Landquake:Η σεισμική υπογραφή της κατολίσθησης και ο ρόλος της στην απόκριση έκτακτης ανάγκης
Το περασμένο καλοκαίρι, μια τεράστια χιονοστιβάδα βράχου κατέστρεψε ένα ολόκληρο χωριό σε μια απομακρυσμένη ορεινή περιοχή στο ανατολικό περιθώριο του οροπεδίου του Θιβέτ (Σιτσουάν, Κίνα), αφήνοντας σχεδόν 100 ανθρώπους νεκρούς ή αγνοούμενους. Σε μια εργασία που δημοσιεύτηκε αυτήν την εβδομάδα για Κατολισθήσεις, δείξαμε ότι η κατολίσθηση προκάλεσε μια χαρακτηριστική σεισμική δόνηση, έναν σεισμό, που προσδιορίζεται σαφώς από τους κοντινούς σεισμικούς σταθμούς ευρυζωνικότητας.
Η σεισμική παρακολούθηση μπορεί να αναβαθμιστεί για να βοηθήσει τους επιστήμονες και τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής να δημιουργήσουν αυτοματοποιημένα συστήματα συναγερμού κατολισθήσεων, τα οποία θα μπορούσαν να ενεργοποιήσουν μια αποτελεσματική απόκριση έκτακτης ανάγκης εν ριπή οφθαλμού, σώζοντας περισσότερες ζωές.
Το Xinmo ήταν ένας ήσυχος οικισμός στην αριστερή όχθη ενός μικρού κολπίσκου, περιτριγυρισμένος από όμορφα δάση και εκπληκτικές βουνοκορφές. Τότε όμως, στις 5 το πρωί του Σαββάτου 24 Ιουνίου, μετά από μέρες βροχοπτώσεων, ένα κομμάτι του βουνού στην πίσω πλευρά του χωριού έσπασε ξαφνικά. Περάσαμε άγρυπνες νύχτες ερευνώντας τον μηχανισμό αυτής της θανατηφόρας χιονοστιβάδας βράχου:πώς ξεκίνησε, πώς όρμησε κατά μήκος της πλαγιάς, πώς χτύπησε τα σπίτια και τελικά ξεκουράστηκε στην κοιλάδα, εμποδίζοντας την πορεία του κολπίσκου για περισσότερο από ένα χιλιόμετρο . Έγινε αμέσως σαφές ότι η ολισθαίνουσα μάζα πρέπει να απέκτησε τρομερή ταχύτητα γιατί όταν πιτσιλίστηκε στο ποτάμι πέταξε νερό και λάσπη εκατό μέτρα ύψος στην απέναντι πλαγιά. Ωστόσο, κανένας μάρτυρας δεν μπόρεσε να επιβεβαιώσει αυτήν την υπόθεση και δεν καταγράφηκε κανένα βίντεο.
Οι επιζώντες αναφέρθηκαν ότι άκουσαν δυνατούς βρόχους λίγα δευτερόλεπτα πριν η μανία της χιονοστιβάδας χτυπήσει τα σπίτια τους. Μια οικογένεια, που κρατούσε ξύπνια από το λίγων μηνών μωρό της, μπορούσε να σωθεί από θαύμα, ενώ πολλές άλλες πιάστηκαν στον ύπνο τους. Λόγω της απομακρυσμένης περιοχής, η κλήση σε βοήθεια και η αποστολή δύναμης διάσωσης δεν πρέπει να ήταν εύκολη υπόθεση. Αυτό μου θυμίζει μια επαίσχυντη κατάσταση που συνέβη στην Ιταλία τον περασμένο χειμώνα, όταν ένα χιονοδρομικό κέντρο θάφτηκε κάτω από μια χιονοστιβάδα και η δύσκολη επικοινωνία μεταξύ μαρτύρων και αρχών καθυστέρησε την αντίδραση έκτακτης ανάγκης κατά ώρες (καθώς το γεγονός αρχικά υποτιμήθηκε σε μεγάλο βαθμό), πιθανώς αυξανόμενο τον αριθμό των θυμάτων. Στο Xinmo, επαγγελματίες διασώστες έφτασαν στο σημείο αρκετά γρήγορα, αλλά θα μπορούσαν να ήταν πιο γρήγοροι αν είχαν λάβει πιο λεπτομερείς πληροφορίες για το τι ακριβώς είχε συμβεί. Σε τέτοιες καταστάσεις, κάθε δευτερόλεπτο μπορεί να κάνει τη διαφορά μεταξύ θανάτου και επιβίωσης.
