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. naše ere, kineski učenjak Džang Heng predstavio je dvoru dinastije Han svoj najnoviji izum. Veliku vazu koja je, kako je tvrdio, mogla da im kaže kad god bi se dogodio zemljotres u njihovom kraljevstvu, uključujući i pravac u kom bi trebalo poslati pomoć. Dvor je bio pomalo skeptičan, pogotovo kada se naprava aktivirala jednog naizgled mirnog popodneva. Ali kada je glasnik došao nekoliko dana kasnije, njihove sumnje su se pretočile u zahvalnost. Danas ne moramo više da se uzdamo u ćupove da bismo identifikovali seizmološke aktivnosti, ali zemljotresi i dalje predstavljaju jedinstveni izazov onima koji pokušavaju da ih otkriju. Zašto je zemljotrese tako teško predvideti, i kako možemo postati bolji u njihovom predviđanju?
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.
Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo razumeti neke teorije o samom nastanku zemljotresa. Zemljina kora je sačinjena od nekoliko velikih, zupčastih stenovitih ploča koje se zovu tektonske ploče i koje plutaju na vrelom, delimično otopljenom sloju zemljinog omotača. Ovo dovodi do toga da se ploče veoma sporo razdvajaju, od 1 do 20 centimetara godišnje. Ali ovi sićušni pokreti su dovoljno moćni da stvore duboke pukotine u pločama koje se dodiruju. U nestabilnim zonama, sve jači pritisak može na kraju da izazove zemljotres.
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.
Dovoljno je teško pratiti ove minijaturne pokrete, a kamoli faktore koji ove promene pretvaraju u seizmološke aktivnosti. Različiti rasedi imaju različite stene, od kojih su neke jače ili slabije kada su pod pritiskom. Različite stene takođe različito reaguju pri trenju i visokoj temperaturi. Neke se delimično tope i mogu oslobađati tečnost za podmazivanje sačinjenu od otopljenih minerala koja umanjuje trenje. Ali neke ostaju suve, sa opasnom tendencijom akumulacije pritiska. Svi ovi rasedi su pod dejstvom promenljive gravitacione sile, kao i kretanja užarenih stena koje se kreću kroz zemljin omotač.
So which of these hidden variables should we be analyzing, and how do they fit into our growing prediction toolkit?
Dakle, koje od ovih skrivenih varijabli bi trebalo analizirati, i kako se one uklapaju u naš mehanizam za poboljšanje predviđanja?
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.
Kako se neke od ovih sila pojavljuju kao konstanta u većoj meri, ponašanje ovih ploča je donekle ciklično. Danas mnogi naši pouzdani zaključci proističu iz dugoročnog prognoziranja, povezano sa činjenicama gde i kada se zemljotres prethodno dogodio. Na milenijumskom nivou, ovo nam pomaže da pravimo predviđanja o tome kada će veoma aktivne rasede, kao što je San Andreas, pogoditi veliki zemljotres.
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.
Ali, zbog mnogo uključenih činilaca, ovaj metod može predvideti samo nepouzdan vremenski okvir. Da bi predvideli događaje u bližoj budućnosti, istraživači ispituju vibracije koje zemlja emituje pre potresa. Geolozi već dugo koriste seizmometre da bi otkrili i mapirali ove male promene u zemljinoj kori. U današnje vreme, većina pametnih telefona takođe ima sposobnost da detektuje primarne seizmološke talase. Sa mrežom telefona širom sveta, naučnici bi možda mogli da sastave bogat i detaljan sistem upozorenja koji alarmira ljude o dolazećem potresu. Na žalost, telefoni možda nisu u stanju da unapred pruže potrebno obaveštenje za sprovođenje bezbedonosnog protokola. Ali ova precizna očitavanja bi i dalje bila korisna kao mehanizam predviđanja, kao što je NASA-in softver „Quakesim”, koji može da koristi izuzetno detaljnu mešavinu geoloških podataka da identifikuje rizične regione.
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.
Ipak, nedavne studije ukazuju da većina predznaka zemljotresa može biti nevidljiva svim tim senzorima. Godine 2011, pre nego što će zemljotres pogoditi istočnu obalu Japana, u blizini su istraživači zabeležili iznenađujuće visoku koncentraciju para radioaktivnih izotopa: radona i torona. Kako se pritisak povećava u zemljinoj kori upravo trenutak pre zemljotresa, mikropukotine dozvoljavaju ovim gasovima da pobegnu na površinu. Ovi naučnici smatraju da, ako napravimo široku mrežu detektora para radon-toron u područjima sklonim zemljotresu, to bi mogao postati sistem upozorenja koji obećava - koji bi možda mogao da predvidi potrese nedelju dana unapred.
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 nije tako korisna kao gledanje duboko u unutrašnjost same zemlje. Uz dublji pogled, možda bismo mogli da otkrijemo i predvidimo velike geološke promene u sadašnjem vremenu, spasavajući verovatno na desetine hiljada života godišnje. Za sada, ove tehnologije nam mogu pomoći da se pripremimo i brzo reagujemo u područjima gde je to potrebno,