מערכות לזיהוי רעידות אדמה מסוגלות להתריע רגעים אחדים לפני בוא הזעזוע הגדול – זמן שמאפשר להציל חיים
רעידות האדמה הן יוצאות דופן בפנתאון אסונות הטבע, מכיוון שהן מכות בלי לספק סימנים מקדימים כלשהם. קחו לדוגמה את רעידת לוֹמָה פְּריאֶטה, שהכתה באזור מפרץ סן פרנסיסקו ב-17 באוקטובר 1989, רגע לפני תחילת משחק האליפות בכדור בסיס בין "סן פרנסיסקו ג'יאנטס" ל"אוקלנד איי'ס". ב-5:04 אחרי הצהריים טלטלה העתקה פתאומית של העתק (שבר) סן אנדריאס את האזור בעוצמה שהספיקה למוטט שני קילומטרים וחצי של כביש מהיר דו-מפלסי ומקטעים מגשר המפרץ המחבר את אוקלנד לסן פרנסיסקו. יותר מ-60 בני אדם נהרגו.
במרוצת השנים ניסו מדענים למצוא אות כלשהו – סימן מקדים, קלוש ככל שיהיה – שיאפשר לחזות בדיוק היכן ומתי יתרחשו רעידות אדמה גדולות ולהציל אנשים מפגיעה. כיום, לאחר עשרות שנים של חיפושי שווא, סייסמולוגים רבים מפקפקים בעצם קיומו של אות כזה.
אף על פי כן עוד יש תקווה. כיום מסוגלים המדענים לחזות במידה מסוימת של ודאות את העוצמה של רעידת האדמה ואת טווח ההתפשטות שלה שניות מעטות לאחר התנועות הקלות הראשוניות של הרעידה. שילוב של פיתוחים מדעיים וטכנולוגיות תקשורת מודרניות יוכל לספק לרשויות כמה עשרות שניות, או אפילו חצי דקה, של התרעה מוקדמת בשביל האנשים המצויים בטווח הפגיעה. לכאורה לא מדובר בזמן רב, אך די בו כדי לשלוח הוראות כיבוי לתחנות כוח, לעצור תנועת רכבות, לפתוח באופן אוטומטי דלתות של מעליות ולהודיע למכבי האש להתכונן.
המוקד של רעידת לומה פריאטה היה מדרום למפרץ, בהרי סנטה קרוז המשוננים. מרגע שהחלה האדמה לרטוט נדרשו לרעידות ההרסניות יותר מ-30 שניות כדי לחצות את 100 הקילומטרים עד סן פרנסיסקו ואוקלנד, האזור שבו היו 80% מכלל ההרוגים. אם הייתה אז בנמצא מערכת להתרעה מקדימה על רעידות אדמה, ייתכן שהייתה מצליחה לספק התרעה של 20 שניות ללב האזור – די זמן להאט ולעצור רכבות, לשלוח למטוסים העומדים לנחות פקודה לסוב לאחור, ולהדליק אור אדום ברמזורים כדי למנוע ממכוניות להגיע למבנים מסוכנים כגון גשרים או מנהרות. עובדים בסביבות מסוכנות היו יכולים להתרחק למקום בטוח, וציוד רגיש היה מסוגל לעבור למצב המתנה ובכך להפחית נזקים והפסדים. תלמידי בתי הספר ועובדי המשרדים היו מספיקים להתחבא מתחת לשולחנות לפני הגעת הרעידה, והאזור כולו היה מוכן להתמודד עם הפרץ האלים המתקרב.
מערכות כאלה נפרשות כעת במקומות מגוונים בכל רחבי העולם, כמו מקסיקו, טייוואן, טורקיה ורומניה. המערכת ביפן היא מן המתקדמות ביותר: רשת ארצית זו מספקת התרעות באמצעות רוב תחנות הטלוויזיה והרדיו, כמה חברות סלולריות ומערכות הכריזה בקניונים ובמרחבים ציבוריים אחרים. מאז החלה המערכת לפעול, לפני שלוש שנים וחצי, יותר מתריסר רעידות אדמה הפעילו אזעקות בתפוצה רחבה. לאנשים במפעלים, בבתי הספר, ברכבות ובמכוניות ניתנו שניות מעטות ויקרות להתכונן. לא היו דיווחים כלשהם על פאניקה או תאונות דרכים בכבישים המהירים בעקבות האזעקות. [המאמר נכתב לפני רעידת האדמה שהתרחשה ביפן ב-11 במארס 2011 – העורכים]. ארצות הברית מפגרת אחר שאר העולם בתחום זה, אך בימים אלה נפרשת בקליפורניה מערכת ניסויית, שתוביל בקרוב למערכת התרעה בקנה מידה מלא עבור מדינה זו, העשירה בהעתקים גאולוגיים.
