ابداع روشی جدید برای هشدار زود هنگام زمین لرزه
علمی و تکنولوژی › علمی
- 97/12/22
پژوهشگران دانشگاه توکیو سیستم جدیدی را برای پیش‌بینی زودهنگام یک زمین‌لرزه‌ی در حال وقوع معرفی کرده‌اند.زمین‌لرزه‌ها هر ساله در سرتاسر جهان جان صدها و بلکه هزاران فرد را به‌خطر می‌اندازند. هشدار قبل از وقوع زمین‌لرزه حتی چند ثانیه زودتر، می‌تواند مرگ را به زندگی تبدیل کند. پژوهشگران دانشگاه توکیو روش جدیدی برای تشخیص زمین‌لرزه ارائه داده‌اند. در تکنیک آن‌ها از سیگنال‌های گرانشی ریزی که قبل از لرزش به وجود می‌آید، استفاده می‌شود. پژوهش‌های آینده می‌توانند موجب تقویت سیستم‌های هشدار زودهنگام شوند.
شوک زمین‌لرزه‌ی سال ۲۰۱۱ توکیو در شرق ژاپن هنوز هم برای بسیاری از مردم باقی است. این زمین‌لرزه موجب ویرانی عظیمی شد ولی در عین حال حجم عظیمی از داده‌های مرتبط با زمین‌لرزه را برجای گذاشت. پژوهشگران هنوز این داده‌ها را برای پیشرفت مدل‌ها و یافتن راهی جدید که بتواند در آینده به مردم کمک کند، مورد کاوش و بررسی قرار می‌دهند.
گروهی از پژوهشگران مؤسسه‌ی پژوهش های زمین لرزه دانشگاه توکیو (ERI)، عنصری را در داده‌ها پیدا کردند که می‌تواند در این زمینه به پژوهشگران کمک کند و شاید هم روزی موجب نجات جان مردم شود. همه‌ی این‌ها زمانی آغاز شد که شینگو واتادا استاد ERI یک مقاله‌ی جالب فیزیک درمورد یک موضوع غیرمرتبط را مطالعه کرد. این مطالعه نشان می‌داد که ازلحاظ تئوری گرانش‌سنج‌ها (حسگرهایی که شدت گرانش محلی را اندازه‌گیری می‌کنند)، می‌توانند زمین‌لرزه‌ها را تشخیص دهند. واتادا گفت:
این مقاله موجب شد من به فکر بیفتم. اگر ما مقدار کافی از داده‌های لرزه‌نگاری و گرانشی از زمان و مکانی که در آن یک زمین‌لرزه‌ی بزرگ اتفاق افتاده است، داشته باشیم، شاید بتوانیم زمین‌لرزه‌ها را از روی گرانش‌سنج‌ها و نیز لرزه‌نگارها پیش‌بینی کنیم. این می‌تواند ابزار مهمی برای پژوهش‌های آینده‌ی لرزه‌نگاری باشد.
این ایده به این شکل کار می‌کند: زمین‌لرزه‌ها زمانی اتفاق می‌افتند که نقطه‌ای در امتداد لبه‌ی یک صفحه‌ی تکتونیکی که شامل سطح زمین می‌شود، به‌طور ناگهانی حرکت می‌کند. این امر موجب ایجاد امواج لرزه‌ای می‌شود که از آن نقطه با سرعت ۶ الی ۸ کیلومتر بر ثانیه منتشر می‌شوند.
این امواج، انرژی را در زمین انتقال می‌دهند و به‌سرعت چگالی مواد زیرسطح زمینی را که از آن عبور می‌کنند، تغییر می‌دهند. جاذبه‌ی گرانشی مواد دارای چگالی بیشتر، نسبت‌به مواد دارای چگالی کمتر کمی بیشتر است. همان‌طور که گرانش با سرعت زیادی انتشار می‌یابد، گرانش‌سنج‌های حساس می‌توانند این تغییرات در چگالی را قبل از رسیدن امواج زمین‌لرزه تشخیص دهند. ماسایا کیمورا گفت:
این نخستین بار است که کسی توانسته سیگنال‌های قطعی زمین‌لرزه را با چنین روشی نشان دهد. دیگران نیز این ایده را بررسی کرده بودند اما تاکنون سیگنال‌های قابل اعتمادی پیدا نشده بود. روش ما منحصر‌به‌فرد است زیرا ما طیف وسیعی از حسگرهایی را که طی زمین‌لرزه‌ی سال ۲۰۱۱ فعال بودند، مورد بررسی قرار داده‌ایم. همچنین ما از روش‌های خاصی برای پردازش داده‌ها استفاده کردیم تا داده‌های دارای خطا را از سایر داده‌ها جدا کنیم.
از آنجایی که ژاپن یکی از نقاط زلزله‌خیز معروف است، جای تعجبی نیست که لرزه‌نگارهای بی‌شماری روی زمین و دریا در این منطقه وجود دارند. پژوهشگران طیفی از داده‌های لرزه‌نگاری چند مرکز لرزه‌نگاری جمع‌آوری کردند. تجزیه‌و‌تحلیل سیگنالی آن‌ها، بسیار قابل اطمینان بود و دقت بسیار بالایی داشت و احتمال اشتباه بودن نتایج فقط یک در تریلیون بود. این واقعیت تا حد زیادی به اثبات این ایده کمک می‌کند و می‌تواند به کالیبره کردن ابزارهایی که در آینده برای تشخیص زمین‌لرزه‌ها ساخته می‌شوند، کمک کند. ماساکی آندو از گروه فیزیک دانشگاه توکیو نوع جدیدی از گرانش‌سنج با نام توبا (TOBA) را اختراع کرده است که قرار است برای ساخت چنین ابزاری مورد استفاده قرار گیرد.
برای این هدف، گرانش‌سنج‌های ابررسانا و لرزه‌نگارها مناسب نیستند زیرا حسگرهای داخل آن‌ها همراه‌با ابزار به حرکت در می‌آیند و این کار تقریبا سیگنال‌های ریز حاصل از زمین‌لرزه را خنثی می‌کند. این پدیده با عنوان «آسانسور اینشتین» یا «اصل هم‌ارزی» شناخته می‌شود. البته توبا بر این مشکل غلبه خواهد کرد. این ابزار می‌تواند با وجود حرکت، تغییر در شیب گرانشی را احساس کند. توبا در اصل برای تشخیص امواج گرانشی حاصل از انفجارهای بزرگی مانند لرزه‌های موجود در فضا طراحی شد.
آرزوی این پژوهشگران ساخت و توزیع شبکه‌ای از توباها در مناطقی است که ازلحاظ زمین‌لرزه فعال هستند؛ یک سیستم هشدار زودهنگام که بتواند ۱۰ ثانیه زودتر از اینکه نخستین امواج زمین‌لرزه از یک مرکز زمین‌لرزه که صدکیلومتر دورتر قرار گرفته، به آن منطقه برسد و به مردم هشدار بدهد. اغلب مرگ‌های ناشی از زمین‌لرزه به این خاطر اتفاق می‌افتند که مردم در ساختمان‌ها گیر می‌افتند و سازه روی آن‌ها فرو می‌ریزد. تصور کنید ۱۰ ثانیه چقدر تفاوت ایجاد می‌کند. این کار زمان می‌برد ولی پژوهشگران به‌طور مداوم مدل‌های خود را برای افزایش دقت برای استفاده‌ی نهایی در این زمینه اصلاح می‌کنند.
