Σε μόνιμη παρακολούθηση μέσω... GPS το ηφαίστειο της Νισύρου

Στο πλαίσιο παρακολούθησης του ηφαιστείου της Νισύρου και της συνεργασίας του Δήμου Νισύρου και του Τμήματος Γεωλογίας και Περιβάλλοντος (ΤΓΓ) του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών (ΕΚΠΑ), την 23η Νοεμβρίου 2016 εγκαταστάθηκε στο Δημαρχείο Νισύρου Μόνιμος Δορυφορικός Γεωδαιτικός Δέκτης (GPS) με σκοπό την συνεχή παρακολούθηση της εδαφικής κίνησης του Ηφαιστείου.

Η εν λόγω δραστηριότητα αποτελεί επέκταση της περιοδικής παρακολούθησης της εδαφικής παραμόρφωσης της Νισύρου, η οποία ξεκίνησε από το ΤΓΓ το 1997 κατά την περίοδο της έντονης σεισμικής δραστηριότητας (1996-1997), και συνεχίζεται έως σήμερα με τελευταία περίοδο επαναμέτρησης τον Αύγουστο του 2016.

Σύντομη ανασκόπηση
Η τελευταία ηφαιστειακή δραστηριότητα της Νισύρου χρονολογείται πριν 25000 έτη, η σημερινή γεωδυναμική δραστηριότητα περιγράφεται κυρίως από σεισμική δραστηριότητα καθώς και από δραστηριότητα φουμαρόλων. Η τελευταία έντονη σεισμική δραστηριότητα στην περιοχή καταγράφηκε τα έτη 1996-97 με σεισμούς μεγέθους μέχρι 5.5 και υπόκεντρα έως 10 km βάθος.

Κατά την διάρκεια της ιστορικής περιόδου δεν εκδηλώθηκε κάποια σημαντική ηφαιστειακή έκρηξη στην Νίσυρο, παρά μόνο μερικές φρεατικές εκρήξεις κατά τις χρονικές περιόδους 1422, 1830, 1871, 1873 και 1888. Η κύρια ηφαιστειακή δραστηριότητα της Νισύρου κατά τα τελευταία εκατό έτη ορίζεται από τις πολυάριθμες θερμές πηγές που εμφανίζονται κατά μήκος των βόρειων ακτών και τις αποβολές των αερίων μέσα στους κρατήρες της καλδέρας.

Ο τελευταίος κύριος καταστρεπτικός σεισμός της Νισύρου, έλαβε χώρα το 1933, με εκτεταμένες καταστροφές κυρίως στο Εμποριό, που βρίσκεται στις ανατολικές πλευρές του ηφαιστείου.

Το έτος 1996 παρατηρήθηκε μια αυξημένη ηφαιστειακή δραστηριότητα η οποία συνοδεύτηκε από αύξηση της σεισμικής δραστηριότητας, με μεγέθη σεισμών μεταξύ του 4 και 5, ενώ η έντονη σεισμική δραστηριότητα τον Ιούλιο του 1996 προκάλεσε εκτεταμένες ζημιές σε περίπου 30 οικίες στο δυτικό τμήμα του Μανδρακίου.

Οι ζημιές εκτείνονταν κατά μήκος του στενού δρόμου που ορίζει τα όρια της κοιλάδας του Μανδρακίου ανατολικά με τον λόφο του Μοναστηριού της Παναγίας της Σπηλιανής στα δυτικά, και ακολουθεί το τοπικό ρήγμα διεύθυνσης ΒΒΔ-ΝΝΑ.

Η επαναδραστηριοποίηση του ηφαιστείου κατά τα έτη 1996-97 προκάλεσε την επέμβαση των φορέων πολιτικής προστασίας της χώρας (ΟΑΣΠ, Γενική Γραμματεία Πολιτικής Προστασίας), των τοπικών αρχών (Δήμος, Νομαρχία και Περιφέρεια) και ταυτόχρονα ελληνικών και ξένων ερευνητικών ομάδων. Στο πλαίσιο του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος GEOWARN IST 1999-12310 μια διεθνής ερευνητική ομάδα συνεστήθη για την μελέτη και παρακολούθηση του Ηφαιστείου Νισύρου.

Ο Τομέας Γεωφυσικής-Γεωθερμίας του ΕΚΠΑ, με επικεφαλή τον καθηγητή Ευάγγελο Λάγιο, ανέλαβε την μελέτη της εδαφικής παραμόρφωσης τη χρήσει δορυφορικής γεωδαισίας GPS και δορυφορικής συμβολομετρίας ραντάρ (DInSAR).

