Доц. Филип Филипов: 20 дни по-рано може да се прави прогноза за катастрофални земетръси със сателитни данни и суперкомпютри
Само 2% от сушата са опасни за трусове с жертви, казва математикът
Истанбул е на първо място в тези 2%, защото там се срещат повече от една тектонични плочи
Още акценти:
След зачестилите трусове преди 31 декември 2022 г. прогнозата се реализира като филм на ужасите на 6 февруари 2023 г. - в Турция, Сирия, Ливан загинаха над 53 000 души
В България в БАН също има суперкомпютър и той може да работи безпроблемно в реално време с кондензирани описания, като се следят данните от тези потенциално опасни 20% от сушата и онези критични 2 процента
- Доц. Филипов, през последните дни имаше няколко земетресения с епицентър Вранча над трета степен. Известно е, че големите трусове там стават приблизително на 40 години, но слава богу вече изминаха 47 и такъв няма. Вие сте от учените, които смятат, че човечеството вече има надежден инструментариум, за да прогнозира сравнително точно големите катастрофи, можете ли да кажете повече за тези идеи?
- Около 2% от сушата на планетата е покрита с “невралгични” точки, където неизбежно ще има катастрофални земетресения с голям брой жертви, ако не се вземат адекватни управленски мерки. От една страна, вече имаме натрупан научен потенциал и надежда, че можем да определим къде е налице опасно натрупан потенциал за подобен трагичен трус. Ако си спомняте, в края на 2022 г. с вас обсъждахме отново в интервю защо разрушителните земетресения в повечето случаи стават в Средиземноморието, Адриатика, Балканите и Близкия изток и те са предимно в месеците около Нова година. Поводът бяха зачестилите трусове преди 31 декември 2022 г. За наше най-голямо съжаление, прогнозата се реализира като някакъв филм на ужасите на 6 февруари 2023 г. в Турция, Сирия, Ливан... Загинаха над 53 000 души. Сега притесненията ни са, че Истанбул като ниво на риск е начело на тези критични 2%.
- Можете ли да разкажете за метода, с който евентуално може донякъде да се прогнозират подобни трагедии на глобално ниво?
- На илюстрацията, показваща районите с най-много земетресения, където има сблъсъци на тектонични плочи, могат да се проследят тези опасни точки. Стрелките са променливи във времето и пространството – възможно е да се получат сложни функции в пространството и времето. Това са резултатите от работата на суперкомпютъра ни, но интерпретацията на тези данни никак не е тривиална. Използва се Моделът на геоида (от гръцки - като Земята) - това е еквипотенциалната повърхнина на земното поле на тежестта, за която нормалата (перпендикулярът към повърхнината) във всяка нейна точка съвпада с посоката на силата на тежестта. Всъщност геоидът приблизително съвпада с повърхността на водата в моретата и океаните в спокойно състояние, ако си представим, че продължава под континентите. От тази гледна точка въпросният модел например по метода на крайните елементи е силно нелинеен, стохастичен нееднозначен и нестационарен.
Едновременно трябва да следим честотния състав на сигналите и тяхната продължителност, защото земетресение, което е по-кратко от 30 секунди, едва ли ще доведе до разрушения с жертви. Това, от една страна. От друга, има два типа прогнози – оценка на бъдещата сеизмична активност в локален и глобален план. При първия се следи например вариацията в дълговълновото излъчване от земната кора и особенно ефективният напоследък предвестник – многократно завишената концентрация на радиоактивен газ радон в минералните води - например за България в района около Симитли. При глобалната оценка се наблюдава цялата планета.
- Това не е ли непосилна задача?
- Все по-често в научните среди се прокарва идеята, че планетата е свързана много повече, отколкото се допускаше досега. Затова смятам, че в момента човечеството е в състояние да създаде цифрови модели по метода на крайните елементи в динамиката, за да се следи цялата Земя. Задачата може да се опрости още повече, тъй като не е необходимо да се наблюдават онези над 80% от сушата, където не са се реализирали сериозни земетресения.
Достатъчно е да въведем главни и второстепенни динамични променливи и да се концентрираме върху 20-те процента и най-вече върху онези 2% от тях, където периодично има катастрофални трусове с много жертви. Второстепенните степени на свобода участват в изчисленията индиректно като кондензирани променливи.
- Дори не мога да си представя как ще се следят толкова много и данни и индикатори?
- С метода на динамичната кондензация. У нас на него са посветени 3 дисертации – на проф. Камен Ишев и двата доктората – на проф. Петя Динева и моят. В тях е предложен български вариант на динамична кондензация чрез алгоритъма на Гаус. В резултат кондензираното описание е с точността на всички динамични променливи, но броят им е силно редуциран и обхваща цялата Земя.
С други думи, по този начин ние можем да следим задължително тези невралгични 2%, които са най-застрашени от земетресения с жертви, защото там, така или иначе трусове ще има. Останалите 18% попадат в междинната зона, където може да се стигне до трагедии от подобен мащаб, но може и изобщо да няма.
