За разлика од другите природни непогоди, земјотресот е, можеби, единствената непогода што може да настане непредвидено и без некои посериозни навестувања. Зависно од неговата силина, последиците може да бидат катастрофални. Се разбира дека постојат некои показатели што можат да навестат земјотрес, но тие не можат со сигурност да ја одредат силата на земјотресот, неговиот епицентар или, пак, времето кога тој ќе се случи. Сигурно сте слушнале дека животните можат да почувствуваат земјотрес непосредно пред тој да настане. Во оваа статија ќе стане збор за тоа како е можно човекот да ги предвиди земјотресите со помош на радиобранови.
Познато е дека најголем број земјотреси се појавуваат на територијата на Јапонија. Таму се развиени многу методи за заштита од земјотресите. Посебно се познати методите за градење разни објекти што можат да издржат земјотреси со многу голема сила. Она што во последнава деценија е актуелно во Јапонија е пронаоѓање начин да се предвиди земјотресот, да се одреди неговиот епицентар и сила. Ова се прави преку опсервации на радиобранови од VHF (Very High Frequency) подрачјето. Методотшто ќе го опишеме го развиваат и го истражуваат Јошио Кушида (Yoshio Kushida) и Реики Кушида (Reiki Kushida) од опсерваторијата Јацугатаке (Yatsugatake South Base Observatory).
Почетоци и откритие
Јошио Кушида е астроном. Во опсерваторијата Јацугатаке тој се занимавал со откривање и броење метеори. Популарен метод за откривање метеори е метеорската радиоопсервација. Овој метод користи предавател, кој кон небото што се набљудува емитира радиобран од VHF подрачјето. Познато е дека радиобрановите од ова подрачје ги пробиваат слоевите од атмосферата и се упатуваат кон вселената. Но, постојат услови кога тие може да се рефлектираат и да се вратат на земјината површина. Еден од тие услови е и појавата на метеори. Кога метеорите со голема брзина навлегуваат во земјината атмосфера, се судираат со нејзините молекули и предизвикуваат јонизација. Патеката на метеорот станува јонизирана и се нарекува плазма цевка. Таа има способност да ги рефлектира радиобрановите од VHF подрачјето. Рефлектираните бранови се детектираат со помош на радиоприемник. Метеорската радиоопсервација може да биде изведена на два начина. Кај првиот начин се користи засебен радиопредавател што е лоциран на местото на опсерваторијата. Кај вториот начин како предавател се користи некој радиопредавател што е оддалечен повеќе од 200 km од опсерваторијата (подалеку од границите на видливоста). Вториов метод го користел и Јошио Кушида. При едно набљудување во 1993 година, тој забележал одредени појави во радиоспектарот. Немајќи доволно искуство со земјотресите, појавата ја игнорирал и сметал дека е веќе познат феномен. По две години, за време на едно мерење, Јошио Кушида ја забележал истата појава. Но, овојпат нејзиниот интензитет бил толку голем што дури помислил дека станува збор за дефект во мерната опремата. Неколку дена по овие појави, се појавил земјотрес во областа на Кобе и Хјого (Јапонија) со М7,2 (М-магнитуда). Земјотресот бил катастрофален, а резултатите кобни. На Jошио Кушида му било јасно дека појавите во радиоспектарот биле предизвикани од земјотресот. Оттогаш тој почнал со истражувањата посветени на рано откривање на земјотресите.
Сеизмичка радиоопсерваторија
Опсерваторијата за предвидување на земјотресите шематски е прикажана на слика 1. Како радиопредавател се користи некој предавател поставен надвор од границите на видливоста. Во прво време се користел радиодифузен предавател. Приемната антена е со насочено зрачење (во конкретниов случај YAGI антена) и кон небото е насочена со одреден агол (θ). Радиоприемникот се поставува на фреквенцијата на предавателот. Во нормални услови, приемникот нема да може да го прими сигналот од предавателот. Но, при појава на земјотрес чиј епицентар се наоѓа меѓу предавателот и приемникот, приемникот ќе може да го прими тој сигнал. Бидејќи јачината на тој сигнал е мала, за негова детекција се користи радиоприемник со вградено коло за нагодување централна фреквенција. Ова коло има за цел да прикаже колку отстапува фреквенцијата на приемникот отстапува од точната фреквенција на некој радио сигнал што го прима (фреквенцијата на неговиот влез). Колку е поголемо отстапувањето, толку ќе биде поголем и напонот што ќе го генерира колото за нагодување централна фрекценција.
Регионот што се набљудува со овој метод е сместен меѓу предавателот и приемникот (опсерваторијата). Тој регион се нарекува BF чувствителен регион. Неговата површина зависи од излезната сила на предавателот и од параметрите на неговата антена. Врз основа на тоа, по одредена формула може да се пресмета и центарот на тој регион, како и неговата површина. Ова е илустрирано на слика 2. Се разбира дека границите на регионот што се набљудува не се строго одредени.