Η πολυπαραμετρική παρακολούθηση μεταξύ των ετών 1997-2000 στο ηφαιστειακό πεδίο Κως-Γυαλί-Νίσυρος, ανέδειξε την πιθανότητα επαναδραστηριοποίησης του ηφαιστείου της Νισύρου.

Η χωρική διασπορά των σεισμών μετά την σεισμική κρίση του 1995-1997 και η παρατηρηθείσα εδαφική παραμόρφωση που καταγράφηκε από μετρήσεις GPS και με την χρήση συμβολομετρίας ραντάρ-DInSAR - ανέδειξε το υψηλό επίπεδο γεωδυναμικής δραστηριότητας της περιοχής.

Στο πλαίσιο μελέτης-παρακολούθησης της εδαφικής παραμόρφωσης εγκαταστάθηκε στο νησί ένα δίκτυο από 17 σταθμούς το 1997, το 2002 δύο νέοι σταθμοί εγκαταστάθηκαν στο Γυαλί και το 2013 ένας σταθμός στην Στρογγυλή. 

Ως σταθμός αναφοράς για την διαφορική επίλυση του τοπικού δικτύου GPS της Νισύρου, ως και την μελέτη της εδαφικής κίνησης στο ηφαιστειακό πεδίο Νισύρου-Γυαλί-Στρογγυλή, επιλέχθηκε σημείο στην πόλη της Κω.

Οι GPS μετρήσεις κατά την πρώτη περίοδο (1997-2002) ανέδειξαν έντονη εδαφική παραμόρφωση, με έντονες ανυψωτικές τάσεις κυρίως στο κεντρικό και βορειοδυτικό τμήμα της νήσου (έως και 160 mm σε διάστημα τρειών ετών) και διάνοιξη του νησιού κατά μήκος άξονα με διεύθυνση περίπου Βορράς – Νότος γύρω από ένα κέντρο στην περιοχή νότια της Ι. Μονής Ευαγγελίστρας. 

Η παρατηρούμενη εδαφική παραμόρφωση αποδόθηκε (με διαδικασία προσομοίωσης-μοντελοποίησης) στην ύπαρξη δύο μαγματικών θαλάμων στην ευρύτερη περιοχή της Νισύρου, ως και στην αύξηση του όγκου των μαγματικών θαλάμων. Οι μαγματικοί θάλαμοι προσομοιώνονται με σημεία Mogi point sources.

Ο ένας θάλαμος ευρίσκεται στο κέντρο περίπου της Νισύρου σε βάθος ~5.5 km (μετατοπισμένος ΒΔ), ενώ ο δεύτερος θάλαμος εντοπίζεται στον υποθαλάσσιο χώρο νότια της Νήσου Γυαλί σε βάθος ~6.5 km (Lagios et al., 2005).

Ταυτόχρονα για την καλύτερη ερμηνεία της οριζόντιας μετατόπισης στην περιοχή του Μανδρακίου, πραγματοποιήθηκε και μοντελοποίηση της κίνησης του Ρήγματος Μανδρακίου, η οποία ανέδειξε κίνηση 150-260 mm, και η οποία συνάγει με τις σεισμικές καταγραφές καθώς και με τις βλάβες στις οικίες της περιοχής.

Εδαφική παραμόρφωση 2012-2016
Η παρακολούθηση της εδαφικής παραμόρφωσης του ηφαιστείου επανελήφθη τα έτη 2012 και το 2013. Η εικόνα της εδαφικής παραμόρφωσης έδειξε σαφή διαφοροποίηση των εδαφικών κινήσεων αυτό το διάστημα σε σχέση με την προηγουμένη περίοδο, με έντονη καθίζηση σε όλη την περιοχή της Νισύρου αλλά και στο Γυαλί.

Η παρατηρηθείσα καθίζηση, κυρίως στο κέντρο της Νισύρου, συνοδεύτηκε και από τις αντίστοιχες οριζόντιες κινήσεις, οι οποίες συνάγουν με καταβύθιση του κέντρου και “κατάρρευση” των τοιχωμάτων προς αυτό.

Ως συνέπεια οι GPS σταθμοί του δυτικού τμήματος της Νισύρου παρουσίασαν ανατολικής διεύθυνσης κινήσεις, ενώ οι σταθμοί στα ανατολικά έδειξαν οριζόντια κίνηση δυτικής διεύθυνσης.

