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?
În anul 132 d.Hr., polimatul chinez Zhang Heng a prezentat curții imperiale Han ultima sa invenție. El pretindea că acest vas mare le putea zice dacă a avut loc un cutremur în regat, inclusiv direcția în care ar trebui să trimită ajutor. Curtea a fost cumva sceptică, mai ales când dispozitivul s-a activat într-o după-amiază aparent liniștită. Dar când mesagerii au venit pentru ajutor zile mai târziu, îndoielile lor s-au transformat în recunoștință. Astăzi, nu ne mai bazăm pe vase pentru a identifica evenimentele seismice, dar cutremurele încă sunt dificil de monitorizat. Deci, de ce sunt cutremurele așa greu de anticipat, și cum am putea să devenim mai buni în a le prezice?
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.
Pentru a răspunde, trebuie să înțelegem câteva teorii despre cum apar cutremurele. Scoarța Pământului e făcută din multe straturi crestate de piatră, numite plăci tectonice, fiind amplasate pe un strat fierbinte, parțial topit din mantaua Pământului. Asta cauzează o mișcare lentă a plăcilor, între 1 și 20 de centimetri pe an. Dar aceste mișcări mici sunt capabile să cauzeze crăpături adânci în plăcile cu care interacționează. Iar în zonele instabile, presiunea acumulată poate declanșa un cutremur.
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.
Aceste mișcări mici sunt oricum greu de monitorizat, dar factorii care le transformă în seisme sunt mult mai variate. Fiecare falie pune în contact diferite tipuri de roci, unele sunt mai dure sau mai moi sub presiune. Diferite roci reacționează diferit la frecare și temperaturi ridicate. Unele se pot topi parțial și pot elibera lichide alcătuite din minerale supraîncălzite ce reduc frecarea în falie. Dar unele sunt uscate, și sunt predispuse la acumulări periculoase de presiune. În plus, toate aceste falii sunt afectate de forța gravitațională ce variază, precum și de curenții de piatră fierbinte ce se mișcă prin mantaua Pământului.
So which of these hidden variables should we be analyzing, and how do they fit into our growing prediction toolkit?
Ce variabile dintre toate acestea ar trebui să analizăm, și unde se încadrează fiecare în setul de instrumente de predicție?
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.
Deoarece o parte din aceste forțe apar în cantități constante, comportamentul plăcilor e cumva ciclic. În prezent, multe indicii de încredere provin din estimările pe termen lung, referitoare la când și unde au mai avut loc cutremure. La o scară de milenii, asta ne permite să anticipăm când faliile foarte active, precum falia San Andreas, pot provoca un cutremur masiv.
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.
Dar din cauza variabilelor implicate, această metodă poate indica doar un interval larg de timp. Pentru a anticipa evenimentele iminente, cercetătorii au studiat vibrațiile Pământului înainte de un cutremur. Geologii folosesc de mult timp seismometrele pentru a urmări și localiza aceste mici mișcări în crusta Pământului. Și astăzi, majoritatea telefoanelor inteligente sunt și ele capabile să înregistreze vibrațiile seismice primare. Cu o rețea de telefoane în jurul globului, oamenii de știință ar putea avea un sistem complet și detaliat de alertă ce poate preveni oamenii în caz de cutremur. Din nefericire, telefoanele nu pot oferi o avertizare destul de devreme pentru a ne lua măsurile necesare. Dar aceste înregistrări ar putea fi utile pentru instrumentele de predicție precum programul Quakesim al NASA, ce poate folosi un amestec de informații geologice pentru a identifica regiunile cu risc.
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.
Însă, studiile recente indică că cele mai specifice semne ale unui cutremur ar putea fi invizibile pentru toți acești senzori. În 2011, chiar înainte ca un cutremur să lovească coasta de est a Japoniei, cercetătorii din apropiere au înregistrat concentrații surprinzător de ridicate ale izotopilor radioactivi radon și toron. Pe măsură ce energia se acumulează în crustă chiar înainte de un cutremur, microfisurile permit acestor gaze să fie eliberate la suprafață. Acești cercetători cred că dacă am construi o rețea de detectoare pentru radon și toron în zonele predispuse cutremurelor, ar putea deveni un sistem de avertizare promițător,
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.
și ar putea anticipa cutremurele cu o săptămână înainte. Desigur, niciuna dintre aceste metode nu e la fel de bună ca analiza directă a adâncimilor Pământului. Dacă am analiza mai în profunzime, am putea urmări și anticipa schimbările la scară largă în timp real, putând probabil să salvăm zeci de mii de vieți în fiecare an. Dar pentru moment, aceste instrumente ne pot ajuta să ne pregătim și să răspundem rapid în zonele afectate,