https://frosthead.com

Шантавата наука зад прогнозирането на земетресенията

Типичен ден е и Италия се разклаща.

Свързани четива

Preview thumbnail for video 'The Sixth Extinction: An Unnatural History

Шестото изчезване: Неестествена история

Купува

Стоя в стаята за наблюдение в Националния институт по геофизика и вулканология в Рим и наблюдавам земетресенията в реално време. Поне двама души обслужват стаята 24 часа на ден, 365 дни в годината. Земетресенията - термомоти или земни движения, както се казва в Рим - изскачат като червени, жълти и черни точки върху поредица от екрани, покриващи предната стена. Когато пристигна, малко преди обяд, вече сутринта в Италия бяха регистрирани четири труса с магнитуд, по-голям от 2, 0. Имало е и 16 по-малки труса. Повечето от тях са съсредоточени в район северозападно от Флоренция, който преживява това, което е известно като „рояк на земетресението“. Докато изляза от стаята, час или повече по-късно, още два терремоти са разтърсили района.

„Денят е тих“, казва ми Джулио Селваджи, сеизмолог в института. Селваджи е подстриган мъж с тъмна коса, светли очи и суха остроумие. "За момента", добавя той.

Благодарение на дрейфа на север от Африка, "обувката" на Италия постепенно се компресира, като крак се изтласква отдолу. Междувременно, поради причини, които никой не разбира напълно, страната също се разширява странично, като бедрото става все по-широко. Резултатът е, че Италия е известна, може би евфемистично, като „сеизмично активна.“ Малки земетресения се случват непрекъснато; на всяко десетилетие или така, има основен. (Повтарящите се земетресения са една от основните причини, че древният Рим сега се крие в руини.) Поредица от трусове в Асизи през 1997 г. убиха най-малко десет души и унищожиха серия от световноизвестни стенописи в базиликата Сан Франческо. През 2002 г. двадесет и седем ученици загинаха в южния район на Молизе, когато земетресение разруши покрива на тяхното училище. Днес, когато в Италия има земетресение с магнитуд по-голям от 2, 5, един от техниците в стаята за наблюдение в Рим вдига червен телефон и го съобщава на Министерството на гражданската защита на страната. По този начин отделът може да обясни на нервните граждани защо снимките им са паднали от стените или чиниите им са изръмжали. Това, което би било много по-полезно, разбира се, би била система, която предупреждава жителите минути, часове или по-добре още дни преди трус. Тогава хората биха могли да вземат реални предпазни мерки. Те биха могли да осигурят произведения на изкуството и други ценности. Те можеха да закрепят мебелите си и да евакуират домовете си.

Най-новото голямо земетресение се случи през април 2009 г. в планинския регион Абруцо. Повече от 300 души бяха убити, хиляди останаха без дом, а живописният център на столицата на региона, L'Aquila, беше оставен в руини. Извън региона земетресението в Акуила се слави не толкова с опустошенията, които предизвика, колкото с правната битка, която последва, една от които по същество постави науката за прогнозиране на земетресението.

**********

Лаборатория извън Рим симулира земетресения и тества опори за сгради и произведения на изкуството. (Паоло Верзоне) В прозореца на несъществуващ бар в центъра на града, табела рекламира футболна игра, зададена за датата на земетресението. (Паоло Верзоне) Най-тежките щети през 2009 г. бяха на модерните сгради в града, каза Галадини. (Паоло Верзоне) Фабрицио Галадини, археоизмолог, изследва щетите по празните улици на града. (Паоло Верзоне) Много сгради сега са обединени от стоманени скоби или покрити със защитни скелета. (Паоло Верзоне) L'Aquila е почти унищожен от земетресения многократно, датиращи от 1315 г. (Paolo Verzone) В Пиаца дел Дуомо, основният площад на L'Aquila, строителството е единствената човешка дейност. (Паоло Верзоне) Един от учените, обвинени в убийство, беше Джулио Селваджи, на снимката в националния сеизмологичен център в Рим. (Paolo Verzone / L'agence Vu ') Кранове са навсякъде в L'Aquila. Пострадали са около 3000 сгради и 110 000 артефакта. (Паоло Верзоне) В своята лаборатория Херардо Де Канио тества трусоустойчиви бази с фасади от мрамор и гранит върху копия на Бронзите на Риас . (Паоло Верзоне) В Националния институт по геофизика и вулканология в Рим стената на мониторинг стая е покрита с екрани, показващи земетресения, както се случват в реално време. (Паоло Верзоне)