Οι παρατηρηθείσες ταχύτητες για το διάστημα 2002-2013, θεωρώντας ότι η παραμόρφωση είναι περίπου γραμμική, προσδιορίσθηκαν σε περίπου 10mm/έτος τόσο στην οριζόντια διεύθυνση, όσο και στην κατακόρυφη.

Τον Αύγουστο του 2016 επαναμετρήθηκε το GPS δίκτυο της Νισύρου. Οι μετρήσεις έλαβαν χώρα από τις 22 Αυγούστου έως 2 Σεπτεμβρίου – διάρκεια 11 ημέρες. Στο ενδιάμεσο διάστημα μετρήσεις πραγματοποιήθηκαν και στον σταθμό στην Κω καθώς και στους δύο σταθμούς στο Γυαλί, και στην βραχονησίδα Στρογγυλή.

Η γενική εικόνα για την εδαφική παραμόρφωση την τριετία 2013-2016 παρουσιάζεται ανάλογη με την προηγούμενη περίοδο 2002-2013. Καθίζηση παρατηρείται στο σύνολο της περιοχής με την ασθενέστερη να λαμβάνει χώρα στην Στρογγυλή (λιγότερο από 5 mm).

Ισχυρή καθίζηση (περίπου 55 mm) παρατηρείται στο κέντρο της Νισύρου κοντά στην περιοχή της γεώτρησης Ν2, στο Λακκί, και ΒΔ του κρατήρα Στέφανου.

Η ισχυρή καθίζηση σε αυτή την περιοχή προκαλεί και την “κατάρρευση” των περιμετρικών σταθμών προς το κέντρο του νησιού προκαλώντας τους σταθμούς στα ανατολικά να επιδεικνύουν οριζόντια παραμόρφωση με διεύθυνση προς τα δυτικά και τους σταθμούς στα δυτικά να εμφανίζουν ανύσματα οριζόντιας κίνησης προς τα ανατολικά.

Ταυτόχρονα οι σταθμοί του νότιου τμήματος της Νισύρου παρουσιάζουν οριζόντια κίνηση με διεύθυνση προς τον βορρά, δηλαδή προς την περιοχή που εμφανίζει την εντονότερη καθίζηση.

Η οριζόντια μετατόπιση μετρήθηκε περίπου 20-30 mm για το διάστημα των τριών ετών.

H κατακόρυφη κίνηση (καθίζηση) στην περιοχή του Μανδρακίου υπολογίσθηκε σε περίπου 40mm, στον Εμπορειό η καθίζηση ήταν περίπου 25mm, ενώ τα Νικία παρουσίασαν την ισχυρότερη καθίζηση (περίπου 50mm) και ταυτόχρονα βόρεια κίνηση (περίπου 20 mm).

Η συγκεκριμένη εικόνα εδαφικής παραμόρφωσης συνάδει με την πτώση της πίεσης στο εσωτερικό των δύο μαγματικών θαλάμων, οι οποίοι είχαν θεωρηθεί για να εξηγήσουν την έντονη εδαφική παραμόρφωση της περιόδου 1997-2001.
Η πτώση της τάσης εντός των δύο θαλάμων μπορεί να θεωρηθεί ότι προκαλεί την παρατηρούμενη καθίζηση και την αντίστοιχη οριζόντια κίνηση των σταθμών που εδράζουν τόσο στην Νίσυρο, όσο και στα δύο μικρότερα νησιά του Γυαλιού και της Στρογγυλής.

Ειδικότερα για τα ανύσματα κίνησης των δύο σταθμών στο Γυαλί και του σταθμού της Στρογγυλής, η κίνησή τους υποδηλώνει την μείωση της πίεσης εντός του μαγματικού θαλάμου, ο οποίος εντοπίσθηκε στην θαλάσσια περιοχή νοτίως από το Γυαλί. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει καμμία ένδειξη κάποιας δραστηριοποίησης του ηφαιστείου στο άμεσο μέλλον.

Μόνιμοι Γεωδαιτικοί Σταθμοί GPS
Για την μελέτη της κίνησης της ευρύτερης περιοχής του ΝΑ Αιγαίου πραγματοποιείται σε ημερήσια βάση (από το Τομέα Γεωφυσικής-Γεωθερμίας) επίλυση των μόνιμων σταθμών GPS, οι οποίοι λειτουργούν στην ευρύτερη περιοχή τα τελευταία έτη, βάσει σταθμών αναφοράς που εδράζουν στην Ευρώπη και οι οποίοι έχουν επακριβώς καθορισμένη ταχύτητα κίνησης.

