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?
ปีคริสต์ศักราชที่ 132 จาง เฮง นักปราญ์ชาวจีน ได้นำเสนอสิ่งประดิษฐ์ล่าสุด ของเขาให้กับราชสำนักฮั่น แจกันอันใหญ่ ที่เขาอ้างว่า สามารถแจ้งการเกิดแผ่นดินไหวในราชอาณาจักร รวมถึงพื้นที่ที่ต้องการความช่วยเหลือ ราชสำนักค่อนข้างจะกังขาอยู่ โดยเฉพาะเมื่อเครื่องมือนี้แจ้งเตือนขึ้น ตอนบ่ายของวันที่แสนสงบ แต่เมื่อผู้นำสาสน์มาขอความช่วยเหลือ ในหลายวันต่อมา ความกังขาของพวกเขากลับกลายเป็นความขอบคุณ ทุกวันนี้เราไม่ได้พึ่งพาแจกัน เพื่อแจ้งเหตุแผ่นดินไหวอีกต่อไป แต่แผ่นดินไหวยังเป็นความท้าทายพิเศษ กับผู้ที่ศึกษาพวกมันอยู่ แล้วทำไมแผ่นดินไหวทำนายได้ยากนัก แล้วเราจะทำนายให้ดีขึ้นได้อย่างไร
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.
เพื่อตอบคำถามนั้น เราต้องเข้าใจทฤษฎีต่างๆ เกี่ยวกับการเกิดแผ่นดินไหวเสียก่อน เปลือกโลกนั้นถูกสร้างมาจาก แผ่นหินที่หนา ใหญ่ และขรุขระจำนวนมาก เรียกกันว่าแผ่นเปลือกโลก แต่ละแผ่นเคลื่อนตัวอยู่บนเนื้อโลก ที่ร้อนและหลอมละลายบางส่วน ทำให้เปลือกโลกขยายตัวอย่างช้าๆ ตั้งแต่ 1 ถึง 20 เซนติเมตรต่อปี แต่การเคลื่อนไหวเล็ก ๆ นี้ ก็ทรงพลังมากพอ ที่จะทำให้เกิดรอยแตกลึกลงไป ในแผ่นเปลือกโลกที่กระทบกัน และในพื้นที่ที่ไม่มั่นคง แรงดันที่เพิ่มมากขึ้นนี้ อาจจะกระตุ้นให้เกิดแผ่นดินไหวได้
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.
มันยากพอดูที่จะเฝ้าสังเกต การเคลื่อนไหวเล็ก ๆ นี้ แต่ปัจจัยที่ทำให้การเคลื่อนตัวของเปลือกโลก กลายเป็นแผ่นดินไหวนั้นมีหลากหลายมาก แผ่นเปลือกโลกที่มีแนวรอยเลื่อนต่างกัน เคลื่อนย้ายแผ่นหินต่างกัน บ้างก็เคลื่อนไหวรุนแรง บ้างก็แผ่วเบา ภายใต้แรงดัน หินต่างชนิดกันก็ตอบสนองต่อแรงเสียดทาน และความร้อนสูงแตกต่างกัน บ้างก็หลอมละลายบางส่วน และกลายเป็นของไหลที่ช่วยหล่อลื่น เกิดจากแร่ธาตุความร้อนสูง ที่ช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างแนวรอยเลื่อน แต่บางส่วนก็ถูกปล่อยให้แห้ง มีแนวโน้มให้เกิดอันตรายจากการสะสมแรงดัน และรอยแตกทั้งหมดนี้แตกต่างกันไป ตามผลจากแรงโน้มถ่วง เช่นเดียวกับกระแสหินร้อน ที่เคลื่อนตัวบนแผ่นชั้นโลก
So which of these hidden variables should we be analyzing, and how do they fit into our growing prediction toolkit?
แล้วตัวแปรใดที่ควรนำมาวิเคราะห์ แล้วจะนำมาประยุกต์ใช้ กับเครื่องมือพยากรณ์ได้อย่างไร
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.