המועד המשוער לרעידה הגדולה הבאה בקליפורניה חלף מזמן. התקנת מערכת התרעה באזור זה, באזורים אחרים בעולם, תאפשר הצלת חיים.
גלים הופכים להתרעות
האדמה שתחת רגלינו נעה. כשהלוחות הטקטוניים נסחפים על פני השטח של כדור הארץ, חלקי יבשות מתחככים אלו באלו ומתנגשים כמו מכוניות בתאונת שרשרת. קרום כדור הארץ, השכבה החיצונית של הלוחות, שעליה אנו חיים, הוא קרום גמיש, אך רק עד גבול מסוים. הקרום בגבול הלוחות מתכופף עד שהמַעֲוָות נעשה גדול מדי, וכשהוא נשבר, האנרגיה שהצטברה בעשרות השנים שלפני כן דוהרת על פני השטח ומטלטלת כל מה שעומד בדרכה.
מאות רעידות אדמה מתרחשות מדי יום ביומו. למרבה המזל, רובן כה קטנות, שללא עזרתם של סייסמומטרים רגישים לא היינו יודעים עליהן כלל. ברעידות יום-יומיות כאלה מחליק מישור ההעתק לאורך מטר או שניים בלבד. בני אדם אינם מסוגלים לחוש בתנועה זו. ברעידות שעוצמתן 5.0 נקרעים קילומטר וחצי עד שלושה ממישור ההעתק. בני אדם יכולים לחוש בקלות בתנועה, אך בניינים מודרניים יכולים לעמוד בה. בעוצמה של 8.0 מתקדם הקרע על פני מאות קילומטרים לאורך מישור ההעתק ועשוי להגיע עד פני השטח ולשסע בניינים לשניים.
ניטור של הצטברות המעוות בקווי העתק לאורך זמן מאפשר לסייסמולוגים לדעת שאזורים רבים בקרום מועדים לכשל, אך המבנה המפורט של העתקים המצויים הרחק מתחת לפני הקרקע ממלא גם הוא תפקיד חשוב בהיווצרות של קרעי רעידות האדמה ובהתקדמותם – ואת המבנה הזה אי אפשר למדוד במישרין. לפיכך סבורים מרבית הסייסמולוגים שאי אפשר ליצור מערכת חיזוי שתוכל לחזות רעידה גדולה שעות או ימים לפני התרחשותה. בעתיד הנראה לעין המיטב שיהיה אפשר לעשות הוא לזהות את הרעידה הגדולה במהירות ולהפעיל את האזעקה.
לרעידות אדמה יש מאפיינים ייחודיים שמסייעים במשימה זו. מה שנתפס בעינינו כזעזוע אחד ממושך מתרחש, למעשה, בשלבים. האנרגיה מן השבר בקרום נעה דרך האדמה בשתי צורות: גלי P וגלי S. שני סוגי הגלים יוצאים ממשטח השבירה באותו הזמן, אך בזאת מסתיים הדמיון ביניהם. גלי P, בדומה לגלי קול, הם גלי דחיסה: הם נעים במהירות רבה יחסית, אך אינם נושאים אנרגיה רבה. במהלך רעידת אדמה אפשר לחוש בגלי P כ"מכה" אנכית פתאומית. גלי S דומים יותר לגלים באוקיינוס, שנעים לאט, נושאים את רוב האנרגיה וגורמים לטלטלות החזקות ביותר. תזוזת האדמה שהם יוצרים היא גם אנכית וגם אופקית, והם מסוגלים לטלטל בניינים שלמים כאילו היו סירות קטנות על פני המים.
