ziemia
Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-06
Zdążyć przed wstrząsem

Most kolejowy w pobliżu miasta Fukushima zniszczony przez marcowe trzęsienie ziemi.


Japończycy przywykli do żywiołów. Nikt tak jak oni nie potrafi się przed nimi bronić.

Kiedy 11 marca 2011 roku o godz. 14:46 czasu tokijskiego pierwszy sejsmometr zarejestrował potężny wstrząs tektoniczny na zachód od wyspy Honsiu, automatycznie przesłał tę informację do centrum monitoringu Japońskiej Agencji Meteorologicznej w Tokio. Urządzenie znajdujące się na lądzie niedaleko milionowego miasta Sendai podawało przybliżoną lokalizację epicentrum trzęsienia, jego magnitudę i głębokość. Nie czekając na dokładniejsze dane z kolejnych sejsmometrów, w regionie Tohoku, zajmującym północno-wschodnią część największej japońskiej wyspy, natychmiast ogłoszono stan zagrożenia. Chwilę potem rozbuczały się telefony komórkowe.

Ostrzeżenie rozesłano do wszystkich miejscowości, do których lada moment mogły dotrzeć drgania sejsmiczne. Od poruszenia się skał pod dnem oceanicznym upłynęło mniej niż 10 s. Mieszkańcy Tohoku mieli od kilku do kilkunastu sekund na przygotowanie się na wstrząs. Większość ukryła się pod stołami i biurkami. To rutynowa czynność, którą w Japonii ćwiczy się od dziecka. Chwilę później grunt zaczął się poruszać. W Sendai, Ishinomaki, Fukushimie i innych miastach zakołysały się domy. Żaden jednak nie runął, chociaż wstrząs - jak wkrótce się okazało - miał magnitudę 9 w skali Richtera i był jednym z najsilniejszych na Ziemi w ostatnich 100 latach i najsilniejszym zanotowanym w Japonii.

Ponad minutę później fale sejsmiczne dotarły do okolic 20-milionowego Tokio odległego od epicentrum o 380 km. Drgania nie były tu już tak silne jak w Sendai, wciąż jednak mogły powalać domy, wywoływać pożary i zabijać ludzi w miejscach gorzej przygotowanych do stawiania czoła takim kataklizmom. W Tokio nic takiego się nie stało. Domy wytrzymały, a ludzie z minutowym wyprzedzeniem zostali ostrzeżeni o nadchodzącym trzęsieniu przez telefony komórkowe, stacje radiowe i telewizyjne, internet, syreny i megafony.

Była to zasługa najszybszego, największego i najnowocześniejszego na świecie systemu wczesnego ostrzegania przed trzęsieniami ziemi. W ciągu ostatnich 15 lat Japonia zainwestowała w niego ok. pół miliarda dolarów. Pomysł pojawił się po tragicznym trzęsieniu w Kobe w 1995 roku, podczas którego zginęło ponad 6 tys. ludzi. Dwanaście lat później, jesienią 2007 roku, system został uruchomiony. W ciągu trzech i pół roku wielokrotnie przestrzegał przed silniejszymi wstrząsami, i choć zdarzało mu się wszczynać alarm niepotrzebnie lub też przeoczyć zagrożenie, dziś nikt nie ma wątpliwości, że była to bardzo opłacalna inwestycja.

Dla przeszkolonego człowieka, który wie, co ma robić w razie zagrożenia, nawet kilkanaście sekund to bardzo dużo, a co dopiero kilkadziesiąt. W tym czasie można się ukryć, a jeśli się jedzie samochodem - zjechać na pobocze i przeczekać drgania. Można też zastopować windy i otworzyć drzwi, aby wypuścić z nich ludzi, zatrzymać metro i pociągi, wyłączyć automatyczne linie produkcyjne, ustawić w stan czuwania systemy komputerowe i telekomunikacyjne, przerwać operacje chirurgiczne w szpitalach czy prace budowlane.

