In 132 CE, Chinese polymath Zhang Heng presented the Han court with his latest invention. This large vase, he claimed, could tell them whenever an earthquake occurred in their kingdom– including the direction they should send aid. The court was somewhat skeptical, especially when the device triggered on a seemingly quiet afternoon. But when messengers came for help days later, their doubts turned to gratitude. Today, we no longer rely on pots to identify seismic events, but earthquakes still offer a unique challenge to those trying to track them. So why are earthquakes so hard to anticipate, and how could we get better at predicting them?
Godine 132. kineski učenjak Zhang Heng predstavio je svoj najnoviji izum na dvoru dinastije Han. Tvrdio je da ova velika vaza može reći da se dogodio potres u njihovom kraljevstvu, kao i smjer u kojem trebaju poslati pomoć. Dvorjani su bili malo skeptični, osobito kada se izum aktivirao jednog naoko mirnog popodneva. Ali kada su nekoliko dana poslije glasnici stigli tražeći pomoć, sumnje dvorjana pretvorile su se u zahvalnost. Danas se više ne oslanjamo na vaze u identifikaciji seizmičke aktivnosti, ali potresi još predstavljaju jedinstven izazov onima koji ih pokušavaju pratiti. Zašto je tako teško predvidjeti potrese? Kako možemo postati bolji u predviđanju potresa?
To answer that, we need to understand some theories behind how earthquakes occur. Earth’s crust is made from several vast, jagged slabs of rock called tectonic plates, each riding on a hot, partially molten layer of Earth’s mantle. This causes the plates to spread very slowly, at anywhere from 1 to 20 centimeters per year. But these tiny movements are powerful enough to cause deep cracks in the interacting plates. And in unstable zones, the intensifying pressure may ultimately trigger an earthquake.
Kako bismo odgovorili na ta pitanja, moramo razumjeti teorije o tome kako potresi nastaju. Zemljinu koru čini nekoliko ogromnih i nepravilnih ploča stijena koje se nazivaju tektonske ploče, i svaka se od njih miče na djelomično rastopljenom sloju Zemljina plašta. Zbog toga se ploče šire vrlo sporo, od jednog do 20 centimetara godišnje. Ti mali pokreti dovoljno su jaki da uzrokuju duboke pukotine u dodirnim pločama. U nestabilnim zonama rastući pritisak u konačnici može pokrenuti potres.
It’s hard enough to monitor these miniscule movements, but the factors that turn shifts into seismic events are far more varied. Different fault lines juxtapose different rocks– some of which are stronger–or weaker– under pressure. Diverse rocks also react differently to friction and high temperatures. Some partially melt, and can release lubricating fluids made of superheated minerals that reduce fault line friction. But some are left dry, prone to dangerous build-ups of pressure. And all these faults are subject to varying gravitational forces, as well as the currents of hot rocks moving throughout Earth’s mantle.
Teško je nadzirati te male pokrete, ali čimbenici koji pokrete pretvaraju u seizmičke događaje puno su raznovrsniji. Različite linije rasjeda nastaju između različitih stijena, neke su stijene jače, a neke slabije pod pritiskom. Različite stijene različito reagiraju na trenje i visoke temperature. Neke se djelomično rastope i mogu ispustiti podmazive tekućine koje sadrže vrlo vruće minerale, i oni umanjuju trenje rasjeda. Ali neke stijene ostanu suhe i sklone su opasnom nakupljanju pritiska. Svi su ti rasjedi podložni raznim gravitacijskim silama kao i strujanjima vrućih stijena u Zemljinom plaštu.
So which of these hidden variables should we be analyzing, and how do they fit into our growing prediction toolkit?
Koje bismo onda od tih skrivenih varijabli trebali analizirati i kako se one uklapaju u naša sredstva za predviđanje potresa?
Because some of these forces occur at largely constant rates, the behavior of the plates is somewhat cyclical. Today, many of our most reliable clues come from long-term forecasting, related to when and where earthquakes have previously occurred. At the scale of millennia, this allows us to make predictions about when highly active faults, like the San Andreas, are overdue for a massive earthquake.