За вршење на мерења врзани со предвидувањето на земјотреси, фреквенцијата на радиоприемникот намерно се поместува за околу 70-100kHz од фреквенцијата на радиопредавателот. При појава на сигналот од предавателот, колото за нагодување на централната фреквенција проработува и генерира одреден напон. Тој напон во однос на времето се бележи на хартија со помош на плотер (слика 2). Значи, колото за нагодување централна фреквенција е искористено како чувствителен инструмент за детекција на слабите сигнали од предавателот. Во нормални услови плотерот ќе исцртува една тенка линија што ќе го претставува нивото на шум. Линијата се означува како основна линија (baseline). При појава на земјотрес таа ќе се менува и ќе варира. Ова може да се нарече феномен што му претходи на земјотресот. Секако дека плотерот ќе исцртува разни линии во разни случаи. Ако радиобранот од предавателот се одбие од метеор или од авион, плотерот ќе исцрта шилци (“пикови” ) како на слика 3. На сликата, сигналите одбиени од авион се означени со aircraft. Плотерот исто така ќе реагира и при појава на Е-спорадик (“Емитер” 1/2002). Но, сите овие појави се веќе познати за метеорската радиоопсервација. Она што плотерот го исцртува при појава на земјотрес е нешто сосема поинакво и се нарекува аномалија.
Аномалии
Аномалиите се тие што го навестуваат земјотресот. Во текот на своето истражување Кушида дошол до заклучок дека постојат четири основни аномалии, и тоа: BF, BT, BFS и BTS аномалија. Сите други аномалии што не можат да се вбројат во наведените, Кушида ги окарактеризирале како ексепционални аномалии. На слика 4 се прикажани оригинални зголемени примероци од наведените аномалии. На слика 4а е прикажан вообичаениот изглед на baseline.
BF (Baseline Fluktuation) аномалијата е прикажана на слика 4б. Како што може да забележите од сликата, оваа аномалија личи на кривата што го опишува полнењето и празнењето на еден кондензатор. Појавата на ваква аномалија укажува дека епицентарот на земјотресот ќе биде внатре во границите на регионот што се набљудува (слика 4ѓ). Јачината на оваа аномалија се пресметува по упростената формула
ξ = ΔV / V0 ,
каде што ΔV е напонот што ја претставува амплитудата на аномалијата, а V0 е напонот на вообичаеното ниво на шум (baseline). Периодот на појавувањето на BF аномалиите (τ) дава дополнителни информации за локацијата на епицентарот на земјотресот. Ако периодот е на околу 5-10 минути, тогаш епицентарот на земјотресот ќе биде на копно. Вредности од 1-2 минути укажуваат дека епицентарот ќе биде под морето. На слика 5 е прикажано како изгледа BF аномалија исцртана од страна на плотерот што е поврзан со радиоприемникот, за период од неколку дена. Од сликата се забележува дека најголема јачина на аномалијата е забележана на 28.07.1995.
На слика 4в е прикажан изгледот на BT (Baseline Thickness) аномалијата. На сликата може да се забележи дека оваа аномалија се манифестира како здебелување на линијата што го претставува нивото на шумот (baseline). Појавата на ваква аномалија укажува дека епицентарот на земјотресот ќе биде надвор од границите на регионот што се набљудува (слика 4ж). Јачината на оваа аномалија се пресметува по упростената формула
η = V/V0,
каде што V е напонот преку кој е претставено здебелувањето на основната линија (baseline). Појавувањето на оваа аномалија навестува земјотрес со сила од М5,5 и повеќе.
BFS аномалијата е прикажана на слика 4г. Тоа е BF аномалија проследена со BT аномалија. Од сликата може да забележите дека максималната вредност на BFS аномалијата е здебелена. Појавата на ваква аномалија укажува дека епицентарот на земјотресот ќе биде внатре во границите на регионот што се набљудува (слика 4ѓ), а силата на тој земјотрес ќе биде М5 или повеќе. Јачината на оваа аномалија се мери преку мерење на вредностите на ξ и η. На слика 6 е прикажана BFS аномалија исцртана од страна на плотерот за период од неколку дена. Најголемата јачина на аномалијата е забележана на 9.08.1996.
BTS аномалијата е прикажана на слика 4д. Тоа е BT аномалија проследена со BS аномалија. Како што може да забележите од сликата, здебелувањата не се карактеристични само за максимумот, туку за целата BF крива. Ваков вид аномалија укажува на тоа дека епицентарот на земјотресот ќе биде на самата граница на регионот што се набљудува (слика 4е), а неговата сила ќе биде М5 или повеќе. Јачината на оваа аномалија се мери преку мерење на вредностите на ξ и η. На слика 7 е прикажана BTS аномалија исцртана од страна на плотерот за период од неколку дена. Најголемата јачина на аномалијата е забележана на 28 септември.
