Sobre los Mecanismos de Correlación Ionosfera-Litosfera

Introducción

En los albores del descubrimiento de la posible relación ionosferica-sísmica, los científicos lograron definir importantes observaciones que permitieron darle sustento a la teoría. Entre otras evidencias, se determinó que existían anomalías en las frecuencias críticas de permeabilidad ionosférica (FoEs, FoF2), que existía un patrón temporal que iba desde algunos días hasta horas antes del shock, e incluso que los fenómenos de ionización precursoras de sismos parecían depender del periodo del ciclo solar en curso. Sin embargo, un punto pendiente que impedía comprender a cabalidad el fenómeno de generación sísmica por efectos ionosféricos, estaba relacionado a los mecanismos involucrados en la conexión ionosfera/litosfera. Determinar los factores que conectaban lo que ocurría arriba con lo que ocurría abajo fue un quebradero de cabeza entre los expertos que apoyaban la teoría. No fue hasta la década de los noventa cuando S. Pulinet (1994) y posteriormente M. Kamogawa (2000) lograron identificar los elementos involucrados más presumibles en este fenómeno de conexión. El presente trabajo tiene como objetivo describir las causas presentadas por estos autores, para su análisis y discusión.

El Modelo LAIC Como Herramienta de Observación Ionosférica-Sísmica

Para la validación de los posibles mecanismos de conexión entre la ionosfera y litosfera, Pulinet y otros investigadores diseñaron un modelo que permitía la unificación de factores identificados en la interacción de ambas regiones, llamado LAIC (Litosphere-Atmosphere-Ionosphere Coupling). El modelo, en su primera versión, establecía que existía una suerte de campo eléctrico proveniente desde la superficie terrestre que penetraba la alta atmósfera, produciendo un efecto ionizante en las capas intermedias de la ionosfera. Anomalías en las comunicaciones HF lograron establecer posteriormente que el proceso alteraba la frecuencia crítica permeable foF2, por lo que la observación del comportamiento de la misma parecía ser una respuesta concluyente. Sin embargo, el fenómeno eléctrico impedía explicar con claridad el fenómeno de calentamiento latente (calentamiento con cambio de fase)  sobre el área sísmica. Básicamente, ésto tenía relación con el aumento de condensación y nubosidad sobre la zona de observación, por lo que, junto con el factor eléctrico habría de existir también un factor químico involucrado. La versión actualizada de LAIC (Pulinet 2006) establece la presencia de Radón (Rn) como respuesta a la ionización atmosférica.

La Controversial Teoría del Radón Como Precursor Sísmico

En las primeras observaciones del fenómeno de ionización pre-sísmica, los investigadores atribuyeron las anomalías puntuales a incrementos de la tasa de rayos cósmicos, pero esta idea fue descartada posteriormente al observar una escasa relación de los peaks energéticos con los eventos sísmicos. Se acordó entonces que, si bien los rayos cósmicos eran una explicación de cambios ionosféricos-listosféricos, las consecuencias habrían de ser a largo plazo, gobernado por las condiciones de la heliosfera, dependiendo del estado del ciclo solar (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/07/19/sobre-la-teoria-de-la-relacion-entre-particulas-cosmicas-y-terremotos/). Pulinet y Ouzounov (2009) proponen que la condensación y formación nubosa sobre las regiones sísmicas por la existencia de aerosoles emanados por las zonas de fallas tectónicas, específicamente Radón. Aunque muchos científicos cuestionan categóricamente la teoría de las emisiones de Radón como elemento precursor de sismos, Esta idea permite responder de manera concreta lo siguiente:

El Radón es emitido por las regiones crustales siempre, pero existe una desviación porcentual importante en los días previos a un evento sísmico.

Las emisiones de Radón coinciden en el 90% de los casos en zonas de ruptura tectónica que descencadena sismos en un lapso no mayor a 2-8 dias.

Las emisiones de Radón se detienen inmediatamente después de un shock

El método de observación propuesto por Pulinet se basa en el comportamiento del AOT (Aerosol Optical Thickness) que indicaría no sólo el nivel de aerosoles ionizantes (incluído el Radón) sino que de manera indirecta indicaría el nivel de concentración local de condensación de agua producto de la ionización. El AOT específico del Radón es posible ser observado en la longitud de onda de 1020 y y 1064 nm, y el área de observación es coincidente al RD (Radio de Dobrovolsky) equivalente al RPSE (Radio de Preparación Sísmica Experimental) propuesto por Astro (2011) (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2011/01/16/metodo-integrado-de-prediccion-sismica/). NASA pone a disposición una red global de AOT gracias al proyecto AERONET (http://aeronet.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/type_piece_of_map_opera_v2_new).

