Naukowcy celowo wywołują trzęsienia ziemi w głębi Alp, nie w celach destrukcyjnych, ale w ramach nowego podejścia do zrozumienia zachowania trzęsień ziemi i ulepszenia przewidywań. Celem projektu Fault Activation and Earthquake Rupture (FEAR) jest identyfikacja sygnałów ostrzegawczych, jakie natura dostarcza przed trzęsieniem ziemi, co stanowi kluczowy cel sejsmologii, biorąc pod uwagę ograniczenia naszego obecnego zrozumienia czynników wywołujących trzęsienia ziemi.
Problem prognozowania trzęsień ziemi
Pomimo postępu w globalnym monitorowaniu usterek naukowcy nadal nie są w stanie zrozumieć bezpośrednich czynników wywołujących trzęsienia ziemi. Kluczowym pytaniem jest, dlaczego niektóre uskoki ograniczają się do krótkich odcinków uskoków tektonicznych, podczas gdy inne rozciągają się na kilometry, powodując poważniejsze szkody. Obecnie geologowie mogą analizować zdarzenia dopiero po ich wystąpieniu, co pozostawia znaczną lukę w naszej zdolności przewidywania i łagodzenia ryzyka. Jak wyjaśnia Domenico Giardini, profesor sejsmologii i geodynamiki w ETH Zürich: „Jakie sygnały wysyła nam natura? Stają się one wyraźne dopiero po szoku, dlatego staramy się znacznie lepiej zrozumieć, jak rozpoznawać te znaki”.
Wykorzystanie potencjału Alp
Aby rozwiązać ten problem, projekt FEAR wykorzystuje wyjątkowe warunki geologiczne Alp. Te majestatyczne góry, położone na granicy Szwajcarii i Włoch, zawierają sieć głęboko położonych pęknięć – dziedzictwo milionów lat aktywności tektonicznej. Ogromna kompresja gór powyżej powoduje pęknięcia w skałach znajdujących się od 1 do 2 kilometrów pod powierzchnią.
Usterki te okresowo ulegają niewielkim przemieszczeniom, powodując niewielkie trzęsienia ziemi. Wykorzystując istniejący tunel — pierwotnie zbudowany na potrzeby projektu kolejowego — w ramach projektu FEAR przeprowadza się eksperymenty polegające na pompowaniu wody do uskoku, aby kontrolować czas trzęsień ziemi. „Do takich zdarzeń doszło w tym czy innym momencie historii Alp, ale jesteśmy przekonani, że stanie się to w przyszłym tygodniu” – mówi Giardini.
Kontrolowany eksperyment
Proces ten przypomina sytuację, gdy koncerny naftowe i gazowe pompują ścieki do regionów spękanych, takich jak Oklahoma i Teksas. Ta praktyka zmniejsza tarcie, ułatwiając pękanie. Projekt FEAR wyróżnia się jednak tym, że rozmieścił gęstą sieć sejsmometrów i akcelerometrów bezpośrednio na samym uskoku. Pozwala to badaczom precyzyjnie zmierzyć, w jaki sposób usterka porusza się w odpowiedzi na zmniejszone tarcie – jest to poziom szczegółowości nieosiągalny w warunkach naturalnych.
Zespołowi udało się już wywołać setki tysięcy trzęsień ziemi o magnitudzie mniejszej. (Wielkość trzęsień ziemi mierzy się w skali logarytmicznej, co pozwala na istnienie bardzo małych trzęsień ziemi o magnitudzie zerowej lub nawet ujemnej.)
Przyszłe badania: temperatura i wielkość
W przyszłym tygodniu badacze wpompują do uskoku gorącą wodę, aby ocenić wpływ temperatury na rozwój trzęsień ziemi. W marcu w ramach projektu planuje się wywołać trzęsienia ziemi o magnitudzie do 1.
Ostatecznym celem jest ustalenie przewidywalnej zależności między określonymi parametrami a wielkością trzęsienia ziemi. Jeśli badaczom uda się wywołać trzęsienia ziemi o pożądanej sile, będą w stanie ocenić rzeczywiste uskoki, obliczyć naprężenie wymagane do wywołania trzęsień ziemi o różnej wielkości i prawdopodobnie ulepszyć przewidywania.
Implikacje dla oceny ryzyka sejsmicznego
Giardini jako przykład potencjalnych korzyści płynących z tego badania wskazuje niszczycielskie trzęsienie ziemi w Syrii i Turcji w lutym 2023 r. “Wiemy, że ten uskok będzie kontynuowany na południe i północ. Chcemy spróbować zrozumieć, czy następny wstrząs będzie miał siłę 7, 8, czy 8,5 magnitudo?”
Wstępne wyniki wskazują, że czynnikami krytycznymi są takie czynniki, jak naprężenia w skałach otaczających uskok. Naukowcy uzyskują także wgląd w sposób, w jaki trzęsienia ziemi rozprzestrzeniają się z jednego uskoku na drugi.
„Widzimy przykłady, które sami produkujemy pod ziemią, i które są bardzo podobne do tego, co dzieje się w naturze” – podsumowuje Giardini.
Innowacyjne podejście projektu FEAR daje nadzieję na przyszłość, w której trzęsienia ziemi nie będą całkowicie nieprzewidywalne, a społeczności będą mogły być lepiej przygotowane na te nieuniknione zdarzenia naturalne.
