زمین‌لرزه “توهوکو”(Tōhoku)، در سال ۲۰۱۱ شمال شرقی ژاپن را به مدت شش دقیقه لرزاند و جزیره اصلی این کشور را تا ۲.۴ متر به سمت شرق حرکت داد. این زمین‌لرزه به قدری شدید بود که “زمین‌لرزه بزرگ شرق ژاپن” نام گرفت. ساکنین پس از چند دقیقه، هشدارهایی مبنی بر وقوع سونامی را توسط رسانه‌های هواشناسی و تلفن همراه خود دریافت کردند اما این هشدارها نتوانستند اندازه موج‌ها را مشخص کنند، در نتیجه بسیاری از افراد نتوانستند محل سکونت خود را به موقع تخلیه کنند. ارتفاع برخی از امواج سونامی، به ۳۶ متر می‌رسید. ژاپن پس از این فاجعه، شبکه‌ای از حسگرهای لرزه‌ و فشار را در کف اقیانوس قرار داد تا سیستم‌ هشدار قوی‌تری برای پیش‌بینی سونامی داشته باشد.

پژوهش جدید دانشمندان دانشکده علوم زمین، انرژی و محیط “دانشگاه استنفورد”(Stanford University) نشان می‌دهد که چگونه می‌توان هشدارهای مبتنی بر داده‌های این حسگرها را با شبیه‌سازی‌های سونامی ترکیب کرد تا نتایج دقیق‌تری ارائه شود.

این پژوهش، روش جدیدی ارائه می‌دهد که مشخصا برای هشدار در مورد سونامی طراحی شده است. “اریک دونهام”(Eric Dunham)، استادیار ژئوفیزیک دانشگاه استنفورد و از نویسندگان این پژوهش گفت: این سیستم می‌تواند هشدارها را ۲۰ تا ۳۰ دقیقه پیش از وقوع سونامی، ارائه دهد.

دونهام و همکارانش، روش خود و چگونگی به کارگیری آن را در نواحی فاقد حسگر بررسی کردند.

سیستم‌های هشدار سونامی چگونه کار می‌کنند؟

دونهام افزود: سیستم‌های کنونی هشدار سونامی، کار خود را با تخمین ویژگی‌های لرزه‌ای امواج زمین‌لرزه آغاز می‌کنند؛ سپس روابط میان زمین‌لرزه و سونامی را از پیش مورد محاسبه قرار می‌دهند.

بیشتر سونامی‌ها، ناشی از لرزه‌های دریایی هستند که امواج اقیانوس را بالا و پایین می‌برند. هنگامی که جاذبه، آب را به سوی تعادل می‌برد، سونامی متولد می‌شود اما تولد سونامی‌ها با روش‌های دیگری نیز امکان‌پذیر است. یکی از دلایل متداول، لغزش‌های زیر دریا هستند که به همراه زمین‌لرزه یا به طور مستقل رخ می‌دهند. سیستم‌های سنتی معمولا سونامی‌های ناشی از چنین منابعی را از دست می‌دهند و نمی‌توانند آنها را اعلام کنند.

وجه تمایز این روش چیست؟

“یویان یانگ”(Yuyun Yang)، نویسنده ارشد این پژوهش گفت: هنگامی که موج سونامی در میان اقیانوس حرکت می‌کند، فشار آب را تغییر می‌دهد. روش ما می‌تواند سطح اقیانوس را بازسازی کند و هنگام عبور سونامی، ارتفاع موج‌ها را براساس فشاری که حسگرها شناسایی کرده‌اند، تخمین بزند.

پژوهشگران، نحوه به کارگیری روش شبیه‌سازی داده‌ها را مشخص کردند تا میدان موج سونامی را بازسازی کنند؛ سپس از شبیه‌سازی انتشار امواج برای پیش‌بینی حرکت آنها به سوی ساحل استفاده کردند و نهایتا توانستند ارتفاع و زمان رسیدن موج‌ها به ساحل را پیش‌بینی کنند.