- Какво е разпределението на земетръсите по света най-грубо?
- Приблизително 85% от тях стават в Тихоокеанския сеизмичен пръстен, където е и Япония, останалите 15% са в Средиземноморието - в Алпохималайския сеизмичен пояс, където попада и нашата страна. Тук отново задачата може да се раздели на подзадачи и да се опрости.
- Известен ли е “алгоритъмът”, при който възникват катастрофални трусове с жертви?
- За да се очакват катастрофални земетресения с много жертви, е необходимо да се случат няколко събития едновременно. Първо, магнитудът да е 6 и над 6. Под тази стойност трудно би могло да има разрушения в инфраструктурата и жертви. Второ, за да се оценят евентуални разрушения, трябва да се следят нивата на потенциалната и кинетичната енергия при събитието.
Кинетичната зависи от скоростите, те трябва да са много над определени критични нива. Например от механиката на разрушението знаем, че стоманобетонните сгради не могат да се разрушат за една секунда при магнитуд 6. Но ако при подобно събитие времетраенето на труса е над 20-30 секунди, може да очакваме катастрофални последствия. И обратно: хипотетично при трус от 9-а степен по Рихтер (единичен импулс), ако той продължи няколко секунди, може да няма разрушения, но при много по-малки магнитуди и продължителни въздействия – това е почти сигурно. Съществува пряка корелационна зависимост межу силата на труса и продължителността на сигналите.
Третият много важен параметър, който се следи от сеизмологичните центрове, но традиционно не се съобщава, е честотният състав на сигналите. За да говорим за катастрофални земетресения с много жертви, е необходимо да има събитие, при което съвпадат най-малко тези три параметъра: магнитуд, времетраене и неблагоприятен честотен състав. Тогава се намираме в критичната зона “2%”, където със сигурност ще има жертви. Затова именно там трябва да се вземат сериозни мерки навреме – Япония е много добър пример как да се действа превантивно, а не да се върви след събитията, за които в определени райони е ясно, че рано или късно ще се случат.
- Чисто технически как може да стане това или предложението ви е теоретично?
- Практично е. Развитите страни разполагат със суперкомпютри. В България в БАН също има суперкомпютър и той може да работи безпроблемно в реално време с кондензирани описания, като се следят данните от тези потенциално опасни 20% от сушата и онези критични 2%. Заедно с това могат да се обработват спътникови данни. Ако ги комбинираме – цифрови модели с динамична кондензация, едновременно със спътниковите измервания се получава един мощен инструмент. Въз основа на данните и измерванията може да се разработи алгоритъм, с който да се прогнозират доста точно евентуални събития в рамките например на 20-ина дни напред и да имаме яснота кое е сравнително най-застрашеното място от тези 2%, в които задължително ще се загуби устойчивост и ще има катастрофален земетръс.
- Каква е причината Истанбул да е на първо място в тези 2%?
- За голямо съжаление там е неизбежно, защото се срещат повече от една тектонски плочи. Турските колеги стартираха система, която да предупреждава за цунами, но при това събитие нещата не са толкова страшни, тъй като при реализирано цунами има 20-30 минути, в които може да се реагира, и евентуално да се евакуират хора. При земетресенията на сушата, времето за реакция например при наличие на системи за ранно предупреждения при реализирана Р-вълна е от порядъка на няколко десетки секунди до пристигането на разрушителните S-вълни и почти нищо не може да се направи, ако не са взети предварително научни и управленски мерки.
Затова, ако се комбинират изчислителни методи със суперкомпютри и спътниковите измервания в реално време и се следи цялата планета, може да се прогнозира с много голяма вероятност в кои зони има почти сигурна опасност от загуба на устойчивост.
Спътниковите системи в света са четири: китайски, европейски, руски и американски сателити. Така, ако се установи неблагоприятно съвпадение на най-малко три от очакваните основни параметри на предстоящото земетресение: магнитуд, честотен състав и времетраене на сеизмичните сигнали, ще можем да кажем с почти 100% вероятност, че примерно след 20 дни в еди-кои си 3-4 точки от тези критични 2% суша ще стане земетресение и то реално ще стане.
Дори само нашият суперкомпютър е достатъчен, за да се справи с огромния брой изчисления, необходими за динамична кондензация за цялата планета.
- Какви данни ще ни осигурят сателитите?
- При въртенето на Земята се получават грешки от различен характер, част от тях са неизучени, но с глобална сателитна система могат да се измерват движенията на цялата Земя в реално време. Затова, когато се комбинират изчислителни и измервателни инструменти и се фокусират върху проблемните 2% от сушата, резултатът не може да е друг – точна оценка за глобалната сеизмична активност.
Загубата на устойчивост може с голяма точност да се прогнозира и да се получи модел в реално време, съчетан с предварителни превантивни мерки - те са задължителни и не са кой знае колко сложни, нито кой знае колко скъпи. Въпрос на организация и отговорност.