Град L'Aquila седи на около час и половина североизточно от Рим, на хълм, засенчен от някои от най-високите върхове на Апенините. Планинската верига, която върви по центъра на крака на Италия, подобно на шева на чорап, е сред най-сеизмично опасните райони на страната и има дълга история на трагедия. През 1461 г. земетресение до голяма степен унищожи L'Aquila; това се случи отново през 1703. Земетресение с магнитуд 6, 9, съсредоточено в близкия град Авецано, уби повече от 30 000 души през 1915 г. Земетресението L'Aquila преди шест години имаше магнитуд 6, 3 и, тъй като центърът му беше близо до повърхността на земята, беше необичайно разрушително.

Драмата на земетресението през 2009 г. започна през есента на 2008 г., когато L'Aquila преживя сеизмичен рой. Десетки тремори разтърсиха града, който беше твърде незначителен, за да се усети. Роякът продължи и през първите месеци на 2009 г., а някои от треперенията бяха достатъчно мощни, за да ускорят евакуациите в училище. Хората започнаха да се притесняват, че треперенето е знак, че предстои бедствие. Тревогите им бяха засилени от любителския сеизмолог на име Джампаоло Джулиани, който заяви, че може да прогнозира земетресения въз основа на нивата на радон. (Радон - безцветен радиоактивен газ без мирис, присъства в малки количества в повечето скални образувания.) Джулиани беше инсталирал радонови детектори около L'Aquila и съобщи, че виждат рязко покачване на нивата, което за негова сметка представляваше сериозно предупреждение.

За да се справи с усещането за паника, Националната комисия за прогнозиране и предотвратяване на големи рискове на Италия проведе специална среща в L'Aquila. Присъстващите сеизмолози посочиха това, което се знае: L'Aquila е в зона с висок риск. Сеизмичните рояци рядко предхождат големи трусове. Междувременно проучванията показват, че радоновите шипове нямат прогнозна стойност.

Седмица след заседанието на комисията, на 6 април в 03:32 ч. Земетресението удари. Това продължи само 20 секунди, но щетите бяха огромни. Оцелелите описаха ревящ звук, ужасно треперене и каскада от отломки. „Беше като в блендер“, жител на L'Aquila, който загуби жена си и дъщеря си в колапс на жилищна сграда, ще разкаже по-късно сп. Nature .

JUN2015_L99_Seismologists.jpg (Гилбърт Гейтс)

Скръбът бързо се превърна във възмущение. Как експертите можеха да се провалят толкова зле? Един правителствен служител от Националния департамент за гражданска защита стигна дотам, че заяви, че земетресението в Ла'Акила е намалило опасността от голямо събитие, основано на неразбиране на основната наука. Някои жители казват, че това изявление ги е убедило да останат вътре в нощта на труса и че това от своя страна е коствало членовете на семейството им живот.

През 2010 г. шестима от учените, участвали в срещата в L'Aquila, бяха обвинени в убийство заедно с правителствения служител. Един от учените беше Джулио Селваджи, тогава директор на Националния институт по геофизика и вулканология. "Не можех да повярвам", каза ми Селваджи за обвинението. „Мислех, че е грешка.“

Прокурорите по делото твърдят, че макар да не съществува начин за надеждно предсказване на земетресенията, учените все пак са били криминално проявени по небрежност, тъй като не са успели да преценят адекватно риска от земетресение. За подсъдимите това беше разграничение без разлика.

„Земетресението е непредсказуемо, така че рискът е непредсказуем“, каза ми Селваги. Учени по целия свят - всъщност учени от различни области - осъдиха случая като лов на вещици, подмамен със статистически данни.

