Μοντέλα υπολογιστών βοηθούν στην πρόβλεψη από τον κίνδυνο τσουνάμι
Ένα τεράστιο τσουνάμι χτυπά τις παράκτιες περιοχές της Iwanuma, Νομός Miyagi, βορειοανατολική Ιαπωνία, 11 Μαρτίου 2011. REUTERS/KYODO.
Υπολογιστικά μοντέλα θα βοηθήσουν τους επιστήμονες του Στάνφορντ να προβλέπουν τον κίνδυνο τσουνάμι. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν πολύπλοκα υπολογιστικά μοντέλα για να λύσουν το γρίφο του καταστροφικού τσουνάμι που έπληξε την Ιαπωνία στις αρχές του τρέχοντος έτους και σύμφωνα με την πρόσφατη έρευνα τους οι προβλέψεις για μελλοντικά τσουνάμι μπορεί να είναι δυνατή.
Όταν το Μάρτιο ένας σεισμός μεγέθους 9.0R, χτύπησε ανοικτά των ακτών της Ιαπωνίας, αυτό προκάλεσε ένα τσουνάμι που σκότωσε περισσότερους από 20.000ανθρώπους και κατέστρεψε ολόκληρες πόλεις. Ήταν ο μεγαλύτερος σεισμός που έχει καταγραφεί ποτέ στην Ιαπωνία, και το μέγεθος της καταστροφής εξέπληξε ακόμη και τους γεωφυσικούς που ειδικεύονται στην σεισμολογία.
"Σε αυτό το σεισμό ήταν πραγματικά έκπληξη το γεγονός ότι παρουσιάστηκε μία τόσο μεγάλη ανύψωση του θαλάσσιου πυθμένα και ένα τόσο μεγάλο τσουνάμι ", δήλωσε ο Eric Dunham, βοηθός καθηγητής γεωφυσικής.
"Πριν από αυτό το σεισμό, είχαμε λεπτομερείς μετρήσεις, και πιστεύαμε ότι το ανώτερο τμήμα του ρήγματος δεν θα γλιστρούσε και θα έδινε έναν από αυτούς τους μεγάλους σεισμούς.
"Τα ακραία ποσά ολίσθησης στο πάνω μέρος του ρήγματος προκάλεσαν μία μεγάλη ανύψωση στο βυθό, και στη συνέχεια σηκώθηκε η στήλη του νερού που δημιούργησε αυτό το μεγάλο τσουνάμι."
Οι μετρήσεις από την σεισμική ζώνη έδειξαν ότι το ρήγμα γλίστρησε περίπου 20 μέτρα, και ο θαλάσσιος πυθμένας ανυψώθηκε περίπου 7 μέτρα.
"Η οριζόντια μετατόπιση, ανύψωσε το θαλάσσιο πυθμένα σε ύψος που αναλογεί σε ένα διώροφο κτίριο", δήλωσε ο Jeremy Kozdon, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής ο οποίος έχει συνεργαστεί με τον Dunham για τη δημιουργία υπολογιστικών μοντέλων με βασικό στόχο να εντοπίσουν την αιτία του καταστροφικού τσουνάμι.
"Ήταν αναμενόμενο ότι θα υπάρξουν μεγάλοι σεισμοί στην περιοχή αυτή, αλλά δεν ήταν αναμενόμενο ότι θα υπάρξει ένα μέγεθος 9.0R. Και δεν ήταν αναμενόμενο ότι θα υπήρχε ένα μεγάλο τσουνάμι, ή τουλάχιστον ένα τσουνάμι αυτού του μεγέθους . "
Η υποθαλάσσια σεισμική μεγα-επώθηση συνέβη στα ανοικτά της βορειοανατολικής ακτής της Ιαπωνίας, σε μια περιοχή γνωστή ως ζώνη καταβύθισης, όπου η πλάκα του Ειρηνικού βυθίζεται κάτω από τα ιαπωνικά νησιά. Τα υπολογιστικά μοντέλα δείχνουν ότι η μεγάλη ανύψωση του βυθού προκάλεσε το τσουνάμι όταν σεισμικά κύματα από το αρχικό σεισμό αναπήδησαν από το θαλάσσιο πυθμένα και το γεγονός αυτό προκάλεσε να γλιστρήσει περισσότερο από ότι αναμενόταν.