Λίγες μέρες μετά τη χιονοστιβάδα, αναλύαμε ήδη όλα τα διαθέσιμα δεδομένα για να δώσουμε απαντήσεις για τον μηχανισμό κατολίσθησης και να αξιολογήσουμε τον υπολειπόμενο κίνδυνο στην περιοχή, καθώς οι επιχειρήσεις διάσωσης συνεχίζονταν, η βροχή έπεφτε άφθονη και το βουνό παρουσίαζε μεγάλες ρωγμές που μας ανησύχησε για πιθανές νέες κατολισθήσεις που θα μπορούσαν να συμβούν ανά πάσα στιγμή. Λάβαμε μεγάλη βοήθεια και συνεργασία από ερευνητικές ομάδες πολλών πανεπιστημίων, δημόσιων και ιδιωτικών εργαστηρίων. Τα αποτελέσματα των ερευνών εκείνων των ημερών έχουν δημοσιευτεί στο Landslides, το κορυφαίο περιοδικό για αυτό το θέμα. Συγκεκριμένα, θα μπορούσαμε να αναλύσουμε τις καταγραφές αρκετών σεισμικών σταθμών της περιοχής. Σε μια ακτίνα εκατοντάδων χιλιομέτρων, καταγράφηκε μια χαρακτηριστική σεισμική δραστηριότητα, σημαντικά διαφορετική από αυτή ενός τεκτονικού σεισμού. Παρόμοια με αυτό το τελευταίο, το επίκεντρο θα μπορούσε να εντοπιστεί αυτόματα και το μέγεθος Ρίχτερ (ML =2,3) θα μπορούσε να υπολογιστεί. Εδώ πάμε:ένα σύστημα παρακολούθησης ανίχνευσε την κατολίσθηση, τη θέση της και το μέγεθός της. Αλλά το σύστημα δεν ήταν εκπαιδευμένο να κατανοεί, αυτόματα, ότι είχε συμβεί μια μεγάλη κατολίσθηση, παρά ένας ασθενής σεισμός, και έτσι το σήμα πέρασε απαρατήρητο. Στην Ταϊβάν, μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον Δρ. Τσάο έχει ήδη αναπτύξει έναν αλγόριθμο για τη διάκριση μεταξύ των κυμάτων που δημιουργούνται από σεισμό και των κυμάτων που δημιουργούνται από κατολισθήσεις (landquakes). Το ενσωμάτωσαν και το δοκίμασαν σε ένα σύστημα που μπορεί να ενεργοποιήσει συναγερμό σε σχεδόν πραγματικό χρόνο με πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα. Εξήγησαν τα ευρήματά τους σε μια συναρπαστική εργασία για τις Επιστημονικές Εκθέσεις νωρίτερα φέτος.
Αλλά υπάρχουν περισσότερα. Αναλύοντας τις σεισμικές κυματομορφές, μπορεί κανείς να δει ότι ένας σεισμός έχει μια χαρακτηριστική υπογραφή. Ο Δρ Yamada και οι συνάδελφοί του από το Ινστιτούτο Ερευνών για την Πρόληψη Καταστροφών (Κιότο, Ιαπωνία), το εξήγησαν λεπτομερώς σε μια πρόσφατη εργασία που δημοσιεύτηκε στο Geophysical Research Letters. Υπάρχει ένα συστατικό χαμηλής συχνότητας, το οποίο έχει συνδεθεί με την ελαστική απόκριση του φλοιού της γης που προκαλείται από την επιτάχυνση και την επιβράδυνση της μάζας κατολίσθησης (Dr. Ekström and Dr. Stark on Science) και ένα στοιχείο υψηλής συχνότητας, κατανεμημένο με την πάροδο του χρόνου, που παράγεται από τις πολύπλοκες ανταλλαγές ορμής μεταξύ των συντριμμιών και του βράχου ενώ αυτά ολισθαίνουν και προσκρούουν στην περιοχή εναπόθεσης (Ο Δρ. Λιν και οι συνεργάτες του στο Earth and Planetary Science Letters).
