Οι διαστημικές καταιγίδες θα μπορούσαν να συντρίψουν το ηλεκτρικό δίκτυο του άνω Midwest

Όταν σβήνουν τα φώτα, η αιτία είναι συχνά περιφερειακή:Καταιγίδες πάγου στις βορειοανατολικές Ηνωμένες Πολιτείες ή τυφώνες στα νοτιοανατολικά. Τώρα, μια νέα μελέτη δείχνει ότι το ανώτερο Midwest μπορεί να έχει το δικό του ειδικό είδος καταιγίδας που καταστρέφει το πλέγμα - διαστημικό καιρό. Η μελέτη διαπιστώνει ότι αυτή η περιοχή διατρέχει τον μεγαλύτερο κίνδυνο ζημιάς από καταιγίδες φορτισμένων σωματιδίων από τον ήλιο, που συντρίβονται στη Γη και στέλνουν ηλεκτρικά ρεύματα κατά μήκος των γραμμών ηλεκτροδότησης, λιώνοντας μετασχηματιστές και πυροδοτώντας διακοπές ρεύματος. Σύμφωνα με τη μελέτη, αυτές οι αυξήσεις θα μπορούσαν να είναι έως και 100 φορές πιο ισχυρές στη βόρεια Μινεσότα και το Ουισκόνσιν από ό,τι σε άλλα μέρη των Ηνωμένων Πολιτειών.

Οι επιστήμονες προσπαθούν να προβλέψουν τις γεωηλεκτρικές καταιγίδες εδώ και δεκαετίες, αλλά έχουν παρεμποδιστεί από την έλλειψη δεδομένων. Τώρα, οι ερευνητές δημιούργησαν τον πρώτο χάρτη «γεωηλεκτρικού κινδύνου» για μεγάλα τμήματα των ηπειρωτικών Ηνωμένων Πολιτειών. Αντί να παρέχει τοπικές συστάσεις για να γίνει ασφαλές ένα δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας ή βραχυπρόθεσμες προειδοποιήσεις για μεγάλες καταιγίδες, αυτός ο νέος χάρτης στοχεύει να προβλέψει πού μπορεί να είναι πιο σοβαρές οι μεγάλες γεωηλεκτρικές καταιγίδες. Ο χάρτης, που δημοσιεύτηκε την περασμένη εβδομάδα στο Geophysical Review Letters, βασίζεται σε δεδομένα σχετικά με τους δύο μεγαλύτερους παράγοντες στη δύναμη αυτών των καταιγίδων—τις πιθανές αλληλεπιδράσεις του διαστημικού καιρού με το μαγνητικό πεδίο της Γης και την αγωγιμότητα του φλοιού της Γης.

Ο στόχος είναι να βοηθηθούν οι εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας να προετοιμαστούν για τον αναπόφευκτο αντίκτυπο των γεωηλεκτρικών καταιγίδων, λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Jeffrey Love, γεωφυσικός στο U.S. Geological Survey (USGS) στο Ντένβερ. Πολλές εταιρείες βασίζονται ήδη σε δεδομένα από την κυβέρνηση των ΗΠΑ για να διατηρήσουν τα δίκτυά τους ασφαλή:Η Εθνική Υπηρεσία Ωκεανών και Ατμόσφαιρας, για παράδειγμα, παρέχει διαστημικές προγνώσεις καιρού που μπορούν να παρέχουν κάποια εκ των προτέρων ειδοποίηση για τις επερχόμενες καταιγίδες. Αλλά οι επιστήμονες λένε ότι μπορούν να γίνουν περισσότερα. «Νομίζω ότι όλοι στο πεδίο αναγνωρίζουν τη σημασία του να εξετάσουμε αυτό το πρόβλημα και να προσπαθήσουμε να το λύσουμε όσο το δυνατόν συντομότερα», λέει ο Chigomezyo Ngwira, διαστημικός φυσικός στο Καθολικό Πανεπιστήμιο της Αμερικής στην Ουάσιγκτον, DC, ο οποίος δεν συμμετείχε σε τη μελέτη.

Ο διαστημικός καιρός έχει προκαλέσει προβλήματα στην ανθρωπότητα ήδη από το 1859, όταν μια τεράστια έκρηξη πλάσματος που εκτοξεύτηκε από τον ήλιο συγκρούστηκε με τη Γη, προκαλώντας ένα ηλεκτρικό ρεύμα που, αντί να διαρρέει το βράχο, κυλούσε μέσω τηλεγραφικών καλωδίων. Το λεγόμενο Carrington Event τηγάνισε γραμμές σε όλη τη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη, σοκάροντας έως και καίγοντας ορισμένους τηλεγραφητές. Σήμερα, τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας έχουν αντικαταστήσει τα τηλεγραφικά καλώδια, αλλά είναι ευάλωτα με τον ίδιο τρόπο. Μια πρόσφατη μελέτη δείχνει ότι μια ηλιακή καταιγίδα τόσο σφοδρή όσο αυτή του 1859 θα προκαλούσε ζημιά περίπου 2 τρισεκατομμυρίων δολαρίων σήμερα.