روش پیشنهاد شده برای سیستم هشدار ژاپن نیز به همین روش شباهت دارد و پیش‌بینی‌های مشابهی ارائه می‌دهد اما دقت و ثبات آن در برخی موارد کمتر است. پیش‌بینی‌های این روش، براساس زمان پیش‌بینی متفاوت خواهند بود. ممکن است سیستم، ارتفاع امواج را سه متر پیش‌بینی کند اما دو دقیقه بعد پیش‌بینی خود را به کمتر از یک متر تغییر دهد. روش جدید پیش‌بینی، این گونه نوسانات را کاهش می‌دهد.

روش‌های شبیه‌سازی داده، معمولا پرهزینه‌تر از روش‌های سنتی هستند اما پیش‌بینی‌های دقیق‌تری ارائه می‌دهند. شاید روش‌های سنتی بتوانند هشدارهای ابتدایی را بروز دهند اما روش‌های جدیدتر می‌توانند از عهده به روزرسانی پیش‌بینی‌ها برآیند؛ در نتیجه این دو روش، مکمل هم خواهند بود.

دونهام ادامه داد: در این فناوری جدید، از حسگرهای دریایی استفاده شده که با یک کابل فیبر نوری به هم متصل شده‌اند و امکان انتقال داده به رایانه‌ها را فراهم می‌کنند.

این شبکه حسگر، بسیار پرهزینه است و دانشمندان و مهندسان، در حال حاضر با مشکلات مربوط به داده‌ها دست و پنجه نرم می‌کنند. جزر و مد، جریان‌ها، دما و شوری آب، می‌توانند تغییر در فشار یا ارتفاع موج را نشان دهند.

یانگ افزود: ما این روش را در سواحل واشنگتن، اورگون و بریتیش کلمبیا آزمایش کردیم و دریافتیم که کارآیی آن در همه جا یکسان است اما بیشتر مناطق، کابل‌های متصل را برای به کارگیری این روش ندارند. ژاپن در حال حاضر تصمیم دارد که روی این فناوری، سرمایه‌گذاری کند زیرا زمین‌لرزه و سونامی، پیوسته در این کشور رخ می‌دهد.

آیا روش‌های ارزان‌تری برای پیش‌بینی سونامی وجود دارد؟

دونهام گفت: بیشتر فیبرهای نوری، حسگرهای فشار را ندارند اما شاید روش‌های برای سنجش کشش کابل‌ها وجود داشته باشد تا فشار و ارتفاع امواج تخمین زده شود.

یانگ گفت: روش احتمالی دیگری که هزینه کمتری نیز دارد، استفاده از ایستگاه‌های GPS در کشتی‌های تجاری است. این سیستم‌ها می‌توانند ارتفاع آب را در محل مشخصی از دریا اندازه‌گیری کنند. روش ما می‌تواند داده‌های این منابع را ثبت کند.

چرا برای پیش‌بینی سونامی از زمین‌لرزه استفاده نمی‌شود؟

دونهام اضافه کرد: استفاده از زمین‌لرزه به عنوان هشدار، یک روش توصیه شده در کشورهایی است که فاقد ابزار پیشرفته هستند اما اگر پیش‌بینی‌های کمی صورت گیرند، بسیاری از افراد و سازمان‌ها می توانند از این اطلاعات استفاده کنند.

یانگ ادامه داد: در زمین‌لرزه توهوکو، بسیاری از مردم به ارتفاعاتی مانند بام خانه‌ها رفتند اما این ارتفاع برای گریختن از سونامی کافی نبود. یک پیش‌بینی دقیق می‌تواند میزان ارتفاع مورد نیاز برای نجات را مشخص کند.

این پژوهش، در مجله ” Geophysical Research Letters” به چاپ رسید.

۵۶۵۶