Podłużna przed poprzeczną
Jak to możliwe, że trzęsienia ziemi nie da się przewidzieć, ale można przed nim ostrzec? Podczas wstrząsu sejsmicznego powstają dwa rodzaje fal sejsmicznych. Jedne biegną szybciej, drugie - wolniej. Te pierwsze zwane są falami podłużnymi. Ponieważ mają większą prędkość (ok. 7 km/s), są najpierw rejestrowane przez sejsmometry. Szczęśliwym zrządzeniem losu nie powodują większych zniszczeń, za to zwiastują nadejście znacznie groźniejszych fal poprzecznych, które przesuwają się prawie dwa razy wolniej. To pod ich wpływem rozsypują się budynki, pękają autostrady, a w górach ruszają wielkie osuwiska.

Zadaniem systemu ostrzegawczego jest jak najwcześniejsze rozpoznanie fali podłużnej i przesłanie informacji na ten temat do centrali, aby ta po dokonaniu błyskawicznych analiz wysłała sygnał o zagrożeniu, zanim przyjdzie fala poprzeczna. Czasu na to jest niewiele. Epicentrum trzęsienia Tohoku (to jego oficjalna nazwa) znajdowało się około 130 km od Sendai. Fala podłużna pokonała ten dystans w ok. 18 s. Tam zarejestrował ją sejsmometr, który kilka sekund później wszczął alarm. Po upływie kolejnych kilkunastu sekund do wybrzeża dotarły główne drgania.

Zaletą fal podłużnych - tej łagodnej forpoczty trzęsienia - jest to, że na podstawie analizy ich właściwości można oszacować rozmiary kataklizmu. Nie jest to precyzyjny pomiar, szczególnie na początku, gdy dane pochodzą z jednego tylko sejsmometru, który pierwszy odbiera wiadomość o trzęsieniu, ale lepsze to niż nic. Najwyżej alarm okaże się fałszywy.

System działa tym szybciej i dokładniej, im gęstsza jest siatka aparatury sejsmicznej. Wtedy już po paru sekundach od pierwszego pomiaru pojawiają się kolejne. Dlatego Japończycy w ostatnich dwóch dekadach zbudowali sieć liczącą ok. 4 tys. instrumentów, których zadaniem jest rejestrowanie wstrząsów na terenie ich wyspiarskiego kraju rozciągniętego z północy na południe na długości ponad 2 tys. km. Sieć składa się z klasycznych sejsmometrów, które pracują cały czas, oraz akcelerometrów włączających się podczas silniejszych drgań.

Dane spływają automatycznie do Japońskiej Agencji Meteorologicznej. Tam komputery decydują, czy i gdzie wszcząć alarm. Dokładnie rzecz biorąc decyduje o tym opracowany przez japońskich sejsmologów program Earthquake Phenomena Observation System (EPOS).

Pociągi pod specjalnym nadzorem
W Japonii zaczęto wykorzystywać sejsmometry do celów ostrzegawczych już w latach 60. XX wieku, gdy przygotowywano się do uruchomienia pierwszej linii szybkiej kolei Shinkansen mającej połączyć Tokio z Osaką. Wzdłuż torów rozmieszczono aparaturę reagującą na drgania gruntu. Alarmowała, gdy przekraczały bezpieczny dla pociągów poziom, a wtedy maszynista włączał hamowanie.

Dziesięć lat później zrezygnowano z pośrednictwa człowieka. Sejsmometry same włączały systemy hamowania w pociągach. Po upływie kolejnych dwóch dekad, w 1992 roku japońskie koleje uruchomiły wzdłuż linii Tokio-Osaka sieć ostrzegawczą o nazwie UrEDAS (ang. Urgent Earthquake Detection and Alarm System). Był to pionierski system, w którym po raz pierwszy wykorzystano różnicę w prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych. W przypadku zagrożenia reakcja, czyli wyłączenie prądu na zagrożonym odcinku, następowała w ciągu 3 s od zarejestrowania fali podłużnej.