Η αρχική απελευθέρωση των κυμάτων χαμηλής συχνότητας έχει συσχετιστεί με την έναρξη της κατολίσθησης, όταν η μάζα αποκολλάται από το βράχο δημιουργώντας μια ελαστική ανάκαμψη, ενώ η κορυφή των κυμάτων υψηλής συχνότητας έχει συσχετιστεί με τη στιγμή της μεγαλύτερης διασποράς ενέργειας, η οποία εμφανίζεται όταν η ολισθαίνουσα μάζα προσκρούει στην κοιλάδα, όπου η γωνία κλίσης είναι πολύ μικρότερη και επιβραδύνεται σημαντικά. Προσδιορίσαμε τις δύο συνιστώσες συχνότητας αναλύοντας το φάσμα των σεισμικών κυμάτων και μπορούσαμε να δούμε ότι χρειάστηκαν λιγότερο από 15 δευτερόλεπτα για να κινητοποιηθεί πλήρως η βραχώδης μάζα, λιγότερο από 60 δευτερόλεπτα για να φτάσει και να χτυπήσει το χωριό και λιγότερο από 2 λεπτά για να ξεκουραστούν στην κοιλάδα του ποταμού. Με βάση αυτές τις πληροφορίες και από τα επιτόπια στοιχεία ότι η μάζα ταξίδεψε πάνω από 2,5 km κατά μήκος της πλαγιάς με περισσότερα από 1200 μέτρα ύψος, θα μπορούσαμε επίσης να υπολογίσουμε ότι η κατολίσθηση συνέτριψε το χωριό με την εντυπωσιακή ταχύτητα των 250-300 km/h. και διέλυσε ενέργεια 290 TJ, που είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερη από την ατομική βόμβα της Χιροσίμα του 1945! Χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες, θα μπορούσαμε να υπολογίσουμε μέσω ενός απλού υπολογισμού ότι ο όγκος των συντριμμιών κατολισθήσεων που συσσωρεύτηκε στην κοιλάδα ήταν της τάξης των 13 εκατομμυρίων κυβικών μέτρων, τιμή που ταίριαζε αρκετά καλά με τις παρατηρήσεις πεδίου και τα αποτελέσματα χαρτογράφησης πολύ υψηλής ευκρίνειας. πραγματοποιήσαμε χρησιμοποιώντας ειδικό drone.
Συνδυάζοντας εγγραφές από πολλούς σταθμούς, μπορούμε όχι μόνο να αναγνωρίσουμε μια κατολίσθηση αυτόματα, αλλά μπορούμε επίσης να διαφοροποιήσουμε την έναρξη της κατολίσθησης (κύματα χαμηλής συχνότητας) και την επίδρασή της (κύματα υψηλής συχνότητας). Μπορούμε στη συνέχεια να τα εντοπίσουμε σε έναν χάρτη, να αξιολογήσουμε την απόσταση διαδρομής της κατολίσθησης και την ταχύτητα πρόσκρουσης, τον τύπο του υλικού που εμπλέκεται, να υπολογίσουμε πόσα άτομα και πόσα κτίρια επηρεάζονται και να εκτιμήσουμε τη ζημιά, όπως ακριβώς γίνεται για τους σεισμούς. Εάν το σεισμικό δίκτυο είναι επαρκώς ευαίσθητο και ειδικά εκπαιδευμένο, όλα αυτά μπορούν να γίνουν αυτόματα. Μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα, οι αρμόδιες αρχές θα λάμβαναν συναγερμό στις οθόνες των υπολογιστών και στα smartphone τους, που θα περιείχε πολύ λεπτομερείς πληροφορίες για το συμβάν, και θα ήταν σε θέση να ενεργοποιήσουν την κατάλληλη απάντηση έκτακτης ανάγκης εν ριπή οφθαλμού, σώζοντας όσο το δυνατόν περισσότερες ζωές.
