Sejsmolodzy od lat usiłują wypracować metody pozwalające na przewidywanie:
- miejsca,
- czasu – w miarę możliwości dnia i godziny,
- wielkości trzęsienia ziemi.
Takie przewidywanie [1], [2], [3], [4] nazywane jest krótkoterminowym albo predykcją [5]. Przykładowe przewidywanie krótkoterminowe to stwierdzenie, że za trzy dni w Krakowie nastąpi trzęsienie ziemi o magnitudzie 7 (zob. Trzęsienia ziemi - definicje podstawowe ). Możliwa jest wtedy ewakuacja ludności z zagrożonego obszaru. Dotychczas podawany jest jeden przykład pomyślnego przewidywania krótkoterminowego, które dotyczyło trzęsienia ziemi w Haicheng w Chinach z 1975 roku. Wówczas na dzień przed trzęsieniem ziemi o magnitudzie 7,3 wydano ostrzeżenie i zorganizowano ewakuację. Obserwacje zmiany wysokości terenu i poziomu wód gruntowych, powszechne doniesienia o osobliwych zachowaniach zwierząt i wiele wstrząsów poprzedzających doprowadziły do tych decyzji. Wspomniane zjawiska i wydarzenia nazywamy prekursorami. Niestety większość trzęsień ziemi nie ma tak oczywistych prekursorów. Pomimo chińskiego sukcesu w 1975 roku, nie było ostrzeżenia o trzęsieniu ziemi o sile 7,6 w Tangshan w 1976 roku, które spowodowało około 250 000 ofiar śmiertelnych.
Do prekursorów należą:
- wstrząsy wstępne (ang. foreshocks),
- przechylanie presejsmiczne,
- luki sejsmiczne,
- anormalne zachowanie zwierząt,
- sygnały elektromagnetyczne,
- sygnały grawimetryczne,
- zmiany prędkości fal sejsmicznych (zob. Fale sejsmiczne ),
- zmiana poziomu wody w studniach,
- zmiana emisji radonu.
Luka sejsmiczna to aktywna część uskoku (zob. Geneza trzęsień ziemi ), w której nie było w dłuższym okresie czasu trzęsień ziemi [5]. Może to być uskok zakleszczony, w którym narastają naprężenia. Trzęsienie ziemi Loma Prieta w Kalifornii w 1989 roku jest przykładem wydarzenia związanego z luką sejsmiczną. Zmiana poziomu wody wiąże się z powstaniem szczelin, do których woda ucieka. W wodach podziemnych dokonuje się pomiaru emisji radonu ( Rys. 1A), [6]. Do badań geofizycznych związanych z prekursorami należą badania pomiary metodami elektromagnetycznymi i elektrycznymi [7], pomiary zmian prędkości fal sejsmicznych [8] i pomiary grawimetryczne [9]. System ATROPATENA ( Rys. 1B), przeznaczony do monitorowania zmian grawitacji, został w ostatnich latach zainstalowany w szeregu krajów dotkniętych trzęsieniami ziemi, zwłaszcza w Azji.
; B: urządzenie do pomiaru pola grawitacyjnego. Fot. Ismail Valiyev, Station ATROPATENA-ID(Yogyakarta, Indonesia)1.jpg, licencja CC BY-SA 3.0, źródło: Wikimedia Commons.
Jak dotąd prekursory nie okazały się wystarczająco użyteczne dla predykcji trzęsień ziemi. Na dzisiejszym etapie wiedzy nie jest możliwe dokładne krótkoterminowe ich przewidywanie [5]. Przewidywanie długoterminowe natomiast mówi nam o tym, czy na danym obszarze trzęsienie ziemi pojawi się okresie dłuższym, kilku, a nawet kilkudziesięciu lat. Opiera się ono na analizie poprzednich wydarzeń sejsmicznych w badanym rejonie, jak również na analizie budowy geologicznej w szczególności bliskości do granic płyt. Jeżeli dany obszar zostaje uznany za sejsmiczny podejmuje się odpowiednie środki zaradcze, w szczególności odpowiednie budownictwo. Niewłaściwe budownictwo powoduje znacznie większe straty w ludziach, jak to miało miejsce w przypadku trzęsienia ziemi w Armenii w 1888 roku [10], czy też Skopje w 1963 roku [11]. Budynki odporne na trzęsienia konstruowane są z betonu uzbrojonego stalowymi prętami, co nadaje im odpowiednią elastyczność. Ważne jest odpowiednie posadowienie amortyzujące wstrząsy [12].
