6 Minutės
Kitas didelis žemės drebėjimas netoli Stambulo gali būti ne tiek laiko paslaptis, kiek žemėlapio problema: mokslininkai pagaliau pradeda matyti, kur plyšys yra silpniausias ir kur įtampa greičiausiai sprogs.
Giliai po Marmaros jūra tyrėjai panaudojo Žemės elektromagnetinius "šnabždesius", kad nubraižytų uolienų tvirtumo skirtumus, kurių vien trichmų bangos (seismika) nebūtų galėjusios atskleisti. Rezultatas – pirmasis pilnas trijų matavimų (3D) atsparumo modelis plutai po šiuo Šiaurės Anatolijos plyšio ruožu, kuris atskleidžia mozaiką: silpnesnių, skysčiais prisotintų zonų šalia tvirtesnių, užrakintų blokų — būtent tokios ribos dažnai tampa plyšimo pradžia.
Giliai po Marmaros jūra plutą gali jau ruoštis būsimam žemės drebėjimui. Naudodami elektromagnetinius signalus vietoje vien seisminių bangų, tyrėjai atskleidė paslėptus plyšio skirtumus, kurie nurodo, kur gali koncentruotis įtampa.
Matyti nematomą su magnetotellurika
Magnetotelluriniai (MT) tyrimai fiksuoja subtilius Žemės magnetinio ir elektrinio lauko svyravimus, kuriuos sukelia požeminiai elektros srautai. Šie signalai neša informaciją apie elektrinį atsparumą, kuris kinta priklausomai nuo skysčių kiekio, temperatūros ir uolienų sudėties. Žemas atsparumas dažnai rodo skysčius arba cheminiais procesais pakeistas ir susilpnintas uolienas; didelis atsparumas būdingas šaltesnei, labiau vientisai ir tvirčiau užrakintai plutai.
Dr. Yasuo Ogawa vadovaujama komanda Institute of Science Tokyo, bendradarbiaudama su tyrėjais Turkijoje, įskaitant Dr. Tülay Kaya-Eken iš Boğaziçi universiteto, surinko duomenis iš daugiau nei 20 magnetotellurinių stočių išsidėsčiusių per Marmaros jūrą. Taikydami 3D invertavimo metodikas, jie elektromagnetinius modelius pavertė tūrine atsparumo žemėlapiu, siekiančiu kelias dešimtis kilometrų po jūros dugnu — pirmuoju tokio tipo šiam kritiniam Šiaurės Anatolijos plyšio ruožui.
Magnetotellurika leidžia tyrėjams užfiksuoti informaciją, kurios trūksta vien tik seismikos duomenyse: pavyzdžiui, MT padeda nustatyti požeminių drėkinimo zonų pasiskirstymą, hidrotermalinių kanalų trajektorijas ir zonas, kur cheminės transformacijos sumažina uolienų mechanišką stiprumą. Tokia informacija yra svarbi suvokiant tiek ilgametį įtampos kaupimą, tiek trumpalaikes deformacijas, kurios gali precedento neturinčiu būdu paveikti smūgio pradžią.
Ką atskleidžia modelis ir kodėl tai svarbu
Modelis parodo aiškias kontrastų zonas. Žemų atsparumų kišenės dreifa šalia gilių linijų su aukštu atsparumu. Ten, kur susitinka tokie kontrastai, plutų elgsena pasikeičia: skysčiai gali sutepti plyšius ir skatinti slydimą, tuo tarpu gretimi užrakinti blokai kaupia įtampą, kol ji smogia staigiai. Tyrėjai šias ribas interpretuoja kaip tikėtinas vilkimo (ruptūros) pradžios vietas ir zonas, kuriose seisminė energija gali būti koncentruojama didelio drebėjimo metu.
"Modeliuoti piešiniai, kuriuos mes užfiksavome, atrodo žymiantys, kur kaupiasi įtampa ir kur plyšimas galėtų prasidėti," sako Dr. Ogawa, apibendrindamas komandos interpretaciją. Jų darbas nenumato tikslaus žemės drebėjimo laiko, tačiau jis susiaurina geografinę sritį ir padeda apibrėžti, kuriuos plyšio segmentus reikėtų skubiausiai stebėti ir pasiruošti.
Šis rezultatas nėra vien teorinis. Marmaros segmentas per pastaruosius daugiau nei 250 metų neišsiskyrė dideliu drebėjimu, tuo tarpu likusi Šiaurės Anatolijos plyšio dalis XX a. palaipsniui sproginėjo link vakarų. Toks skirtumas kelia susirūpinimą, kad įtampa gali kauptis tiesiog po Stambulo slenksčiu. 3D atsparumo žemėlapis pagerina rizikos modeliavimą, nes suteikia fizinį pakaitalą tam, kurios zonos gali būti silpnos arba užrakintos — tai ypač naudinga rengiant seismines pavojų žemėlapius, nustatant pastatų stiprinimo prioritetus ir ankstyvosios perspėjimo strategijas.
Be to, žemėlapyje matomos struktūros leidžia labiau susieti istorinių žemės drebėjimų padarytą žalą su požeminiu inžineriniu kontekstu: pvz., senos žemyninės nuosėdos, cheminės alteracijos sritys arba senos tektoninės angos, kuriose kaupiasi hidrokarbonai ar karštosios cheminės skysčių srovės, gali paaiškinti vietinius stiprumo sumažėjimus.