Po trzęsieniu w Kobe kolej wydłużyła i zagęściła system. Wiele razy potem się to przydało. Prawdziwy chrzest bojowy UrEDAS przeszedł 26 maja 2003 roku podczas trzęsienia o magnitudzie 7,1, którego epicentrum znajdowało się tuż przy brzegu Honsiu, kilkaset kilometrów na północ od Tokio. Wyjątkowo silne drgania uszkodziły 23 filary wiaduktów szybkiej kolei. Jednak pociągom mknącym z prędkością ponad 200 km/h nic się nie stało. Aparatura wychwyciła falę podłużną i 3 s później wstrzymała ruch. Główna fala wstrząsowa nadeszła zaledwie kilka sekund potem.

Tylko raz sejsmiczny anioł stróż nie zdążył. W październiku 2004 roku wstrząs o magnitudzie 6,9 zakołysał centralną częścią Honsiu. Jego epicentrum znajdowało się w pobliżu miasta Niigata na zachodnim brzegu wyspy. Kilkadziesiąt osób zginęło, kilka tysięcy odniosło rany, dziesiątki tysięcy musiało wyprowadzić się z domów. Był to najbardziej dotkliwy dla Japonii atak żywiołu od trzęsienia w Kobe. Uszkodzonych zostało wiele tuneli, mostów i wiaduktów. Sejsmometry kolejowe oczywiście wysłały sygnał alarmowy, lecz jeden z ekspresów znajdował się w momencie wstrząsu tak blisko jego epicentrum, że nie zdążył zareagować na ostrzeżenie. Osiem z dziesięciu wagonów rozpędzonego pociągu wypadło z torów. Jednak żaden z pasażerów nawet nie został ranny. UrEDAS zdał egzamin, a w Japonii podjęto decyzję o uruchomieniu podobnego systemu ostrzegawczego dla wszystkich mieszkańców oraz dla przedsiębiorstw i instytucji.

Shindo, czyli skala drgań
Jego testowa wersja ruszyła latem 2006 roku. Obejmowała najpierw kilkuset odbiorców, potem kilka tysięcy. Jesienią roku 2007 ruszyła sieć ogólnokrajowa. Już podczas prób system pokazał, że potrafi reagować z wielkim refleksem. W lipcu 2007 roku znów w pobliżu miasta Niigata wystąpił wstrząs o sile 6 stopni w skali Richtera. W sąsiednim regionie Kanto, gdzie leży Tokio, wszystkie pociągi zatrzymano na 30-60 s przed dotarciem fal sejsmicznych. W szpitalach przerwano operacje i zatrzymano windy na najniższym poziomie.

W Japonii najważniejsza informacja, jaką się podaje w komunikatach sejsmologicznych, dotyczy nie magnitudy trzęsienia mierzonej w stopniach Richtera, ale intensywności drgań. Magnituda to tylko jeden z czynników, które są brane pod uwagę przy ocenie kataklizmu. Dla Japończyków równie istotne są takie dane, jak głębokość wstrząsu, czas jego trwania, rodzaj skał, przez które przechodzą fale sejsmiczne w drodze ku powierzchni, właściwości samego gruntu, a nawet topografia terenu. Wszystko to ma wpływ na intensywność drgań, które są głównym sprawcą zniszczeń. Czasami słabsze trzęsienie może spowodować poważniejsze straty niż wstrząs o większej magnitudzie.

Japońska skala intensywności drgań nazywa się shindo. Liczy dziesięć stopni - od 0 do 7, przy czym stopniom 5 i 6 dodano jeszcze minus i plus. Ostrzeżenia są wysyłane, jeśli prognozowana wartość shindo ma wynieść co najmniej 5-. Wielkość drgań zależy od odległości od epicentrum, zatem np. mieszkańcy Tokio dowiedzą się, że intensywność drgań osiągnie u nich stopień: 5-, a w nieodległej Jokohamie może to już być 6-.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 05/2011 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
11/2019
10/2019
Kalendarium
Listopad
12

W 1901 r. włoski astronom Luigi Carnera odkrył planetoidę Caprera.
Warto przeczytać
Michael Hebb to współtwórca popularnego na Zachodzie ruchu, w ramach którego ludzie, znajomi lub nieznajomi, spotykają się przy stole, by porozmawiać o śmierci. Tak jak o życiu, normalnie. Gdybyś mógł przedłużyć swoje życie, to o jak długo? Jak wygląda dobra śmierć? Jak chciałbyś być wspominany?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-06
Zdążyć przed wstrząsem

Most kolejowy w pobliżu miasta Fukushima zniszczony przez marcowe trzęsienie ziemi.