„Обвиненията срещу тези учени са едновременно несправедливи и наивни“, пише в отворено писмо до италианския президент ръководителят на Американската асоциация за напредък на науката Алън Лешнер. Американският геофизичен съюз предупреди, че случаят може да има опасен отскочителен ефект, като възпира учените „да съветват правителството си или дори да работят в областта на сеизмологията“ поради правните рискове.

Процесът, който се проведе в L'Aquila, продължи повече от година. Всички обвинени бяха признати за виновни. Прокурорите препоръчаха четири години затвор; съдията постанови присъди от шест години. Вината на подсъдимите, обясни той, е "тежка". Един от осъдените, Клаудио Ева, сеизмолог от Университета в Генуа, нарече решението "много италианско и средновековно".

Обжалването на присъдата на L'Aquila отне още две години. В заключението си шестимата учени бяха оправдани, въпреки че за седмия подсъдим - правителственият служител - присъдата беше потвърдена. По времето, когато посетих Селваги, убеждението му току-що беше отменено и той все още изглеждаше силно разтърсен от преживяването. Чувстваше се уверен, че не е направил нищо лошо, но намираше гнева на семействата на жертвите трудно поносим. Междувременно децата му тийнейджъри изпитваха труден момент, за да се справят с негативната публичност около процеса. "Беше ужасно", каза той. Алесандро Амато, един от колегите на Селваджи в института, ми каза, че щетите за репутацията на учените трудно ще бъдат отменени. „Втората присъда гласи, че учените не носят юридическа отговорност“, каза той. (Амато, който не беше замесен в случая, сега работи върху книга за това.) „Но повечето хора все още смятат, че са такива. Толкова много хора смятат, че се крием от отговорностите си, че земетресенията по някакъв начин са предвидими, но ние просто не искаме да го признаем. “

**********

Не след дълго посетих Института по геофизика и вулканология, аз се качих с автобус от Рим до L'Aquila. Геолог от института на име Фабрицио Галадини, който работи по археосеизмологията - изследването на миналите земетресения - ми предложи да ме покаже. Първото нещо, което забелязах, когато градът се виждаше, бяха множеството строителни кранове, поставени над него, дългите им, неподвижни ръце, очертани срещу облаците. Преброих 30, преди да загубя.

Когато пристигнах на огромен площад в центъра на града, той беше почти напълно безлюден. Сградите, облицовани на пиаца - магазини, църкви, елегантни дворци - бяха покрити с скелета. В прозореца на несъществуващ бар ръкописен знак рекламира футболна игра, насрочена за 6 април, на самата дата на удара.

Докато вървяхме, Галадини ми разказа как градът е бил построен и възстановен през вековете, земетресение след земетресение. L'Aquila е основана през 13 век от Фридрих II, Свещен римски император и крал на Сицилия, за да се противопостави на властта на папските държави. Според легендата жителите на 99 околни села изоставят домовете си, за да се преместят там. Записите на земетресенията се простират почти далеч назад: Средновековните документи свидетелстват за голямо земетресение през 1315 г. и множество разрушителни земетресения през 1349 г. Друго силно земетресение нанесе 1456 г., а земетресението през 1703 г. почти почти разруши града.

Голяма част от историческите сгради на града са възстановени след 1703 г., каза Галадини. „Тези, които са претърпели щети“ през 2009 г., той ми каза. „Но най-драматичният факт е, че най-силните щети не са нанесени от исторически сгради. Пострадаха от модерни сгради. ”В един добре известен случай крилото на общежитие, построено през 1965 г., се срути, убивайки 11 студенти.

Завихме се и се скитах по тясна странична улица. И тук сградите бяха покрити с скелета и се държаха заедно от стоманени брекети. Повечето бяха заключени, но от време на време беше възможно да надникнете вътре и да видите мъже, работещи сред купчини развалини. Галадини каза, че смята, че някои сгради никога няма да бъдат ремонтирани, но ще останат като „сеизмични вкаменелости“. Пристигнахме в Санта Мария ди Паганица, огромна каменна катедрала, построена през 14 век, която е възстановена след земетресението през 1703 г. Стените все още стояха, но покривът се срути. Беше изграден временен покрив от пластмасови листове, за да се предотврати дъждът, но сега това беше в парчета. „Това е нещо като символ на земетресението“, каза Галадини.