Οι μόνιμοι σταθμοί GPS είναι εγκατεστημένοι και λειτουργούν συνεχώς ούτως ώστε να διαθέτουμε ημερήσιες επιλύσεις των συντεταγμένων των σταθμών. Σε περιοχές με μικρή τεκτονική/ηφαιστειακή δραστηριότητα οι σταθμοί αυτοί παρουσιάζουν γραμμική κίνηση η οποία εξαρτάται από την κίνηση της λιθοσφαιρικής πλάκας στην οποία ανήκουν. Σε έντονα τεκτονικά ή ηφαιστειακά ενεργές περιοχές η κίνηση εμφανίζει μη γραμμική συμπεριφορά και η απόκλιση από την γραμμικότητα δύναται να αποτελέσει ένδειξη τεκτονικής ή ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Η επεξεργασία των δεδομένων από τέσσερεις μόνιμους σταθμούς GPS στην Κάλυμνο, Τήλο και Ρόδο (για το διάστημα λειτουργίας τους), καθώς και η επεξεργασία των δεδομένων από τους σταθμούς στην Κω και στην Νίσυρο κατά την διάρκεια των ετών που πραγματοποιούνται μετρήσεις (1997-2016) ανέδειξαν μια σχετικά ομοιόμορφη και γραμμική κίνηση (περίπου 20-25 mm/έτος νοτιοανατολικά) της ευρύτερης περιοχής από το 2001 και εντεύθεν κυρίως στην οριζόντια διεύθυνση.

Η κατακόρυφη συνιστώσα της κίνησης (αν και χαρακτηρίζεται από μεγαλύτερο σφάλμα) ανέδειξε ελαφρές διαφοροποιήσεις κυρίως στην Κω και την Νίσυρο με ανυψωτικές (+5mm/έτος) και καθοδικες (-8mm/έτος) τάσεις αντίστοιχα, οι οποίες διαφοροποιούν τα δύο νησιά από τα υπόλοιπα, στα οποία η κατακόρυφη συνιστώσα της κίνησης εμφανίζεται πολύ μικρή  ±1mm/έτος.

Ο μόνιμος Δορυφορικός Γεωδαιτικός σταθμός (GPS) που εγκαταστάθηκε στο Δημαρχείο της Νισύρου στόχο έχει να συμβάλει στην παρακολούθηση του Ηφαιστείου σε πραγματικό χρόνο. Καθημερινές επιλύσεις των συντεταγμένων της θέσης του δέκτη με μεγάλη ακρίβεια (2-4 mm στην οριζόντια διεύθυνση και 6-8mm στην κατακόρυφη) θα παρέχουν ακριβή στοιχεία για την εδαφική κίνηση και παραμόρφωση η οποία λαμβάνει χώρα στην Νίσυρο.

Οι ημερήσιες επιλύσεις θα πραγματοποιούνται από τον Τομέα Γεωφυσικής Γεωθερμίας του ΕΚΠΑ και θα δημοσιεύονται στην ιστοσελίδα του Δήμου και του Τομέα. Τα δεδομένα αυτά θα αξιολογούνται συνδυαστικά με την σεισμική δραστηριότητα με τελικό στόχο την έγκαιρη και έγκυρη αναγνώριση πρόδρομων φαινομένων ηφαιστειακής δραστηριότητας.

Οι συγκεκριμένες δραστηριότητες του Δήμου Νισύρου σε συνεργασία με το Τμήμα Γεωλογίας-Γεωπεριβάλλοντος του ΕΚΠΑ αποσκοπούν σε μια σταδιακή δημιουργία ενός σύγχρονου Ηφαιστειακού Παρατηρητηρίου στην Νίσυρο.

Ένα παρατηρητήριο το οποίο θα πραγματοποιεί συνεχή πολύπαραμετρική παρακολούθηση του ηφαιστείου, αλλά και με στόχο να αποτελέσει ένα διεθνές κέντρο προβολής της μοναδικής Γεωλογικής σημασίας της Νισύρου συμβάλλοντας στην ανάπτυξη επιστημονικού, θεματικού και συνεδριακού τουρισμού, και να προσελκύσει συναφείς εκπαιδευτικές δραστηριότητες (θερινά σχολεία, εκπαιδευτικές εκδρομές Ελληνικών και ξένων πανεπιστημιακών ιδρυμάτων κα), καθιστώντας τη Νισύρου ένα σύγχρονο ζωντανό εργαστήριο Ηφαιστειακής μελέτης.