เพราะแรงบางอย่างเกิดขึ้นอย่างมหาศาลฉับพลัน พฤติกรรมของแผ่นเปลือกโลกบางทีก็เป็นวัฏจักร ทุกวันนี้ เบาะแสที่น่าเชื่อถือมากมาย มาจากการพยากรณ์ระยะยาว ว่าแผ่นดินไหวที่ผ่านมา เกิดขึ้นเมื่อไหร่ และที่ใด ในหลักพันปี ทำให้เราพยากรณ์เกี่ยวกีบรอยเลื่อนมีพลังสูง เช่น ที่ซานแอนเดรส นั้นเลยว่าเวลาเกิดแผ่นดินไหวครั้งใหญ่แล้ว
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.
แต่การมีตัวแปรที่เกี่ยวข้องมากมาย วิธีนี้ทำนายช่วงเวลาได้เพียงคร่าวๆ การพยากรณ์เหตุการณ์ที่ใกล้จะเกิด นักวิจัยต้องพิจารณา การสั่นสะเทือนก่อนแผ่นดินไหว นักธรณีวิทยาใช้เครื่องวัดแผ่นดินไหวมานาน เพิ่อติดตามและแสดงผลจาก การเคลื่อนตัวเล็กๆของแผ่นเปลือกโลก และทุกวันนี้ มือถือส่วนใหญ่สามารถ ตรวจจับเคลื่อนสั่นสะเทือนปฐมภูมิได้ ด้วยเครือข่ายมือถือทั่วโลก นักวิทยาศาสตร์เหมือนมีแหล่งข่าวจำนวนมาก และระบบเตือนภัยอย่างละเอียด ที่แจ้งแผ่นดินไหวที่กำลังจะเกิด แย่หน่อย ที่มือถือไม่สามารถ ให้ข้อมูลระดับลึก เพื่อออกข้อกำหนดความปลอดภัย อย่างเป็นทางการ แต่ข้อมูลที่ได้นั้นก็ยังมีประโยชน์ กับเครื่องมือพยากรณ์ เช่น เควกซิม ซอฟแวร์ของ นาซ่า ที่ใช้ตัวเลขทางธรณีวิทยาจำนวนมหาศาล เพื่อชี้จุดพื้นที่เสี่ยง
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.
อย่างไรก็ตาม งานวิจัยไม่นานนี้พบว่า สัญญาณเตือนแผ่นดินไหวส่วนมากนั้น ไม่สามารถตรวจจับด้วยเซนเซอร์ได้ ใน ค.ศ. 2011 ก่อนเกิดแผ่นดินไหวทางชายฝั่ง ตะวันออกของญี่ปุ่นไม่นาน นักวิจัยในพื้นที่ใกล้เคียง จับสัญญาณ กัมมันตรังสีเข้มข้นสูง ของธาตุเรดอน และโทรอน เมื่อความดันระหว่างเปลือกโลกสองชิ้น เพิ่มขึ้น ก่อนมีแผ่นดินไหว รอยแตกเล็ก ๆ ปล่อยให้ก๊าซเหล่านี้ ขึ้นมาจากใต้เปลือกโลก นักวิทยาศาสตร์คิดว่า ถ้าเราติดตั้ง เครื่องตรวจจับก๊าซเรดอน และโทรอนจำนวนมาก ในพื้นที่เสี่ยงเกิดแผ่นดินไหว อาจกลายเป็นระบบเตือนภัยที่ไว้ใจได้ ที่ทำนายแผ่นดินไหวล่วงหน้าสัก 1 สัปดาห์
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.
แน่นอนว่า ไม่มีเทคโนโลยีใดมีประโยชน์เท่า การศึกษาลึกลงไปใต้ผืนโลกเอง จากข้อมูลที่ลึกขึ้น เราอาจจะสามารถ ติดตามและพยากรณ์ การเปลี่ยนแปลง ทางธรณีวิทยาในภาพรวมอย่างสดๆ อาจป้องกันการสูญเสียได้เป็นหมื่นชีวิตต่อปี แต่ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ช่วยให้เราเตรียมตัว และดำเนินการเพื่อพื้นที่เสี่ยงอย่างรวดเร็ว โดยไม่ต้องพึ่งแจกัน