Comportamiento del AOT en la región de Bandung (06°, 53′; 107°, 36′) Horas antes del sismo 6.7 del día 04-04-2011

Las Ondas de Gravedad Atmosférica y Fenómenos Acústicos como Factores Pre-Sísmicos

Otros factores menos difundidos que la teoría del Radón son los mecanismos electromagnéticos y físicos involucrados en el acoplamiento ionosfera/litosfera, específicamente los AGW (Acoustic-Gravity Waves). Las ondas de gravedad son causadas por el equilibrio generado entre las fuerzas de sustentación del aire al impactar sobre la superficie terrestre (fuerza ascendente) y la aceleración de gravedad del planeta Tierra (fuerza descendente). Las ondas de gravedad son originadas desde la termosfera o ionosfera hasta la superficie y parecen ser un fenómeno promotor del transporte energético desde la ionosfera a la litosfera y viceversa. Debido a la distribución de las corrientes de viento de acuerdo al comportamiento estacional, los científicos han logrado establecer mapas de ondas de gravedad para distintos periodos del año, como muestra la secuencia a continuación:

Mapa Global de Ondas de Gravedad para el Periodo Diciembre-Febrero

En el caso de las ondas acústicas autores como E. Afraimovich sugieren una estrecha relación entre las SAW (Shock-Acoustic Waves) y el contenido de electrones en la ionosfera TEC (Total Electron Content). Al parecer, las ondas acústicas producidas por grandes sismos y tsunamis alteran sensiblemente la altura de la columna de electrones, tal como muestra la serie a expuesta a continuación:

Comportamiento del TEC durante el Terremoto 9.0 de Honshu (11-03-2011)

La serie superior muestra un incremento del TEC durante la ocurrencia del sismo, mientras que la serie inferior muestra una abrupta caída de la columna de electrones durante la llegada de la segunda ola (la más destructiva) a la costa nipona. Estas observaciones ratifican el análisis de Jann-Yenq Liu (2005) y su trabajo «Ionospheric GPS Total Electron Content (TEC) Disturbances triggered by 26 December Indian Ocean Tsunami» (http://www.u-gakugei.ac.jp/~kamogawa/paper/Liu_et_al_Ionospheric_GPS_total_electron_content_TEC_disturbances_triggered_by_the_26_December_2004_Indian_Ocean_tsunami_JGR_2006.pdf).De

De acuerdo a los resultados numéricos de este trabajo, la anomalía ionosférica producida por el tsunami del terremoto de Sumatra de 2004 Tsunami Ionospheric Disturbance (TID), fue tan extrema que redujo la altura de la columna de electrones en 8.6-17.2 kms, disminuyendo con éllo las lecturas del TEC sensiblemente. La revisión de esta teoría basado en el estudio «Variaciones del Espesor de la Ionosfera Previa a Eventos Sísmicos» (Astro 2011) (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/12/24/variaciones-del-espesor-de-la-ionosfera-previa-a-eventos-sismicos/) permite evidenciar de manera categórica el fenómeno TID, tal como muestra el gráfico a continuación:

Comportamiento del Espesor de la capa F2 Durante el Terremoto y Tsunami de Honshu (11-03-2011)

M. Akhoondzadeh (2010) establece que en determinadas condiciones podría existir un efecto inverso en el mecanismo, es decir, alteraciones en la columna de electrones podrían ser transmitidas mediante SAW’s a la litosfera, generando condiciones propicias para generación sísmica.

Conclusiones y Discusión Final

El modelo LAIC propuesto por S. Pulinet proporciona una interesante integración de diversos factores electromagnéticos, químicos y físicos identificados como precursores de sismos. El controversial uso del monitoreo de emisiones de Radón como señal pre-sísmica y mecanismo de acoplamiento ionosfera/litosfera parece obtener un sustento importante con la consideración de las variaciones en la tasa de ionización atmosférica que involucran el cambio de fase del agua (nubosidad). Sólo mediante el monitoreo de los registros de AOT será posible corroborar la hipótesis, aunque los estudios preliminares parecen demostrar de manera notable las observaciones al respecto.  Por otro lado, los estudios de las AGW’s como factores de correlación ionosfera/litosfera también parecen ser lo suficientemente categóricos para ser considerados como posibles elementos de comunicación y transporte energético entre las regiones de alta ionización atmosférica y la superficie. Si las Ondas de Gravedad dependen de las condiciones estacionales y climáticas, sería ciertamente interesante establecer un estudio estadístico de la sismicidad sobre las áreas de mayor convergencia de OG’s, y con éllo buscar algún fenómeno de relación que atestigüe la hipótesis en cuestión. En el caso de las SAW’s, los análisis que permiten visualizar el fenómeno de interacción sismo-tsunami y anomalía ionosférica son bastante oportunos, puesto que permiten ratificar los estudios realizados previamente (https://clubdeastronomia.wordpress.com/2010/06/07/el-misterio-de-las-variaciones-tec-previo-a-eventos-sismicos/).

Astro 2011

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