrirbæri.

Núnings-hitalögmálið og þöglir jarðskjálftar

Eftir að hafa skoðað vísbendingarnar um uppruna jarðhitans, getum við nú komið auga á nýtt náttúrulögmál með hraun-núnings líkaninu:

Það eru margar breytur sem leggja sitt af mörkum til framleiðslu hrauns og næstum því allar þeirra tengjast annaðhvort beint eða óbeint þeim hita sem myndast með núningi.

Jarðskjálftar eru oft vísir á hreyfinu jarðar, þó ekki alltaf. Á síðustu árum hafa vísindamenn uppgötvað nýja og áður óþekkta tegund jarðskjálfta – þögla jarðskjálfta. Ekki hafði verið tekið eftir hægfara færslum í jarðskorpunni fyrr en nýlega:

Snemma í nóvember 2000 varð Havaíeyjan Big Island fyrir stærsta jarðskjálftanum á því svæði í rúman áratug. Í kringum 2.000 rúmkílómetrar af suðurhlíð eldfjallsins Kilauea skjögraðist í áttina að sjónum og leysti orkuhögg úr læðingi af stærðargráðunni 5,7. Hluti þessarar hreyfingar átti sér stað undir svæði þar sem þúsundir manns koma daglega við til þess að sjá eitt af tilkomumesta hraunflæði eyjunnar. En samt tók enginn eftir því þegar jarðskjálftinn reið yfir – ekki einu sinni jarðskjálftafræðingar.

Hvernig var hægt að yfirsjást slíkan athyglisverðan viðburð? Það hefur komið í ljós að titringur er ekki eðlislægur hluti allra jarðskjálfta. Viðburðurinn í Kilauea var ein af fyrstu ótvíræðu mælingum á hinum svokölluðu þöglum jarðskjálftum, tegund mikilla jarðhreyfinga sem voru óþekkt í vísindunum þar til fyrir aðeins fáeinum árum síðan. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 87).

Rannsakendur hafa tekið eftir því að á rúmlega 36 klukkustunda tímabili færðist jarðvegurinn um 10 cm, sem mældist vegna nýrra og nákvæmari mælitækja. Uppgötvun þessara gríðarstóra þögla jarðskjálfta tryggir að vísindamenn verði að rannsaka „gamalgrónar kenningar um alla jarðskjálfta“ á ný:

Ef rannsóknir í framtíðinni leiða í ljós að þöglir jarðskjálftar séu algeng fyrirbæri flestra sprungna, þá munu vísindamenn neyðast til að endurskoða gamalgrónar kenningar um alla jarðskjálfta. Athuganir á mörgum mismunandi hröðum á færslum í sprungum er raunveruleg áskorun fyrir kenningasmiði sem reyna að útskýra ferli sprungna, til dæmis með grundvallar eðlisfræðilögmálum. Það er talið í dag að fjöldi og stærð mældra jarðskjálfta getur verið útskýrt með nokkuð einföldu núningslögmáli. (The Threat of Silent Earthquakes, Peter Cervelli, Scientific American, mars 2004, bls. 91).

Tenglsin á milli jarðskjálfta, núnings og hrauns eru skýrari vegna þess að hægfara, þöglir jarðskjálftar, sem orsakast af voldugum en þó hljóðlátum hreyfingum í jörðinni, framleiða gífurlegan hita með núningi. Þessar hljóðlátar hreyfingar eru afleiðingar þyngdaráhrifa frá öðrum himintunglum.