נוסף על כך, לא כל הגלים זהים. הם לובשים צורות שונות על פי גודלו של מקטע ההעתק. ההתפשטות של גלי P במקטעים קטנים מאופיינת במשרעת קטנה יחסית ובתדר גבוה – תנועה קטנה אבל חדה. רעידות אדמה גדולות יותר קורעות שטחי העתק נרחבים יותר וגורמות להסטה רבה יותר, ולכן יש לגלי ה-P משרעת גדולה יותר ותדר נמוך יותר. הדבר דומה להבדל בין ציוץ של ציפור קטנה לשאגה של דוב גריזלי.
סייסמומטר יחיד מסוגל להעריך את עוצמת הרעידה על סמך מידע זה בלבד: גל P במשרעת גדולה ובתדר נמוך יפעיל את האזעקה. גישה זו של תחנת מדידה יחידה היא הדרך המהירה ביותר לקבל התרעה סמוך למוקד הרעש (אֶפיסנטר). עם זאת מאפייני ההעתקה של רעידות האדמה אינם אחידים – לא כל הרעידות בעוצמה 5.0 נראות אותו הדבר – והסלעים המסוימים המצויים מתחת לסייסמומטר עשויים לשנות את צורת גל ה-P. הבדלים אלו מגדילים את הסיכון לאזעקות שווא ולהחמצה של רעידות אדמה מסוכנות שמתקרבות.
כדי להפחית את הסיכוי לאזעקות שווא ולהחמצות אפשר לשלב נתונים שנרשמים על ידי כמה סייסמומטרים הממוקמים במרחק של כמה קילומטרים זה מזה. במערך כזה הסלעים מתחת לכל מכשיר יהיו שונים ויהיה אפשר לחשב אומדן ממוצע של עוצמת הרעש. גישה זו מצריכה רשתות סייסמיות המשדרות נתונים ממכשירים רבים לאתר מרכזי, שבו מתבצע העיבוד. לרוע המזל, השידור והחישוב אורכים כמה שניות, ובכל שנייה שעוברת מתקדם גל ה-S ההרסני 3-5 קילומטרים נוספים.
לפיכך הגישה המיטבית תשלב את גישת התחנה היחידה ואת גישת הרשת ותוכל לספק הן התרעות קצרות טווח באזור הסמוך למוקד הרעש והן התרעה מוקדמת של עשרות שניות לאזורים מרוחקים.
כל מערכת תהיה חייבת למצוא פשרה בין הדיוק ובין זמן ההתרעה. ככל שהרשת הסייסמית תאסוף יותר נתונים על רעידת אדמה ספציפית, כך התחזית תהיה מדויקת יותר – אך הזמן עד הרעידה ההרסנית יתקצר. כמה מן המשתמשים עשויים להעדיף זמן התרעה ארוך מצמצום התרעות שווא והחמצות. לדוגמה, בתי ספר יהיו מעוניינים בהתרעה מוקדמת ככל האפשר כדי שהילדים יספיקו לתפוס מחסה. התרעות שווא מעטות בכל שנה יספקו את התרגול הנחוץ כדי שכל אחד ידע מה לעשות בשעת חירום. לעומת זאת, תחנות כוח גרעיניות זקוקות לשנייה אחת בלבד כדי לכבות את הכור, אך זאת פעולה יקרה מאוד, ולכן המפעילים יעדיפו להמתין לידיעה ודאית על רעידת אדמה חזקה.
אזעקות קרובות ורחוקות
מערכות ציבוריות להתרעה על רעידות אדמה פועלות, בצורה כזאת או אחרת, כבר עשרות שנים. בשנות ה-60 של המאה הקודמת שילבו מהנדסים יפנים סייסמומטרים במסילות הרכבת המהירה "שינקנסן". רעידות יוצאות דופן יפעילו אזעקה, שתעניק לצוות המסילה הזדמנות להאט את הנסיעה. בשנים שחלפו מאז תכננו מדענים מערכות שמשתמשות בסייסמומטרים מרוחקים אלו מאלו להעברת התרעות על רעידות חזקות במיוחד. הרשת המקסיקנית מיועדת לאיתור רעידות באזור קו החוף ולשידור ההתרעות למקסיקו סיטי, מטרופולין שבתיה ישנים ושמתגוררים בה יותר מ-20 מיליון איש. העיר בנויה על קרקעית חולית של אגם יבש, שמגבירה את הגלים הסייסמיים. די במרחק בין החוף לעיר כדי לספק התרעה מוקדמת של יותר מדקה.