Japończycy przywykli do żywiołów. Nikt tak jak oni nie potrafi się przed nimi bronić.

Kiedy 11 marca 2011 roku o godz. 14:46 czasu tokijskiego pierwszy sejsmometr zarejestrował potężny wstrząs tektoniczny na zachód od wyspy Honsiu, automatycznie przesłał tę informację do centrum monitoringu Japońskiej Agencji Meteorologicznej w Tokio. Urządzenie znajdujące się na lądzie niedaleko milionowego miasta Sendai podawało przybliżoną lokalizację epicentrum trzęsienia, jego magnitudę i głębokość. Nie czekając na dokładniejsze dane z kolejnych sejsmometrów, w regionie Tohoku, zajmującym północno-wschodnią część największej japońskiej wyspy, natychmiast ogłoszono stan zagrożenia. Chwilę potem rozbuczały się telefony komórkowe.

Ostrzeżenie rozesłano do wszystkich miejscowości, do których lada moment mogły dotrzeć drgania sejsmiczne. Od poruszenia się skał pod dnem oceanicznym upłynęło mniej niż 10 s. Mieszkańcy Tohoku mieli od kilku do kilkunastu sekund na przygotowanie się na wstrząs. Większość ukryła się pod stołami i biurkami. To rutynowa czynność, którą w Japonii ćwiczy się od dziecka. Chwilę później grunt zaczął się poruszać. W Sendai, Ishinomaki, Fukushimie i innych miastach zakołysały się domy. Żaden jednak nie runął, chociaż wstrząs - jak wkrótce się okazało - miał magnitudę 9 w skali Richtera i był jednym z najsilniejszych na Ziemi w ostatnich 100 latach i najsilniejszym zanotowanym w Japonii.

Ponad minutę później fale sejsmiczne dotarły do okolic 20-milionowego Tokio odległego od epicentrum o 380 km. Drgania nie były tu już tak silne jak w Sendai, wciąż jednak mogły powalać domy, wywoływać pożary i zabijać ludzi w miejscach gorzej przygotowanych do stawiania czoła takim kataklizmom. W Tokio nic takiego się nie stało. Domy wytrzymały, a ludzie z minutowym wyprzedzeniem zostali ostrzeżeni o nadchodzącym trzęsieniu przez telefony komórkowe, stacje radiowe i telewizyjne, internet, syreny i megafony.

Była to zasługa najszybszego, największego i najnowocześniejszego na świecie systemu wczesnego ostrzegania przed trzęsieniami ziemi. W ciągu ostatnich 15 lat Japonia zainwestowała w niego ok. pół miliarda dolarów. Pomysł pojawił się po tragicznym trzęsieniu w Kobe w 1995 roku, podczas którego zginęło ponad 6 tys. ludzi. Dwanaście lat później, jesienią 2007 roku, system został uruchomiony. W ciągu trzech i pół roku wielokrotnie przestrzegał przed silniejszymi wstrząsami, i choć zdarzało mu się wszczynać alarm niepotrzebnie lub też przeoczyć zagrożenie, dziś nikt nie ma wątpliwości, że była to bardzo opłacalna inwestycja.

Dla przeszkolonego człowieka, który wie, co ma robić w razie zagrożenia, nawet kilkanaście sekund to bardzo dużo, a co dopiero kilkadziesiąt. W tym czasie można się ukryć, a jeśli się jedzie samochodem - zjechać na pobocze i przeczekać drgania. Można też zastopować windy i otworzyć drzwi, aby wypuścić z nich ludzi, zatrzymać metro i pociągi, wyłączyć automatyczne linie produkcyjne, ustawić w stan czuwania systemy komputerowe i telekomunikacyjne, przerwać operacje chirurgiczne w szpitalach czy prace budowlane.