Накрая стигнахме до по-нова сграда, построена, спекулира Галадини, през 60-те или 70-те години. Предната стена, която нямаше централна опора, беше напълно отстъпила. Изглежда, че нищо отвътре не е пипнато през шестте години. В апартамент на приземния етаж виждах струпване на счупени плочки и водопровод, купчини дрехи и по стените нечия колекция от подвижни части.

Попитах Галадини какъв е според него ефектът от процеса на L'Aquila. Той каза, че това е тласнало учените в Италия да станат Касандра през последния ден, като винаги греши на страната на катастрофата. Това беше вярно не само в сеизмологията, но и в несвързани дисциплини, като метеорологията: „Ако кажете, че ураганът идва тук, ако ураганът не засегне тази област, ОК, нищо не се е случило“, каза той. "Но ако тук се случи ураган, можете да кажете:" Ах, казах ви! " За геолозите, сеизмолозите ефектът е доста прост. Ако хората ме попитат: „Можете ли да ни успокоите за възможността да се случи земетресение или не?“ Казвам не. Не мога да успокоя никого. Земетресение може да се случи всяка минута! '”

**********

Хората се опитват да прогнозират земетресения вероятно толкова дълго, колкото са живели в структури, които могат да паднат отгоре им. Ранните теории сега звучат безупречно. Аристотел, например, смяташе, че земетресенията могат да бъдат предсказани, гледайки небето. "Малък, лек, дръпнат облак ... като дълга много права линия" беше, той бе знак за опасност. За съвременната сеизмология често се казва, че е започнал с човека, който въвежда термина, ирландски инженер на име Робърт Малет. Малет стана любопитен по темата през 1840-те, след като прочете за земетресенията, които опустошиха Калабрия, в Южна Италия.

За да изучи по-ефективно земетресенията, Малет решил да постави някои самостоятелно. Използвайки заровени бъчви с барут, той започнал експлозии в пясъка на Killiney Beach, южно от Дъблин. След това през декември 1857 г. в Неапол е станало голямо земетресение, при което загиват 10 000 души. С помощта на Чарлз Дарвин, който цял живот се интересуваше от геология, Малет убеди Британското кралско общество да го изпрати в Италия, за да разгледа унищожението. Той заключи - правилно - че земетресенията изпращат ударни вълни, които се излъчват във всички посоки. (Той също измисли думата "епицентър".) Малет не беше сигурен какво причинява земетресения. Той вярваше, че те вероятно са резултат от някакви подземни експлозии. Но той разбра, че хората, които наистина искат да знаят, е не толкова причината за земетресенията, колкото кога и къде .

„Много хора ще му хрумнат да попитат: Може ли да се предвиди моментът на възникване или степента на интензивност на земетресение?“, Пише той. „Не е нито невъзможно, нито невероятно да дойде времето, когато ... подобни предупреждения могат да бъдат получени.“ С други думи: може би някой ден.

Век след Малет, с откриването на тектониката на плочите най-накрая е намерено обяснение за причинителите на земетресенията. Когато тектонските плочи се движат - както винаги правят, макар и много бавно - краищата им могат да се заключат. Стресът се натрупва, докато в крайна сметка заключените блокове от скала рязко се изплъзнат един след друг и земята гръмне. (Силата на земетресението зависи от сложното взаимодействие на факторите, включително физическите свойства на скалата и разстоянието, което разломът се изплъзва, когато плочите се освободят от захвата.) Тектониката на плочите направи възможно изглежда, че получаването на „предупреждения“ може да бъде неизбежно,

През 1971 г. ръководителят на сеизмологичната лаборатория на Калтех каза, че смята, че след като приключат необходимите изследвания, експертите ще могат да „прогнозират земетресение в дадена област“, ​​ако не се сведе до точния ден, то „в рамките на седмица“. години по-късно отчетите достигат до САЩ, че китайските учени успешно прогнозират голямо земетресение в североизточната провинция Ляонин. Това беше в средата на студената война и се заговори за „земетръсна пропаст“, ​​която се разкрива между Изтока и Запада. Докладите за успешното прогнозиране на Ляонин, след няколко десетилетия, ще бъдат разкрити, че са силно преувеличени. Но към този момент Конгресът на САЩ вече беше предвидил десетки милиони долари, за да финансира изследванията на надежден метод за прогнозиране на трусове. Япония, друга сеизмично активна страна, изсипа десетки милиони долари в подобна програма.

