Eduscience

Eduscience

Jedną z podstawowych przyczyn powstania sejsmologii była potrzeba przewidywania trzęsień Ziemi. Po upływie ponad 100 lat od wprowadzenia rejestracji sejsmicznej cel ten nadal nie został osiągnięty w sposób, który zadowoliłby zarówno naukowców, jak i społeczeństwo.


Obecnie nie istnieją metody powstrzymywania trzęsień ziemi, stąd też naturalną potrzebą społeczeństw zamieszkujących strefy zagrożone silnymi wstrząsami jest posiadanie prognozy w celu wydania ostrzeżenia czy alarmu przed spodziewanym trzęsieniem ziemi. Umożliwiłyby one ewakuację lub pozwoliłyby zabezpieczyć ludność i mienie, a następnie – już po trzęsieniu – wprowadzenie się na nowo.


Dylematy prognozowania trzęsień ziemi

Przez ponad stulecie sejsmologia próbowała rozwiązać ten problem, czyniąc spore postępy, ale aktualnie efekty wciąż są dalekie od oczekiwań. Można dokonać pewnego porównania z prognozą meteorologiczną, uznawaną ogólnie za działającą i pożyteczną. Prognozę meteorologiczną przygotowuje się na podstawie obserwacji przemieszczania się układów barycznych i frontów atmosferycznych, co nad określonym obszarem odbywa się przeciętnie co kilka dni. Prognoza na kolejny dzień mówi np. o opadach deszczu po południu, nie precyzując jednak czy początek deszczu nastąpi o godzinie 13:00 czy 15:45. Okno czasowe, w którym ma zacząć padać stanowi jakieś 5 do 10% czasu trwania cyklu pomiędzy nadejściem kolejnych opadów. Na codzienny nasz użytek taka prognoza jest wystarczająca.

W sejsmologii mamy do czynienia ze znacznie dłuższą skalą czasową. Wielkie trzęsienia ziemi mogą nawiedzać ten sam obszar np. co kilkaset lat. W tym momencie prognoza sejsmologiczna o wystąpieniu dużego trzęsienia ziemi w ciągu np. najbliższych 30 lat ma dokładnie taką samą dokładność jak meteorologiczna prognoza deszczu – tyle że jest kompletnie nieużyteczna. Nie można bowiem wysiedlić jakiegoś rejonu na okres pokolenia, a nawet gdyby to zrobiono, straty gospodarcze w wyniku takiego wysiedlenia wielokroć przekroczyłyby szkody wyrządzone przez trzęsieni ziemi.

Należy przy tym zauważyć jeszcze dodatkowe dwa elementy, które czynią prognozę sejsmologiczną bardziej zawodną niż prognozę meteorologiczną. Pierwszy to niemożność prowadzenia bezpośrednich obserwacji w rejonie ogniska przyszłego zjawiska. Meteorologia ma możliwość prowadzenia bezpośrednich badań atmosfery i zjawisk zachodzących w chmurach, sejsmologia skazana jest na metody pośrednie – nikt jeszcze nie dowiercił się na głębokość, na której występują ogniska dużych trzęsień ziemi. Drugim jest skala czasowa zjawiska. Kilkudniowy cykl frontów atmosferycznych jest zjawiskiem powtarzalnym w przyrodzie. Wieloletnie obserwacje meteorologiczne pozwoliły zgromadzić odpowiednią liczbę wiarygodnych danych statystycznych umożliwiających modelowanie zjawisk atmosferycznych. W związku z tym, że cykl występowania dużych trzęsień jest kilkusetletni, prognozowanie sejsmiczne jest skazane zwykle na kilka nie zawsze pewnych doniesień historycznych.

               

Czy w kwestii prognozowania trzęsień jesteśmy kompletnie bezradni?