Podłużna przed poprzeczną
Jak to możliwe, że trzęsienia ziemi nie da się przewidzieć, ale można przed nim ostrzec? Podczas wstrząsu sejsmicznego powstają dwa rodzaje fal sejsmicznych. Jedne biegną szybciej, drugie - wolniej. Te pierwsze zwane są falami podłużnymi. Ponieważ mają większą prędkość (ok. 7 km/s), są najpierw rejestrowane przez sejsmometry. Szczęśliwym zrządzeniem losu nie powodują większych zniszczeń, za to zwiastują nadejście znacznie groźniejszych fal poprzecznych, które przesuwają się prawie dwa razy wolniej. To pod ich wpływem rozsypują się budynki, pękają autostrady, a w górach ruszają wielkie osuwiska.

Zadaniem systemu ostrzegawczego jest jak najwcześniejsze rozpoznanie fali podłużnej i przesłanie informacji na ten temat do centrali, aby ta po dokonaniu błyskawicznych analiz wysłała sygnał o zagrożeniu, zanim przyjdzie fala poprzeczna. Czasu na to jest niewiele. Epicentrum trzęsienia Tohoku (to jego oficjalna nazwa) znajdowało się około 130 km od Sendai. Fala podłużna pokonała ten dystans w ok. 18 s. Tam zarejestrował ją sejsmometr, który kilka sekund później wszczął alarm. Po upływie kolejnych kilkunastu sekund do wybrzeża dotarły główne drgania.

Zaletą fal podłużnych - tej łagodnej forpoczty trzęsienia - jest to, że na podstawie analizy ich właściwości można oszacować rozmiary kataklizmu. Nie jest to precyzyjny pomiar, szczególnie na początku, gdy dane pochodzą z jednego tylko sejsmometru, który pierwszy odbiera wiadomość o trzęsieniu, ale lepsze to niż nic. Najwyżej alarm okaże się fałszywy.

System działa tym szybciej i dokładniej, im gęstsza jest siatka aparatury sejsmicznej. Wtedy już po paru sekundach od pierwszego pomiaru pojawiają się kolejne. Dlatego Japończycy w ostatnich dwóch dekadach zbudowali sieć liczącą ok. 4 tys. instrumentów, których zadaniem jest rejestrowanie wstrząsów na terenie ich wyspiarskiego kraju rozciągniętego z północy na południe na długości ponad 2 tys. km. Sieć składa się z klasycznych sejsmometrów, które pracują cały czas, oraz akcelerometrów włączających się podczas silniejszych drgań.

Dane spływają automatycznie do Japońskiej Agencji Meteorologicznej. Tam komputery decydują, czy i gdzie wszcząć alarm. Dokładnie rzecz biorąc decyduje o tym opracowany przez japońskich sejsmologów program Earthquake Phenomena Observation System (EPOS).

Pociągi pod specjalnym nadzorem
W Japonii zaczęto wykorzystywać sejsmometry do celów ostrzegawczych już w latach 60. XX wieku, gdy przygotowywano się do uruchomienia pierwszej linii szybkiej kolei Shinkansen mającej połączyć Tokio z Osaką. Wzdłuż torów rozmieszczono aparaturę reagującą na drgania gruntu. Alarmowała, gdy przekraczały bezpieczny dla pociągów poziom, a wtedy maszynista włączał hamowanie.

Dziesięć lat później zrezygnowano z pośrednictwa człowieka. Sejsmometry same włączały systemy hamowania w pociągach. Po upływie kolejnych dwóch dekad, w 1992 roku japońskie koleje uruchomiły wzdłuż linii Tokio-Osaka sieć ostrzegawczą o nazwie UrEDAS (ang. Urgent Earthquake Detection and Alarm System). Był to pionierski system, w którym po raz pierwszy wykorzystano różnicę w prędkości rozchodzenia się fal sejsmicznych. W przypadku zagrożenia reakcja, czyli wyłączenie prądu na zagrożonym odcinku, następowała w ciągu 3 s od zarejestrowania fali podłużnej.