Тектониката на плочите предполага, че земетресенията трябва да се случват на цикли - ритъм на изграждане на стрес и освобождаване, стрес на сградата и освобождаване. През 1988 г. сеизмолозите тестват тази логика, като наблюдават участък от разлома на Сан Андреас близо до град Паркфийлд, в централната част на Калифорния. Районът е произвел шест земетресения с магнитуд 6, 0 или по-висока от 1857 г. Изследователите стигат до заключението, че следващото се дължи в рамките на четири години. Всъщност това не се проведе 16 години. По същия начин следващото голямо земетресение в района на Токай в централния град Хоншу, в Япония, беше прогнозирано за 2001, 2004 и 2007 г., но към момента на писането не се е случило. В трагичен обрат, в средата на април сеизмолозите се събраха в Катманду, Непал, за да обсъдят опасностите от голям трус. Те знаеха, че районът е уязвим от бедствия, но не можеха да предвидят земетресение с магнитуд 7, 8, което удари града една седмица по-късно, уби хиляди хора.

Изследванията показват също, че рояците от малки земетресения от сорта L'Aquila, преживени преди земетресението през 2009 г. - и че Тоскана преживява в деня, когато посетих института в Рим - имат ограничена прогнозна стойност. Ако регионът преживеят рояк, става по-вероятно да претърпи голям трус. Проблемът е, че е още по-вероятно да не преживеете голям трус. Италианските геолози, изследвали сеизмичните данни от три района, склонни към земетресение, установили, че ако роят съдържа шок със среден размер, той е последван от голям шок 2 процента от времето. Това представлява значително повишен риск, но това означава, че ако използвате рояк, за да се опитате да предскажете голям трус, нещо като 98 от 100 пъти ще сбъркате. Повечето рояци завършват не с гръм, а с прищявка.

Доклад на Международната комисия за прогнозиране на земетресението за гражданска защита, който беше създаден след земетресението L'Aquila, ясно каза: „Липсата на прости модели на преден удар пречи на използването им като диагностични предшественици.“

Проучванията на радоновите шипове и издутините в земната повърхност и промените в електромагнитните емисии и колебанията в химията на подземните води са дали същите отрицателни резултати. Както и изследванията за странното поведение на животните. (Един от признаците, които китайските служители уж използват за предсказване на земетресението Ляонин през 1975 г., беше необичайното поведение на змиите в региона, които се виждаха да се прокрадват в средата на зимата.) Въпреки че е трудно да се направи строг анализ на причудливи реакции на животни, Сюзън Хъф, сеизмолог от Геологическото проучване на САЩ, отчете за „шепата“ контролирани експерименти, които са направени в тази област в книгата си „ Предсказване на непредсказуемото: The Tumultuous Science of Earthquake Prediction . Едно проучване разглежда броя на рекламите във вестниците, пуснати от хора, които търсят изгубени домашни любимци. Друг разгледа поведението на гризачите в склонната към земетресение южна Калифорния. Проучванията „никога не демонстрират никаква връзка“, пише Хъг.

След повече от 40 години интензивни изследвания сеизмолозите все още не са намерили сигнал, който може надеждно да се използва за прогнозиране на голям трус. „Науката за земетресенията е област, в която най-фундаменталният проблем - надеждното прогнозиране на земетресението - остава да бъде решен“, отбеляза Хъф.

**********

От многобройните сеизмично активни региони в Италия, нито един, макар и казано, не е по-активен от Чезано, предградие на Рим на около 15 мили северно от центъра на града. Там, в кампуса на Италианската национална агенция за нови технологии, енергетика и устойчиво икономическо развитие, известна като ENEA, изследователите рутинно организират бедствия от земетресения с надеждата да ги предотвратят.