Ο νέος χάρτης ξεχώρισε το βόρειο άκρο της Μεσοδυτικής —ειδικά τη Μινεσότα και το Ουισκόνσιν— ως ευάλωτο στις γεωηλεκτρικές καταιγίδες για δύο λόγους. Πρώτον, το σχήμα του μαγνητικού πεδίου της Γης αναγκάζει τον διαστημικό καιρό να έχει μεγαλύτερες επιπτώσεις σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη. Όταν σύννεφα εκτοξευόμενου υλικού και ενέργειας από τον ήλιο χτυπούν το μαγνητικό πεδίο της Γης σε σχήμα ντόνατ, ένα μέρος του εκτρέπεται, αλλά το υπόλοιπο εκτρέπεται προς το έδαφος κοντά στους μαγνητικούς πόλους. Αυτό το υλικό αλληλεπιδρά με το μαγνητικό πεδίο της Γης, δημιουργώντας σέλας και τις ηλεκτρικές υπερτάσεις που ρέουν στην επιφάνεια του πλανήτη. Όσο πιο κοντά στους πόλους είναι ένα ηλεκτρικό δίκτυο, τόσο πιο πιθανό είναι να αντιμετωπίσει προβλήματα κατά τη διάρκεια γεωηλεκτρικών καταιγίδων. Χρησιμοποιώντας ιστορικά δεδομένα από ένα δίκτυο γεωμαγνητικών σταθμών παρατήρησης, οι ερευνητές μπόρεσαν να υπολογίσουν τη στατιστική πιθανότητα για το πόσο ισχυρές καταιγίδες θα μπορούσαν να γίνουν σε μια δεδομένη περιοχή.

Αλλά αυτός δεν είναι ο μόνος παράγοντας που παίζει:ορισμένες περιοχές του φλοιού της Γης είναι πιο αγώγιμες από άλλες. Τα τελευταία χρόνια, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών έχει χρηματοδοτήσει μια «μαγνητοτλελουρική» έρευνα σε μεγάλες περιοχές των Ηνωμένων Πολιτειών—οι ερευνητές, στην ουσία, κόλλησαν βολτόμετρα στο έδαφος σε ένα δίκτυο και μέτρησαν τη ροή ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ τους. Αυτά τα δεδομένα, συμπληρωμένα από την εργασία που έγινε από το USGS, βοήθησαν τους ερευνητές να δημιουργήσουν μια εικόνα για το πώς ρέει η ηλεκτρική ενέργεια μέσω του φλοιού της Γης. Γενικά, το βράχο δεν είναι πολύ αγώγιμο, γι' αυτό τα ρεύματα από τις ηλιακές καταιγίδες συχνά ρέουν μέσα από τα μέταλλα της υποδομής του δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας για να ολοκληρώσουν το κύκλωμά τους.

Αλλά οι τύποι βράχου έχουν σημασία. Για παράδειγμα, το ανώτερο Midwest φιλοξενεί δύο τύπους πετρωμάτων που μαζί δημιουργούν μια τέλεια ευκαιρία για ηλεκτρικά ρεύματα. Το ιζηματογενές πέτρωμα, το οποίο είναι πιο αγώγιμο, καλύπτεται από πυκνά, μονωτικά πυριγενή πετρώματα που έχουν απομείνει από μια εποχή πριν από 1,1 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν η Βόρεια Αμερική σχεδόν χωρίστηκε στη μέση και τα πυριγενή πετρώματα ανέβηκαν από κάτω. Σήμερα, η αντίθεση μεταξύ των δύο στρωμάτων επιτρέπει ένα ισχυρό, τοπικό ηλεκτρικό ρεύμα κατά τη διάρκεια γεωηλεκτρικών καταιγίδων.

Αλλά δεν έχει ακόμη ερευνηθεί η αγωγιμότητά τους σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες. Η Love είναι πρόθυμη να επεκτείνει τον χάρτη στη Νέα Αγγλία, μόλις εξασφαλιστεί η χρηματοδότηση. Όχι μόνο η περιοχή έχει παλιά, πολύπλοκη γεωλογία που θα μπορούσε να αποκαλύψει απροσδόκητες αντιθέσεις αγωγιμότητας, αλλά είναι επίσης αρκετά βόρεια για να λάβει περισσότερη ενέργεια από γεωηλεκτρικές καταιγίδες. Τα δεδομένα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τις εταιρείες ηλεκτρικής ενέργειας να προστατεύσουν τα δίκτυα της Νέας Υόρκης, της Βοστώνης και άλλων μεγάλων πόλεων, λέει ο Ngwira. «Πριν είχαμε επιστήμονες να δούλευαν μόνοι τους και μηχανικούς να έκαναν τα δικά τους», λέει. «Οι επιστήμονες αρχίζουν να καταλαβαίνουν τι χρειάζονται οι μηχανικοί από εμάς».