Защо не можем да предскажем южните земетресения
Всеки път, когато земята трепери и земетресението предизвиква хаос, обществеността задава същия въпрос: защо науката не може да го предскаже? За да обясним тази трудност, първо трябва да разберем какво се случва по време на тези събития.
Какво е земетресение? От голямото земетресение в Сан Франциско през 1906 г. е известно, че е резултат от внезапно приплъзване (разкъсване) по разлом, ограничаващ два блока скала.
Първоначално движенията на тектонските плочи, които се движат няколко сантиметра годишно в различни посоки, генерират натрупвания на стрес: те са концентрирани върху механични прекъсвания в литосферата (част от земната кора). Или по разлом, граница между два тектонски блока, които се движат един спрямо друг.
Тези блокове имат бавно и редовно относително изместване. Ако контактът между двата блока (повредата) беше "гладък" или без съпротивление, блоковете щяха да се плъзгат непрекъснато. И обратно, ако триенето поради грапавостта на контакта предотвратява или забавя това движение, тогава повредата не се плъзга: тя се блокира.
Нечувствителни към случващото се в близост до техните граници, плочите винаги се движат с еднаква скорост. По този начин техните граници ще се движат чрез натрупване на еластична деформация, създадена от контраста между изместването в „далечно поле“ (т.е. на определено разстояние от границите на плочата) и блокиращата (пълна или частична) локална.
Еластичният материал, съставляващ плочата, ще натрупва деформацията, докато тя е достатъчна, за да "прескочи" запушването на разлома: това е земетресението. След това повредата ще блокира отново и цикълът ще се натрупа бавно - сеизмичното разрушаване ще се повтаря за неопределено време.
Тектонски пейзаж: Исландия е пресечена от Средноатлантическия разлом, фрактура на земната кора, която разделя тектонските плочи на Америка и Европа. Unsplash/Pixabay
Отпускане на ограниченията
Следователно деформацията на ръба на плочите ще представлява типична крива на „трион“, редувайки дълги периоди на блокиране с натрупване на деформация и кратки моменти на почти мигновени измествания, съответстващи на разрушаването и освобождаването на напреженията.
Най-простите модели, създадени през 80-те години, се основават на редовен цикъл с повтаряне на подобни земетресения (говорим за характерно земетресение) на постоянни интервали от време (говорим за период на повторение или връщане).
Този модел изглежда работи в някои случаи, но съществуват по-сложни ситуации. От една страна, земетресението не поглъща непременно цялата натрупана деформация. От друга страна, законите на триене в равнината на разлома са достатъчно сложни, за да си представим, че те могат да варират по време на циклите, например чрез увеличаване, ако земетресението се забави или напротив, чрез намаляване, ако е било особено мощно.
Тези механизми за положителна обратна връзка водят до схващане за съществуването на дълги периоди на покой (т.е. да се каже, че повредата е засегната от триене, което е толкова по-силно, тъй като се укрепва с времето), последвано от каскади от земетресения с различни размери ( повредата се счупва още по-лесно, защото се счупи наскоро). Едва след достатъчно дълго време, натрупвайки много различни сеизмични цикли, кумулативното изместване ще бъде съпоставимо с дългосрочната скорост на тектонските плочи.
Трудности при прогнозиране
При тези условия как да се предскаже появата на земетресения? Упражнението се основава на понятието време за връщане. Имаме представа за сеизмични рецидиви през историята (понякога хилядолетие, по-често няколкостотин години), но също и чрез изследвания от древни времена, известни като палеосеизмичност (няколко хилядолетия).
В простия случай на стабилно повторение на характерно земетресение, установено в продължение на няколко цикъла, е възможно да се предвиди, че следващото земетресение ще се приближи до характерното земетресение и ще се случи в края на периода на връщане.
Сеизмичната активност на Паркфийлд по време на земетресението през 2004 г. USGS/Wikimedia
Говорим за дългосрочно прогнозиране, далеч не перфектно. Примерът с разлома Parkfield (Калифорния) показва, че трябва да се имат предвид големи несигурности, стига периодът на връщане.
Във всички останали случаи прогнозата ще бъде ограничена до идентифициране на местоположението и размера на блокираната зона, която натрупва деформация, както и количеството деформация, натрупана с течение на времето в тази зона, но няма да позволи формулиране на хипотеза относно размера и дата на следващото земетресение.
Статистически подход
Дългосрочните повторения на земетресенията могат да бъдат приблизително статистически изчислени в регионален мащаб, без да се знае сеизмичният цикъл на всеки разлом. Разпределението на броя на земетресенията, превишаващо дадена степен, наистина следва статистически закон, известен като Гутенберг-Рихтер, от съществено значение за изчисляването на дългосрочната сеизмична опасност, който установява, че една допълнителна единица за магнитуд разделя броя на земетресенията на 10.