Niezupełnie. O ile nie potrafimy podać prognozy deterministycznej, tzn. dokładnie gdzie i kiedy wystąpi trzęsienie ziemi, sejsmologia jest w stanie podać prognozę statystyczną. Prognoza statystyczna – często określana mianem hazardu sejsmicznego – to prawdopodobieństwo, z którym na danym obszarze, w danym czasie, może wystąpić trzęsienie ziemi o określonej lub większej magnitudzie. Często stosuje się tę metodę w taki sposób, aby określić prawdopodobieństwo, z którym na danym obszarze, w danym czasie zostanie osiągnięta określona – lub większa – intensywność drgań. Taka prognoza jest używana przez inżynierów budownictwa przy projektowaniu budynków, które mają wytrzymać określone warunki, w tym drgania gruntu powodowane przez trzęsienia ziemi. Takie prognozy są wykonywane dla wielu rejonów świata – ich dokładność jest tym większa, im większa jest baza statystyczna, czyli im więcej trzęsień ziemi wystąpiło w danym obszarze w przeszłości. Przykładową mapę zagrożenia sejsmicznego opracowaną przez Program Oceny Globalnego Zagrożenia Sejsmicznego można znaleźć w galerii lub pod linkiem: http://www.seismo.ethz.ch/static/GSHAP/.

Ocena zagrożeń związanych ze zjawiskami powodowanymi przez trzęsienie ziemi jest pierwszym krokiem do szacowania ryzyka sejsmicznego, czyli wyznaczenia prawdopodobieństwa wystąpienia szkodliwych skutków m.in. ofiar, spowodowanych wystąpieniem trzęsienia ziemi na danym obszarze. Ryzyko to zależy od zagrożenia sejsmicznego oraz czynników takich jak: wiek, rodzaj budynków i infrastruktury, gęstość zaludnienia, sposób użytkowania i typy gruntów oraz pory dnia wystąpienia zjawiska i innych. Biorąc w pewnym uproszczeniu pod uwagę te czynniki, duże trzęsienia ziemi na obszarach niezamieszkanych niosą wysokie zagrożenie sejsmiczne, ale małe ryzyko. Średnie trzęsienia ziemi w obszarach gęsto zaludnionych o zabudowie niedostosowanej do warunków sejsmicznych charakteryzują się mniejszym zagrożeniem sejsmicznym, ale wysokim ryzykiem. Minimalizowanie skutków trzęsień ziemi wymaga uwzględnienia hazardu sejsmicznego oraz warunków geologicznych w trakcie projektowania i budowy infrastruktury w miejscach zagrożonych wystąpieniem wstrząsów. Szczególnie dotyczy to obiektów strategicznych typu elektrownie jądrowe, zapory rzeczne, zbiorniki odpadów toksycznych itp.

W wypadku Polski, prognozy zagrożenia sejsmicznego są mało dokładne, istnieją jednak takie miejsca na świecie, w których prognozy są stosunkowo dobrze określone. Przykładowo, dla rejonu Stambułu (Turcja) istnieje 90% prawdopodobieństwo wystąpienia trzęsienia ziemi w ciągu najbliższych 20 lat, skutkującego intensywnością drgań w stopniu VIII w dwunastostopniowej skali intensywności drgań. Takie informacje wykorzystano w Turcji do zaostrzenia norm budowlanych. Prowadzi się tam także działania podnoszące gotowość służb ratunkowych oraz wprowadzono obowiązkowe ubezpieczenia budynków od skutków trzęsienia ziemi, mające na celu zagwarantowanie środków finansowych na odbudowę.

Odpowiadając na pytanie tytułowe, sejsmolodzy woleliby umieć przewidzieć wystąpienie trzęsienia ziemi w sposób deterministyczny, podając dokładnie czas, miejsce i wielkość przyszłego zjawiska.  Obecnie jednak nie jest to możliwe, więc nie pozostaje im nic innego, jak lubić hazard sejsmiczny.

 

Tekst:

dr Grzegorz Lizurek


Bibliografia:

Wiejacz P., Lizurek G., Sejsmologia nie zawsze rozumiana, Fizyka w szkole nr 3/2012.

Zarzycka E., Materiały edukacyjne Zakładu Sejsmologii i Fizyki Wnętrza Ziemi, plakaty o tematyce związanej z sejsmologią, Obserwatorium Sejsmologiczne w Ojcowie, dostęp 14.01.2014 r. http://www.igf.edu.pl/pl/zaklady_naukowe/sejsmologii_i_fizyki_wnetrza_ziemi/materialy_edukacyjne


O skali intensywności trzęsień ziemi można przeczytać w artykule Uwaga, trzęsienie ziemi!

Galeria zdjęć