"Τα μοντέλα μας δείχνουν ότι η ρήξη διαδόθηκε μέχρι το ρήγμα και τα κύματα από το θαλάσσιο πυθμένα επέστρεψαν κάτω από το ρήγμα",δήλωσε ο Dunham."Χρησιμεύουν να κατανοήσουμε πως το ρήγμα , απελευθέρωσε την πίεση που επενέργησε πάνω σε αυτό και το άφησε να γλιστρήσει."
Οι μετρήσεις έγιναν σε υπολογιστές υψηλών επιδόσεων τόσο στο Στάνφορντ όσο και στο Τέξας. "Για να σας δώσω μια αίσθηση της υπολογιστικής κλίμακας από αυτά τα προβλήματα, χρειάζονται περίπου 30 έως 60 ώρες σε χιλιάδες επεξεργαστές", δήλωσε ο Kozdon.
"Αν επρόκειτο να τρέξει αυτό σε ένα μοναδικό μηχάνημα, θα χρειαστούν περίπου οκτώ χρόνια για να κάνουμε αυτές τις προσομοιώσεις, ενώ μπορούμε να τα κάνουμε σε μια ημέρα ή δύο."
Οι Dunham και Kozdon έγραψαν έναν ειδικό ηλεκτρονικό κώδικα, ο οποίος επιτρέπει στα μοντέλα τους να ενσωματώνουν την αλλαγή ταχύτητας των σεισμικών κυμάτων που ταξιδεύουν μέσα από διαφορετικούς τύπους πετρωμάτων.
"Μια από τις μοναδικές δυνατότητες της ερευνητικής ομάδας μας είναι ότι ο δικός μας κώδικας που έχουμε δημιουργήσει - και η μέθοδος που έχουμε αναπτύξει - είναι σε θέση να χειρίζονται αυτές τις πραγματικά πολύπλοκες γεωμετρίες», δήλωσε ο Kozdon.
"Τα κύματα διαδίδονται σε αυτά τα διαφορετικά είδη πετρωμάτων και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους, και πραγματικά δημιουργούν σύνθετα κυματικά πεδία."
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι αυτά τα υπολογιστικά μοντέλα θα μας βοηθήσουν να προβλέψουμε το μέλλον και που τα τσουνάμι μπορεί να συμβούν.
"Αυτό που διαπιστώσαμε στις προσομοιώσεις μας, σε ορισμένες περιπτώσεις, ότι η ρήξη στην πραγματικότητα θα σταματήσει σύντομα από τον πυθμένα της θάλασσας και ότι θα οδηγήσει σε ένα μικρότερο τσουνάμι.
"Σε άλλες περιπτώσεις είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε τις συνθήκες όπου η ρήξη μπορεί να διαδοθεί σε όλη τη διαδρομή μέχρι το βυθό, να προκαλέσει μια μεγάλη ανύψωση στον βυθό και να προκαλέσει ένα μεγάλο τσουνάμι."
Αρκετές περιοχές με κίνδυνο τσουνάμι βρίσκονται στις Ηνωμένες Πολιτείες, συμπεριλαμβανομένων της ζώνης καταβύθισης Cascadia ανοικτά των ακτών της πολιτείας της Ουάσινγκτον. Ο Kozdon είπε ότι προσομοιώσεις σε υπολογιστές, όπως αυτή που εκτελείται για τον σεισμό Tohoku-Oki της Ιαπωνίας θα μπορούσε να βοηθήσει στην αξιολόγηση του κινδύνου τσουνάμι που συνδέεται με αυτά τα κακά.
"Πρέπει να είμαστε σε θέση να κάνουμε προσομοιώσεις που είναι σε θέση να υπολογίσουν τους κινδύνους που συνδέονται με αυτούς τους σεισμούς", δήλωσε ο Kozdon. "Μπορούμε να αρχίσουμε να μελετάμε τους πολύπλοκους σεισμούς στις πραγματικά επικίνδυνες περιοχές της Γης."
Γεωδίφης με πληροφορίες από το Πανεπιστήμιο του Stanford