Po trzęsieniu w Kobe kolej wydłużyła i zagęściła system. Wiele razy potem się to przydało. Prawdziwy chrzest bojowy UrEDAS przeszedł 26 maja 2003 roku podczas trzęsienia o magnitudzie 7,1, którego epicentrum znajdowało się tuż przy brzegu Honsiu, kilkaset kilometrów na północ od Tokio. Wyjątkowo silne drgania uszkodziły 23 filary wiaduktów szybkiej kolei. Jednak pociągom mknącym z prędkością ponad 200 km/h nic się nie stało. Aparatura wychwyciła falę podłużną i 3 s później wstrzymała ruch. Główna fala wstrząsowa nadeszła zaledwie kilka sekund potem.

Tylko raz sejsmiczny anioł stróż nie zdążył. W październiku 2004 roku wstrząs o magnitudzie 6,9 zakołysał centralną częścią Honsiu. Jego epicentrum znajdowało się w pobliżu miasta Niigata na zachodnim brzegu wyspy. Kilkadziesiąt osób zginęło, kilka tysięcy odniosło rany, dziesiątki tysięcy musiało wyprowadzić się z domów. Był to najbardziej dotkliwy dla Japonii atak żywiołu od trzęsienia w Kobe. Uszkodzonych zostało wiele tuneli, mostów i wiaduktów. Sejsmometry kolejowe oczywiście wysłały sygnał alarmowy, lecz jeden z ekspresów znajdował się w momencie wstrząsu tak blisko jego epicentrum, że nie zdążył zareagować na ostrzeżenie. Osiem z dziesięciu wagonów rozpędzonego pociągu wypadło z torów. Jednak żaden z pasażerów nawet nie został ranny. UrEDAS zdał egzamin, a w Japonii podjęto decyzję o uruchomieniu podobnego systemu ostrzegawczego dla wszystkich mieszkańców oraz dla przedsiębiorstw i instytucji.

Shindo, czyli skala drgań
Jego testowa wersja ruszyła latem 2006 roku. Obejmowała najpierw kilkuset odbiorców, potem kilka tysięcy. Jesienią roku 2007 ruszyła sieć ogólnokrajowa. Już podczas prób system pokazał, że potrafi reagować z wielkim refleksem. W lipcu 2007 roku znów w pobliżu miasta Niigata wystąpił wstrząs o sile 6 stopni w skali Richtera. W sąsiednim regionie Kanto, gdzie leży Tokio, wszystkie pociągi zatrzymano na 30-60 s przed dotarciem fal sejsmicznych. W szpitalach przerwano operacje i zatrzymano windy na najniższym poziomie.

W Japonii najważniejsza informacja, jaką się podaje w komunikatach sejsmologicznych, dotyczy nie magnitudy trzęsienia mierzonej w stopniach Richtera, ale intensywności drgań. Magnituda to tylko jeden z czynników, które są brane pod uwagę przy ocenie kataklizmu. Dla Japończyków równie istotne są takie dane, jak głębokość wstrząsu, czas jego trwania, rodzaj skał, przez które przechodzą fale sejsmiczne w drodze ku powierzchni, właściwości samego gruntu, a nawet topografia terenu. Wszystko to ma wpływ na intensywność drgań, które są głównym sprawcą zniszczeń. Czasami słabsze trzęsienie może spowodować poważniejsze straty niż wstrząs o większej magnitudzie.

Japońska skala intensywności drgań nazywa się shindo. Liczy dziesięć stopni - od 0 do 7, przy czym stopniom 5 i 6 dodano jeszcze minus i plus. Ostrzeżenia są wysyłane, jeśli prognozowana wartość shindo ma wynieść co najmniej 5-. Wielkość drgań zależy od odległości od epicentrum, zatem np. mieszkańcy Tokio dowiedzą się, że intensywność drgań osiągnie u nich stopień: 5-, a w nieodległej Jokohamie może to już być 6-.