Šis naujas trijų matmenų (3D) atsparumo modelis po Šiaurės Anatolijos plyšiu padės geozmokslininkams tiksliau identifikuoti sritis, kuriose kyla didelių žemės drebėjimų rizika.
Stebėjimo ir pasirengimo pasekmės
Tai yra daugiau negu kartografinė pergalė: modelis parodo konkrečias zonas, kuriose taikant tikslinę įrangą galima pagerinti prognozes. Pavyzdžiui, įrengus tempimo matuoklius (strainmeters), GPS tinklus ir vandenyno dugno seismometrus virš anomalinių ribų, bus galima patikrinti, ar tos sritys lėtai slenka (creep), ar išlieka stabili iki staigios plyšimo momento. Tokie intensyvesni matavimai leis geriau atskirti palyginti lėtus deformacijos procesus nuo sparčiai augančios įtampos, kuri gali sukelti didelį smūgį.
Modelis taip pat rodo, kad elektromagnetinė vaizdinimo statistika integruota su seisminių ir geodezinių (GPS/InSAR) duomenimis pateikia pilnesnį plyšio mechanikos vaizdą nei bet kuris metodas atskirai. Kombinuotos duomenų sankaupos leidžia sukurti labiau informuotus rizikos scenarijus ir optimizuoti stebėjimo tinklų išsidėstymą pagal fizikines savybes, o ne vien pagal istorinius smūgius.
Techniniu požiūriu tyrimas demonstruoja, kaip magnetotellurika ir 3D invertavimas gali iš akademinių eksperimentų išaugti iki veiksmingos pavojų mokslo praktikos. Šį požiūrį galima taikyti visame pasaulyje bet kur, kur plyšio kompleksumas ir skysčių pasiskirstymas kontroliuoja plyšimo elgseną — nuo subdukcijos zonų iki transforminių plyšių. Dėl to ši metodika turi plačius pritaikymo potencialus tiek seisminei rizikai vertinti, tiek resursų išteklių tyrimams (pvz., geoterminės energijos zonų identifikavimui).
Praktiniu lygmeniu, valdžios institucijos ir miestų planuotojai gali naudoti tokio tipo 3D modelius sprendimams priimti: kur koncentruoti pastatų pertvarką ir stiprinimą, kuriuose rajonuose siūlyti evakuacijos kelius, ir kur įdiegti sensorių tinklus ankstyvajai detekcijai. Tokio lygio detalumas sumažina išteklių švaistymą ir leidžia labiau tikslinti visuomenės pasiruošimą bei skubias investicijas į inžinerinį atsparumą.
Ekspertų įžvalgos
"Elektromagnetinis vaizdinimas suteikia kitokį plyšio vaizdą," sako Dr. Elif Karaca, geofizikė, nedalyvavusi tyrime. "Ten, kur žemas atsparumas greta stipraus, atsparaus bloko, susidaro mechaninis kontrastas, galintis sufokusuoti įtampą. Būtent ten turėtų krypti avarinio planavimo ir stebėjimo pastangos."
Tolesni tyrimai tobulins 3D modelį ir patikrins jo prognozes su tankesniais matavimais bei laiko tėkmės (time-lapse) elektromagnetiniu monitoring'u. Tikslas nėra pranašauti, kada būtinai įvyks drebėjimas, o sumažinti netikrumą dėl to, kur dideli žemės drebėjimai gali prasidėti, ir suteikti Marmaros jūros apylinkių bendruomenėms aiškesnes, moksliškai pagrįstas prioritetines priemones rizikos mažinimui.
Galiausiai, šis darbas pabrėžia, kad seisminio pavojaus vertinimas turi būti daugialypis: įtraukiant elektromagnetinius metodus, geodeziją, klasikinę seismiką ir geologinius tyrimus, galima sukurti tikslesnius rizikos modelius. Tokia daugiadisciplinė strategija padidina gebėjimą nuosekliai planuoti išlikimo priemones, gerinti infrastruktūros atsparumą ir mažinti gyventojų pažeidžiamumą didelio masto įvykių atvejais.
Kelios praktinės rekomendacijos, kurios gali būti išvestos iš tyrimo:
- Diegti papildomus jūrinius ir pakrančių elektromagnetinius matavimo taškus, kad būtų pagerintas erdvinis 3D atsparumo aprėptis.
- Integruoti MT duomenis su InSAR ir GPS stebėjimais, kad būtų nustatyti laikiniai pokyčiai ir deformacijos greičiai.
- Prioritizuoti pastatų saugumo stiprinimo darbus ten, kur 3D modelis rodo silpnus, skysčiais prisotintus sluoksnius po tankiai apgyvendintais rajonais.
- Skatinti tarptautinį bendradarbiavimą ir duomenų dalinimąsi tarp Turkijos, Japonijos ir kitų šalių, turinčių patirties magnetotellurikoje ir pavojų modeliavime.
Tokios priemonės galėtų reikšmingai pagerinti regiono atsparumą seisminiams pavojams ir suteikti operatyvinius įrankius pavojų mažinimo specialistams bei sprendimų priėmėjams.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą