مروری بر تلاش‌ها برای پیش‌بینی زلزله

در 50 سال گذشته تلاش‌های زیادی برای دستیابی به پیش‌بینی قابل اعتماد و کوتاه‌مدت زلزله در ایالات متحده آمریکا، روسیه (اتحاد شوروی)، ژاپن‌، چین و ایران (به ویژه بعد از زلزله 5 دیماه 82 بم) انجام شده است. علیرغم تمام موفقیت‌ها و شکست‌ها، امروزه هیچ روش عملیاتی برای پیش بینی چند روز یا چند ساعت قبل از زلزله‌های شدید (بزرگای بیش از 6) در سراسر جهان به صورت استاندارد‌، یکنواخت و آزموده شده هنوز وجود ندارد. ولی تیم‌های پژوهشی در دنیای پیشرفته همچنان به تلاششان ادامه می‌دهند.پیش‌بینی زمین‌لرزه به معنای ارزیابی از پیش پارامترهای مشخص‌کننده یک زلزله است که به سه سوال اساسی پاسخ می‌دهد: چه زمانی (زمان)، کجا (مکان) و چقدر قوی (بزرگا)‌. درک رایج از نوع پیش‌بینی زلزله با مقیاس زمانی به بلندمدت (دهه‌ها)، میان‌مدت (سال) و کوتاه‌مدت (ماه تا هفته، ساعت) طبقه‌بندی می‌شود. دو رویکرد متفاوت در ارزیابی خطر زلزله از قبل وجود دارد. «پیش‌بینی احتمالی» در احتمال یا افزایش احتمال زلزله بیان می شود. این رویکرد مستلزم مطالعه لرزه خیزی تاریخی منطقه، و توصیف عوامل زمین شناختی- زمین ساختی در مقیاس های محلی یا منطقه‌ای است.

«پیش‌بینی قطعی» برای تعیین محدوده زمانی مکانی و اندازه زلزله بعدی بر اساس ارزیابی پیش‌نشانگر‌ها انجام می‌شود‌. این رویکرد بر اساس قوانین فیزیکی تعریف شده و پیشنشانگر‌ها و وقوع رویدادهای لرزه‌ای اکثرا کوچک مربوط می‌شود.‌اولین پیشلرزه‌های زلزله توصیف شده علمی در یونان باستان بود. فیلسوفان یونان زمین لرزه‌هایی را که توسط عوامل هواشناسی تعریف شده‌اند توصیف کردند. ارسطو (384–322 قبل از میلاد) برای اولین بار منشا احتمالی زمین لرزه‌های ایجاد شده توسط نیروهای زیرزمینی (بادها – پنوما) را توصیف کرد. گزارش‌های تاریخی دیگر به مورد فرسیدس سیروس (معلم معروف فیثاغورث) اشاره می کند که با بررسی آب چاه با موفقیت پیش‌بینی کرد که در سه روز آینده زلزله‌ای رخ خواهد داد. در اواسط دهه 1990 بسیاری از روش‌ها در روسیه (اتحاد جماهیر شوروی سابق) بر اساس ارزیابی آماری لرزه‌خیزی برای پیش بینی زلزله توسعه داده شد. در همان زمان، تکنیک‌های پیش‌بینی طی آزمایشی در پارکفیلد، کالیفرنیا، ایالات متحده مورد بررسی قرار گرفت، زمانی که زلزله‌ای با بزرگی M≈ 6 در یک دوره 22 ساله انتظار می‌کشیدند. برنامه شورای ارزیابی ملی پیش‌بینی زلزله در آمریکا – کالیفرنیا – برای ثبت اندازه‌گیری‌های لازم قبل، حین و بعد از زلزله مورد انتظار ایجاد شد. آزمایش‌ها در پارکفیلد در بیشتر موارد شکست خورد. در 28 سپتامبر 2004، یک زلزله با بزرگای 6 ، 11 سال پس از پنجره زمانی پیش‌بینی شده، رخ داد. پس از ارزیابی همه روش‌های به کار رفته در پارکفیلد، ژئوفیزیکدانان گزارش دادند که حتی در سال 2004، داده‌های آنها هیچ پیش‌لرزه قابل اعتمادی را شناسایی نکرده بود.در سال 1991، مرکز زلزله کالیفرنیای جنوبی (SCEC) با بودجه مشترک بنیاد ملی علوم (NSF) و سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده (USGS) تأسیس شد. هدف اصلی مرکز زلزله کالیفرنیای جنوبی پیشرفت سامانه تشخیص زلزله با جمع‌آوری اطلاعات از حسگرهای لرزه‌ای و ژئودتیک مشاهدات میدانی زمین‌شناختی و آزمایش‌های آزمایشگاهی بود.در طول دهه 1980، برنامه پیش‌بینی زلزله ژاپن بر پیش‌بینی زلزله M 8 در منطقه پرجمعیت توکای، منطقه‌ای در غرب توکیو متمرکز شد. در 17 ژانویه 1995، زمین لرزه‌ای شدید با بزرگای 7.3 کوبه ژاپن را در نزدیکی اوزاکا، دور از منطقه توکیو لرزاند. نزدیک به 4600 نفر کشته شدند و بیش از 200000 نفر بی‌خانمان شدند . برای این رخداد پیش‌نشانگرهایی گزارش شد. به همین دلیل مطالعات پیش‌بینی زلزله بعد از این زلزله در ژاپن سرعت بیشتری گرفت.پس از زلزله 2009 لاکویلا، اداره ملی دفاع غیرنظامی ایتالیا به کمیسیون بین المللی پیش‌بینی زلزله برای حفاظت مدنی (ICEF) برای گزارش وضعیت فعلی دانش پیش‌بینی و پیش‌بینی کوتاه مدت زلزله‌های زمین ساختی ماموریت داد.پیش‌بینی زلزله، وقوع زلزله در آینده را از روی رفتار قابل مشاهده سامانه‌های رخداد زلزله‌ها است ولی این سامانه‌ها هنوز به خوبی درک نشده است. این عدم درک به ناتوانی در پیش‌بینی قابل اعتماد زلزله‌های بزرگ در مناطق لرزه‌ای فعال در بازه های زمانی کوتاه می‌انجامد.روش‌های پیش‌نشانگری شامل تغییرات در میزان تغییر شکل ، سرعت امواج لرزه‌ای و هدایت الکتریکی‌، تغییرات غلظت رادون در آب‌های زیرزمینی، خاک و هوا. نوسانات سطح آب زیرزمینی؛ تغییرات الکترومغناطیسی نزدیک و بالای سطح زمین؛ ناهنجاری های حرارتی؛ رفتار غیرعادی حیوانات؛ و الگوهای لرزه خیزی می‌شود.در مقیاس‌های زمانی کوتاه -روزها و هفته‌ها- توالی‌های زلزله خوشه‌بندی در فضا و زمان را نشان می‌دهند، همانطور که پس لرزه‌های ایجاد شده توسط رویدادهای بزرگ همین وضع را نشان می‌دهند. توصیف‌های آماری خوشه‌بندی بر اساس کاتالوگ های لرزه خیزی ویژگی‌های خوشه‌ها را توضیح می‌دهد و مشخص می‌کند که چگونه احتمالات زلزله در کوتاه مدت تغییر می‌کند. پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت که به‌درستی اعمال شوند، کاربرد عملیاتی دارند. تفسیر پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت مشکل‌ساز است، زیرا احتمال زلزله ممکن است در مقیاس بزرگا متفاوت باشد، اما معمولاً به معنای مطلق پایین می‌ماند (کمتر از ۱٪ در روز). تبدیل چنین پیش‌بینی‌هایی با احتمال کم به تصمیم‌گیری موثر و عملیاتی، چالشی دشوار است. گزارش‌های مربوط به پیش‌بینی عملیاتی ‌در مدیریت ریسک زلزله برای شش کشور با خطر لرزه‌ای بالا چین، یونان، ایتالیا، ژاپن، روسیه، ایالات متحده بررسی شده است. مدل‌های بلندمدت در حال حاضر مهم‌ترین ابزار پیش‌بینی برای حفاظت شهری در برابر آسیب‌های ناشی از زلزله هستند، زیرا به مفاد ایمنی در برابر زلزله در قوانین ساختمان، طراحی لرزه‌ای مبتنی بر عملکرد، و سایر روش‌های مهندسی کاهش‌دهنده ریسک، مانند مقاوم‌سازی برای اصلاح عیوب طراحی به این ترتیب کمک میکند. پیش‌بینی کوتاه‌مدت پس‌لرزه‌ها در کشورهای مورد بررسی انجام می‌شود، اما پیش‌بینی عملیاتی زلزله در هیچ‌یک از آنها به طور کامل اجرا نشده است. باید منابع باز اطلاعاتی در مورد احتمالات کوتاه مدت زلزله‌های آتی که معتبر، علمی، منسجم و به موقع باشد در اختیار عموم قرار گیرد. توصیه‌ها باید بر اساس سامانه های پیش‌بینی لرزه‌خیزی واجد شرایط عملیاتی و مرتباً به‌روز شده باشند.