System ostrzegania o trzęsieniu ziemi (lub system wczesnego ostrzegania) to zespół akcelerometrów, sejsmometrów, środków, komunikacji, komputerów i alarmów, który został opracowany w celu powiadamiania sąsiednich regionów o silnym trzęsieniu ziemi w trakcie jego trwania. To nie to samo, co przewidywanie trzęsień ziemi, które obecnie nie jest w stanie wygenerować decydujących ostrzeżeń o zdarzeniach. Szczególnie ważnym jest odpowiednie informowanie o nadchodzącej fali tsunami ( Rys. 2 ).
.
Na Pacyfiku został wdrożony odpowiedni system ostrzegania o tsunami zwany DART (ang. Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) ( Rys. 3 ), w skład którego wchodzą boje, czujniki na dnie oceanu (tsunamometry), satelity odbierające dane i ośrodek na Hawajach analizujący dane i ostrzegający rejony zagrożone [13]. System ten umożliwia ostrzeganie rejonów zagrożonych niejednokrotnie na godziny przed nadejściem fali. Niestety zabrakło go w czasie trzęsienia ziemi w Indonezji w 2004 roku.
; B: tsunamometr. Fot. Van.takacs, Envirtech Poseidon Tsunameter - Andaman Sea.jpg, licencja CC BY-SA 4.0, źródło: Wikimedia Commons.
Bibliografia
1. T. Rikitake: Earthquake prediction, Earth-Science Reviews 1968, Vol. 4, pp. 245-282.2. K. Mogi: Earthquake prediction, U.S. Department of Energy Office of Scientific and Technical Information, Oak Ridge 1985.
3. D. L. Turcotte: Earthquake prediction, Annual Review of Earth and Planetary Sciences 1991, Vol. 19, iss. 1, pp. 263-281.
4. R. J. Geller: Earthquake prediction: a critical review, Geophysical Journal International 1997, Vol. 131, iss. 3, pp. 425-450.
5. Z. Mortimer: Zarys fizyki Ziemi, AGH Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Kraków 2004.
6. M. Noguchi, H. Wakita: A method for continuous measurement of radon in groundwater for earthquake prediction, Journal of Geophysical Research 1977, Vol. 82, iss. 8, pp. 1353-1357.
7. M. S. Lazaridou-Varotsos: Earthquake Prediction by Seismic Electric Signals: The success of the VAN method over thirty years, Springer Science & Business Media, Berlin, Heidelberg 2012.
8. J. H. Whitcomb, J. D. Garmany, D. L. Anderson: Earthquake prediction: Variation of seismic velocities before the San Francisco earthquake, Science 1973, Vol. 180(4086), pp. 632-635.
9. J. B. Walsh, J. R. Rice: Local changes in gravity resulting from deformation, Journal of Geophysical Research: Solid Earth 1979, Vol. 84, iss. B1, pp. 165-170.
10. R. Monastersky: Lessons and Questions Emerge from Armenian Quake, Science News 1989, Vol. 135, iss. 3, p. 43, dostęp:20.09.2021
11. G. V. Berg: The Skopje, Yugoslavia Earthquake, July 26, 1963, American Iron and Steel Institute, Nowy Jork 1963.
12. S. Bungale: Wind and earthquake resistant buildings – structural analysis and design, Marcel Dekker, Nowy Jork 2005.
13. A. Urbanek: Tsunami - zagrożenie ekologiczne bezpieczeństwa powszechnego, Studia nad Bezpieczeństwem 2017, Vol. 2, pp. 17-32.