המערכת של מקסיקו החלה לפעול ב-1993. כעבור שנתיים היא עמדה לפני המבחן הרציני הראשון שלה: ב-9 באוקטובר 1995 אירעה רעידת אדמה בעוצמה של 8.0 באזור חוף מנזנילו. המערכת זיהתה את הרטט ושידרה אזהרה באמצעות תחנות הטלוויזיה והרדיו של מקסיקו סיטי וכן באמצעות מערכת אזעקה ייעודית ברדיו. בזכות האזהרה הצליחו הרשויות לעצור את מערכת הרכבת התחתית 50 שניות לפני שהרעש הגיע לאזור, ובתי הספר פונו כמתוכנן.
המערכת היפנית, שהייתה למבצעית ב-2007, עושה שימוש נרחב במוצרי טכנולוגיה אישיים. ההתרעות מגיעות לא רק לטלוויזיה ולרדיו, אלא גם למקלטים מיוחדים בבתים, במשרדים ובבתי הספר. חלונות קופצים במחשב מציגים מפה שמראה בזמן אמת את מוקד הרעש ואת הגלים הסייסמיים המתפשטים. שעון עצר מציג את הזמן שנשאר עד הפגיעה באזור שבו הוא מותקן ומדגיש את העוצמה הצפויה שלה. ספקי תקשורת סלולרית משדרים אזהרה דמוית מסרון לכל הטלפונים בתוספת צליל אזעקה אופייני. מתקנים חיוניים, כגון תחנות כוח גרעיניות, רכבות, שדות תעופה ומפעלים לייצור חומרים מסוכנים, משתמשים במערכות תקשורת ייעודיות שנתפרו לצורכיהם.
הניסיון היפני מראה שמערכות להתרעה על רעידות אדמה לא רק מסייעות להציל חיים, אלא גם תורמות לכלכלה. שתי רעידות אדמה שהתרחשו ב-2003 ליד סנדאי שביפן גרמו למפעל המוליכים למחצה OKI הפסד של יותר מ-15 מיליוני דולרים בשל שרפות, נזק לציוד ואבדן תפוקה. בעקבות הרעידות האלה היה צורך לסגור את המפעל למשך 17 ו-13 ימים, בהתאמה. החברה השקיעה 600 אלף דולר בהתאמת המפעל ובהתקנת מערכת התרעה, ובשתי רעידות אדמה דומות שאירעו אחרי כן הסתכם הנזק ב-200 אלף דולר ובהשבתה של המפעל למשך ארבעה וחצי ושלושה וחצי ימים בלבד.
הקללה של קליפורניה
גם קליפורניה היא ארץ של רעידות אדמה. אוניברסיטאות וסוכנויות מדינתיות ופדרליות איחדו כוחות ב-2006 כדי לפתח את מערכת ההתרעה ShakeAlert. כרגע פועל אבטיפוס של המערכת, המקשר כ-400 תחנות סייסמיות ובקרוב יתחיל לשלוח התרעות מבחן לקבוצה קטנה של משתמשים. המערכת הסופית תספק לא רק התרעות מידיות מתחנות מעטות עבור אזורים הקרובים למוקד, אלא גם התרעות רחבות מבוססות רשת למקומות מרוחקים יותר. אם הכול יתנהל כשורה, ההתרעות יגיעו בתוך חמש שניות מהגעת גל P הראשון.
עם זאת קליפורניה צריכה לעבור עוד דרך ארוכה לפני שתהיה מכוסה ברשת מקיפה כמו זו של יפן. 400 התחנות הסייסמיות הקיימות מרוכזות בשטחי מפרץ סן פרנסיסקו ובאזורי המטרופולין של לוס אנג'לס ואינן מכסות אזורים אחרים [ראו מסגרת בעמוד 61]. אמנם רוב תושבי קליפורניה גרים בסביבת שני האזורים האלה, אך הפערים בין התחנות מאטים את המערכת ומפחיתים את דיוקה, מכיוון שזיהוי גלי P בנקודות מרובות דורש זמן רב יותר. ביפן פרושים על פני הארץ כולה מכשירי מדידה במרחק של 24 קילומטרים זה מזה. רווחים בשיעורים כאלה בקליפורניה יביאו לידי ביצועי מערכת מיטביים – פחות התרעות שווא והחמצות וזמן התרעה ארוך יותר.
התרעות אלה ינצלו, בדומה לנעשה ביפן, את הגאדג'טים המחוברים לרשת שרוב האנשים נושאים עמם בכל יום. הן יופיעו בטלפונים סלולריים ויכללו מדדים לעוצמת הרעידה הצפויה, ספירה לאחור עד הגעתה, ואולי אף הוראה פשוטה כגון "התחבא מתחת לשולחן" או "עבור למרחב בטוח". ארגונים גדולים יותר בעלי תשתיות המשתרעות על פני אזור רחב ירצו, בוודאי, מידע מפורט יותר, כגון מפה שמציגה בזמן אמת את התקדמות הגל ואת התפלגות תנודות האדמה באזור הנתון להשפעתו.
בהתחשב בסכנות הפוטנציאליות של רעידת אדמה גדולה, מערכת כזאת תדרוש השקעה צנועה בלבד: מאה תחנות סייסמיות חדשות ושדרוג התשתית הקיימת בעלות כוללת של 80 מיליוני דולרים. המערכת תוכל להיות פעילה בתוך חמש שנים, ובעוד שש שנים תושבי קליפורניה יוכלו לשמוח על כך מאוד.
______________________________________________________________________________________
בקיצור
רשתות להתרעה מוקדמת מפני רעידת אדמה מזהות את השלבים המוקדמים ביותר של הרעידה ומפעילות אזעקה כדי להזהיר אנשים מפני הסכנה ולתת להם עשרות שניות להתכונן.
רוב המערכות מסתמכות על העובדה שרעידת אדמה מורכבת משני חלקים: רעד מהיר ופתאומי ואחריו גל אטי יותר שאחראי לרוב המכריע של הנזקים.
רשת של סייסמומטרים מסוגלת לאתר במהירות את מוקד הרעש, לשפר את חיזוי עוצמתו ולהפחית את מספר אזעקות השווא.
רשתות כאלה כבר פועלות בכמה ארצות ברחבי העולם. מערכת עתידית בקליפורניה תוכל להגן על בני אדם ועסקים בכל רחבי המדינה.
על המחבר
ריצ'רד אלן (Allen) הוא פרופסור לגאופיזיקה וממנהלי המעבדה הסייסמולוגית באוניברסיטת קליפורניה בברקלי. בימים אלה הוא בוחן אבטיפוס למערכת התרעה מוקדמת מפני רעידות אדמה, שתוכל להתרחב ולכסות את כל שטח קליפורניה.
נקודת מבט גלובלית
התרעות ברחבי העולם
נכון להיום מוצבות ברחבי העולם חמש מערכות להתרעה מוקדמת על רעידות אדמה, וכל אחת מהן מותאמת לטופוגרפיה הייחודית של המדינה שבה היא ממוקמת. במקסיקו מזהים חיישנים על חוף האוקיינוס השקט רעידות שמתחילות באזור ההפחתה המצוי בעומק הים, והם מפעילים התרעות במקסיקו סיטי – מטרופולין עצומה בת 20 מיליוני איש, שבנויה על משקעים מגבירי רעידות. מערכת דומה ברומניה מיועדת לספק התרעות מוקדמות לבירה בוקרשט על רעידות שמתחילות בדרום-מזרח הרי הקרפטים, כ-150 קילומטרים מן העיר. יפן, לעומת זאת, נמצאת כולה בסיכון. לאחר רעידת האדמה בעיר קובה, שאירעה בשנת 1995 והרגה יותר מ-6,000 איש, התקינה המדינה יותר מ-2,000 תחנות סייסמיות הפרושות בכל המדינה. זוהי מערכת ההתרעה המתקדמת ביותר כיום על פני כדור הארץ.
ועוד בנושא
New Methods and Applications of Earthquake Early Warning. Edited by R. M. Allen, O. Kamigaichi and P. Gasparini. Geophysical Research Letters, Vol. 36, No. 5; 2009.
Earthquake Early Warning. Edited by Richard M. Allen, Paolo Gasparini and Osamu Kamigaichi. Seismological Research Letters, Vol. 80, No. 5; September/October 2009.
The Status of Earthquake Early Warning around the World: An Introductory Overview. Richard M. Allen et al. in Seismological Research Letters, Vol. 80, No. 5, pages 682-693; September/October 2009.
המערכת הסייסמית המשולבת של קליפורניה: www.cisn.org