Опис на феноменот
За феноменот што предизвикува нарушување при простирањето на радиобрановите, браќата Кушида имаат свој прелиминарен став. Тие сметаат дека главната причина се микропукнатините што настануваат под земјината површина, во периодот пред да настане земјотресот. Кога тие настануваат, на земјината површина се акумулира одреден електричен полнеж. Овој електричен полнеж индуцира промени во густината на електроните во јоносферата, а потоа што се празни преку атмосферата (слика 8). Ова сигурно ве потсетува на полнењето и празнењето на кондензаторот. Но, во овој случај неговите плочи се заменети со земјината површина и со јоносферата. Промените што настануваат во јоносферата пред да се појави земјотресот се тие што овозможуваат рефлексија на радиобрановите од VHF подрачјето. Битно е да се напомене дека радиосигналите што се рефлектираат од метеори и авиони може да се демодулираат, додека, пак, оние што се рефлектираат од јоносферата како резултат на идна појава на земјотрес не може да се демодулираат.
Предвидување на датумот
Аномалиите се појавуваат ненадејно, а може да траат од неколку минути до неколку часа. На почетокот нивната јачина е со мала вредност, а потоа се зголемува со текот на времето. По тоа максималната вредност се намалува, за на крајот аномалијата наполно да исчезне. За да се предвиди датумот кога ќе настане земјотресот, јачините на аномалиите што ќе се појават се нанесуваат на графикон. На слика 9 се прикажани максималните вредности на јачините на забележаните BFS аномалии што биле мерени во текот на неколку дена. Да претпоставиме дека аномалијата првпат се појавила на 7 август во десет часот утрото. Нејзината максимална (најголема) јачина на 8 август била 3 и е забележана во три часот утрото. На 9 август аномалијата имала максимална вредност 6 (најголема забележана јачина) и била измерена неколку минути по полноќ. На 10 август максималната вредност на аномалијата била 2 и е забележана половина час по полноќ. Целосно исчезнување на аномалијата било во десет часот утрото истиот ден.
TFAP (First Appearance Precedence) е времето меѓу првата појава на аномалијата до моментот кога ќе се појави земјотресот. TMAP (Maximal Anomaly Precedence) е времето меѓу моментот кога е забележана најголемата јачина на аномалијата до појава на земјотресот. TAA (Anomaly Appearance) е времето од првото појавување на аномалијата до нејзиното исчезнување. TPP (Pre-seismic Pause) е времето од моментот на исчезнувањето на аномалијата до појавата на земјотресот. t0 е времето кога ќе настане земјотресот, t1 е времето кога првпат се појавила аномалијата, t2 е времето кога е забележана најголемата јачина на аномалијата, а t3 е времето кога аномалијата исчезнала. Во најчест број случаи TFAP трае од 4-8 дена, TMAP од 2-3 дена, додека, пак, TPP трае околу 1 ден. Согласно со ова, првото предупредување може да се даде уште при првата појава на аномалијата. Според илустрацијата на слика 9, земјотресот настанал на 11 август во три часот утрото.
Предвидување на силата на земјотресот
За предвидување на магнитудата на земјотресот (или колку тој ќе биде силен) се користи јачината на аномалијата (ξ и η). Поточно, се користи најголемата јачина на аномалијата што била регистрирана при набљудувањето. Како резултат на своите успитувања, Кушида го внесуваат параметарот MA (Anomaly Based Magnitude) за земјотресот што се предвидува. Во табела 1 се дадени вредностите за магнитудата на земјотресот што се предвидува врз основа на максималните јачини на аномалиите. Колку е јачината на аномалијата поголема, толку и земјотресот што се предвидува ќе биде посилен.
Според испитувањата, браќата Кушида заклучиле дека е многу битен и бројот на аномалиите што ќе се појават во период од 6 часа (N6h). Се мисли на оние 6 часа за време на кои се појавила и аномалијата со најголема јачина. Ако е овој број поголем од 3, тогаш на вредноста за MA се додава една единица. Од друга стана, испитувањата покажале дека јачината на аномалиите е помала за земјотреси со епицентар под морските површини. Значи, водата врши некое придушување. За такви земјотреси се врши корекција на MA со додавање 0,5 или 1 единица, зависно од тоа дали е епицентарот поблиску до копното или не. Предвидувањето на силата на земјотресот со методот на Кушида во овој момент е со грешка од ±0,8.
Заклучок
Денеска Кушида користат неколку опсерватории и засебни радиопредаватели. Регионите што се набљудуваат се преклопуваат, а тоа овозможува попрецизно предвидување на епицентарот. Кога резултатите од мерењата на Кушида биле споредени со реалните резултати, се дошло до заклучок дека предвидувањата биле добро направени. Ако во нашата мала држава се постават неколку опсерватории што ќе примаат сигнали од радиодифузни предаватели од соседните земји, тогаш согласно со методот што го опишавме, ќе може да се предвидат земјотресите што ќе настанат на територијата на Македонија во иднина. Како и да е, опишаниот метод сè уште се истражува и секојдневно се добиваат нови сознанија.
Во овој текст се користени оригинални материјали и слики од истражувањата што ги вршат Јошио Кушида и Реики Кушида им изразувам посебна благодарност на господинот Јушио Кушида кој ми овозможи да ја презентирам неговата работа. И покрај зафатеноста, тој најде време да контактира со мене и несебично да го подели своето знаење и искуство.
Напомена: Оваа статија оригинално е објавена во списанието ЕМИТЕР бр. 5/2004
https://emiter.com.mk/poveke.php?napis_id=1904