Работата се извършва в огромна хангарска сграда, известна около кампуса като сеизмична зала. Сградата е своеобразен архитектурен базар, изпълнен с модели на съществуващи и въображаеми структури. В деня, в който посетих, инвентарът включва миниатюрни жилищни сгради; малка мащабна средновековна кула; модел на катедралния купол на Сан Николо All'Arena, в Сицилия; и няколко статуи. Жилищните сгради, направени от стомана и бетон, бяха високи около 30 фута и достатъчно големи, за да се разхождат вътре. Джерардо Де Канио, инженер от ENEA, който ми показваше наоколо, посочи голяма метална плоча, 13, 5 фута на 13, 5 фута, вградена в пода. Това, обясни той, беше "треперещата маса". Таблицата може да бъде програмирана да симулира всякакъв трус. Например може да се наложи да имитира един от последните тоскански тремори или труса, който разруши центъра на Акуила.

Въпросът дали сеизмолозите някога ще могат да предвидят земетресения е въпрос, който все още разделя полето. За някои фактът, че все още не е намерен надежден сигнал, означава, че са необходими повече изследвания. За други това е индикация, че такъв сигнал не съществува.

„Нищо не е безнадеждно“, така ми го каза един италиански геолог. „Това, което казвам, е, че сега не знаем как да прогнозираме земетресенията. Затова трябва да се сблъскаме с проблема: Какво да правим в това време, когато не прогнозираме земетресения. “

В сеизмичната зала Де Каньо и неговите колеги изучават нови методи за изграждане, както и начини за преоборудване на стари конструкции, за да ги направят по-стабилни. Архитектурните модели, които са толкова тежки, че трябва да бъдат преместени с кран, се поставят на треперещата маса, започва трус и инженерите наблюдават какво се случва. Де Каньо ми показа видео на скорошен тест. Докато масата се разтърси, мини-апартаментна сграда се срути в душ от прах.

Прекосихме хангара, за да разгледаме двойка реплики на древни статуи. Оригиналите, известни като Бронзите на Риаце, са изработени през пети век пр. Н. Е. И заслепяват света на изкуствата, когато през 1972 г. са открити от водолаз в Средиземноморието. Сега на експонат в музей в Калабрия те изобразяват два голи гръцки воина с пулсиращи мускули и страхотни бради. Бронзите на Риас са особено уязвими, защото подобно на действителните хора нямат подкрепа освен краката си. За да защитят статуите, Де Канио и неговият екип са проектирали гъвкави основи, с амортисьори, вътрешни пружини и серия топки, като големи размери мрамори, които им позволяват да се търкалят наоколо, вместо да се скъсат до глезените.

ENEA планира да изгради подобна база за Давид на Микеланджело, който след прекарани векове на открито в Piazza della Signoria, публичен площад във Флоренция, е изложен в Galleria dell'Accademia. Подобно на Бронзите на Риас, Дейвид е необичайно уязвим, тъй като цялото му тегло - около 12 000 паунда - се поддържа само от краката на статуята и тесен мраморен пън. Вече има пукнатини в пъна и по левия глезен на статуята. По време на неотдавнашния рой на тремори в Тоскана, италианското правителство обяви, че ще отпусне 200 000 евро за нова устойчива на земетресение база, но засега, каза ми Де Каньо, средствата все още не са били освободени. В кабинета си над тестовия етаж Де Каньо ми показа висок модел на Дейвид; следващ ще бъде изграден по-голям модел. "Готови сме за Дейвид ", каза ми Де Канио. После сви рамене.

Когато се прибрах тази вечер, проверих уебсайта на Националния институт по геофизика и вулканология, където заинтересованите граждани могат да получат най-новата информация за термоти. През последните 24 часа в Източна Сицилия имаше земетресение с магнитуд 3, 1; шест други земетресения с мощност над 2, 0; и несъмнено много по-малки земетресения, които не бяха съобщени на уебсайта. По италиански стандарти, поне беше тих ден.

Шантавата наука зад прогнозирането на земетресенията