Zbog toga što se neke od ovih sila većinom događaju konstantno, kretanje ploča donekle je ciklično. Mnogi od naših najpouzdanijih tragova dolaze iz dugotrajnog prognoziranja povezanog s time gdje su se i kada potresi dogodili u prošlosti. Na razini tisućljeća to nam omogućava da procijenimo kada će vrlo aktivne rasjede, poput rasjeda San Andreas, pogoditi veliki potres.
But due to the many variables involved, this method can only predict very loose timeframes. To predict more imminent events, researchers have investigated the vibrations Earth elicits before a quake. Geologists have long used seismometers to track and map these tiny shifts in the earth’s crust. And today, most smartphones are also capable of recording primary seismic waves. With a network of phones around the globe, scientists could potentially crowdsource a rich, detailed warning system that alerts people to incoming quakes. Unfortunately, phones might not be able to provide the advance notice needed to enact safety protocols. But such detailed readings would still be useful for prediction tools like NASA’s Quakesim software, which can use a rigorous blend of geological data to identify regions at risk.
S obzirom na mnoge varijable, ova metoda može dati samo vrlo labave vremenske okvire. Kako bi predvidjeli neminovne događaje, istraživači su ispitivali vibracije koje Zemlja izaziva prije potresa. Geolozi su dugo koristili seizmografe u praćenju i mapiranju tih malih pomaka u Zemljinoj kori. Danas većina pametnih telefona također može bilježiti primarne seizmičke valove. Kada bi imali mrežu telefona širom svijeta, znanstvenici bi možda mogli crowdsourcati bogat i precizan sustav upozorenja koji upozorava o dolazećim potresima. Nažalost, telefoni možda neće moći poslati obavijest na vrijeme kako bi se donijeli sigurnosni protokoli. Ali takve bi detaljne procjene svejedno bile korisne za pomagala za predviđanje potresa, poput NASA-ina softvera Quakesim, koji može koristiti kombinaciju preciznih geoloških podataka kako bi identificirao rizične regije.
However, recent studies indicate the most telling signs of a quake might be invisible to all these sensors. In 2011, just before an earthquake struck the east coast of Japan, nearby researchers recorded surprisingly high concentrations of the radioactive isotope pair: radon and thoron. As stress builds up in the crust right before an earthquake, microfractures allow these gases to escape to the surface. These scientists think that if we built a vast network of radon-thoron detectors in earthquake-prone areas, it could become a promising warning system– potentially predicting quakes a week in advance.
Međutim, prema novim istraživanjima najpouzdaniji su znakovi potresa možda nevidljivi tim senzorima. Godine 2011. neposredno prije potresa koji je pogodio istočnu obalu Japana, obližnji su istraživači zabilježili iznenađujuće visoke koncentracije radioaktivnih izotopa radona i torija. Kako pritisak u Zemljinoj kori raste neposredno prije potresa, minijaturne pukotine puste te plinove da izađu na površinu. Znanstvenici misle da kada bi izgradili veliku mrežu detektora radona i torija na područjima koja su sklona potresima, mogla bi postati obećavajući sustav upozorenja i potencijalno predviđati potrese tjedan dana unaprijed.
Of course, none of these technologies would be as helpful as simply looking deep inside the earth itself. With a deeper view we might be able to track and predict large-scale geological changes in real time, possibly saving tens of thousands of lives a year. But for now, these technologies can help us prepare and respond quickly to areas in need– without waiting for directions from a vase.
Naravno, nijedna od ovih tehnologija ne bi bila korisna kao što je gledanje duboko unutra, u Zemlju samu. Da imamo pogled u dubinu, možda bismo mogli pratiti i predvidjeti geološke promjene velikih razmjera u stvarnom vremenu, možda spasiti i desetke tisuća života na godinu. Ali zasad te nam tehnologije mogu pomoći da se pripremimo i brzo pošaljemo pomoć, bez čekanja uputa jedne vaze.