Liệu có thể dự báo được động đất?

Trận động đất có cường độ lớn vừa qua cùng với thảm kịch sóng thần đi kèm theo đã gây bàng hoàng không chỉ cho nước Nhật, mà còn cho toàn thế giới. Hàng loạt những cơn rung động - mạnh nhất trong số đó lên tới 8,9 độ Richter - đã gây ra những thiệt hại khổng lồ. Một phần đáng kể cơ sở hạ tầng về công nghiệp và giao thông vận tải của đất nước mặt trời mọc đã trở thành đống đổ nát. Tổng số nạn nhân thiệt mạng vẫn ngày một tăng, dù chưa thể đưa ra được con số tương đối chính xác. Sự kiện trên chắc chắn được xếp vào danh sách những thảm họa thiên nhiên lớn nhất trong lịch sử.

Chưa hết, theo Viện Vật lý địa cầu và núi lửa học Italia, vụ động đất đã làm dịch chuyển trục quay của trái đất tới 10cm. Trong năm ngoái, làn sóng các trận động đất đã xảy ra trên khắp địa cầu, cướp đi mạng sống của khoảng 250.000 người tại Haiti, Chile và Trung Quốc. Chỉ tính từ đầu năm nay, thảm kịch này đã tàn phá New Zealand và giờ đây là Nhật Bản. Vấn đề về khả năng dự báo động đất giờ đây lại trở thành một đề tài nóng, bất chấp việc nhân loại từ trước đến nay đều tỏ ra bất lực trong lĩnh vực này...

Không thể dự báo?

Từ lâu nay, mỗi khi nhắc tới khả năng dự báo động đất, các nhà khoa học đều vẫn phải thừa nhận sự bất lực của mình. Liên quan đến đề tài này, các nhà địa - vật lý chỉ có thể xây dựng một danh sách dài những khu vực có nguy cơ động đất cao, còn giới toán học chỉ biết tính toán đến những con số thiệt hại từ thảm họa.

Theo Tiến sĩ Toán Lý Aleksey Liubushin, chuyên gia khoa học hàng đầu của Viện Vật lý địa cầu (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga), bất cứ một tuyên bố nào về khả năng dự báo động đất đều chỉ được đón nhận với thái độ hoài nghi lớn. Quan niệm đã định hình từ lâu nay không phải là không có lý. Trong quá khứ đã từng có nhiều tuyên bố hùng hồn về phương pháp dự báo động đất, nhưng tất cả đều thất bại thảm hại.

Ngay tại Nhật Bản - một quốc gia có trình độ phát triển khoa học kỹ thuật cao, nhiều chuyên gia nghiên cứu địa chấn cũng đã phải "mất mặt". Nói chung, người Nhật đã mất hết niềm tin vào khả năng dự báo động đất. Sau thảm kịch tại Kobe, nước Nhật chỉ tập trung vào bàn bạc về các biện pháp giảm nhẹ hậu quả động đất, ưu tiên nghiên cứu xây dựng những công trình có khả năng chịu động đất cao, cũng như huấn luyện cho người dân những kỹ năng tồn tại và sống sót sau thảm họa. Vấn đề dự đoán động đất đã bị đẩy lui về hàng thứ yếu. Quan điểm trên hiện đã trở nên phổ biến không chỉ tại Nhật, mà còn trên toàn thế giới.

Tuy nhiên, theo như Tiến sĩ Liubushin, ông đã nghiên cứu ra một phương pháp dự đoán động đất của riêng mình. Nhờ phương pháp này, Liubushin đã dự đoán về trận động đất kinh hoàng vừa qua tại Nhật từ... 2,5 năm trước.

Sóng thần tràn vào bờ biển Nhật Bản sau trận động đất kinh hoàng vừa qua.

"Nguyên lý những viên gạch"

Từ quan điểm địa cơ học, bất cứ một vụ động đất mạnh nào đều là sự giải phóng một lượng năng lượng lớn tích lũy trong lòng đất. Năng lượng xuất hiện trên lớp vỏ trái đất là do sự dịch chuyển chậm của các mảng địa tầng. Bất kỳ lúc nào, cũng như ở bất cứ nơi đâu, con người có thể ghi nhận được những rung động không ngừng nghỉ của bề mặt trái đất. Những rung động này - còn gọi là sự run rẩy của trái đất - được gọi là những vi địa chấn.

Cũng chính tiền tố "vi" này đi kèm đã xác định sự khác biệt rõ ràng giữa vi địa chấn và những vụ động đất mạnh. Nguồn gốc năng lượng chính dẫn tới những vi địa chấn trên chính là những đợt sóng trên đại dương và sự chênh lệch áp suất khí quyển. Những yếu tố chính này thường xuyên cung cấp các đợt vi địa chấn liên tục cho lớp vỏ trái đất. Tất nhiên còn phải kể tới một số nguồn năng lượng không liên tục khác như một trận bão mạnh hay một đợt phun trào núi lửa v.v...

Hệ thống quan sát toàn cầu IRIS - bao gồm hơn 150 trạm được phân bố khắp nơi trên thế giới - đảm nhiệm vai trò chính trong việc ghi nhận những "cơn rùng mình" của trái đất. Tại đây, những thiết bị đo địa chấn dải rộng sẽ liên tục đồng bộ đo những cơn vi địa chấn của bề mặt trái đất và truyền dữ liệu tới một trung tâm đặt tại Washington, nơi tất cả được lưu trữ trong những máy chủ mạnh. Bất cứ người dùng Internet nào đều có thể truy cập những dữ liệu này: chỉ cần vào trang web, đăng ký và đặt hàng thông tin trong một khoảng thời gian nhất định từ những trạm đo cần quan tâm. Vấn đề chỉ là người dùng sẽ biết làm gì với những tập tin dữ liệu trên.

Aleksey Liubushin đã nghiên cứu ra một phương pháp đặc biệt để dự đoán động đất từ những tập tin dữ liệu này. Theo ông, điều cảnh báo về một thảm họa động đất thường bắt đầu từ sự đồng bộ hóa những vi tín hiệu nhận được từ các trạm đo địa chấn khác nhau. Trong các điều kiện bình thường, khi mức độ nguy hiểm thấp, tín hiệu cung cấp về từ các trạm đo thường mang tính chất hỗn loạn. Nhưng nếu như tín hiệu từ các trạm lân cận bỗng có tính chất đồng bộ hóa thì đó chính là triệu chứng của một trận động đất sắp xảy ra.

Liubushin đưa ra một ví dụ đơn giản để giải thích cho lý thuyết của mình: "Hãy hình dung một chiếc xe tải chở một số lượng gạch lớn, thường xuyên dịch chuyển va chạm lung tung với nhau. Hình ảnh này cũng tương tự như lớp vỏ trái đất bao gồm nhiều mảng nhỏ khác nhau. Nếu như những viên gạch trên thùng xe hay những mảng vỏ trái đất dịch chuyển hỗn độn va chạm vào nhau, chúng sẽ thường xuyên tạo ra những cơn địa chấn nhỏ.

Theo Aleksey Liubushin, bằng cách thu thập và phân tích thông tin về các tín hiệu vi địa chấn có thể giúp dự đoán được động đất.

Tình trạng tương tự này liên tục xảy ra ngay tại chính nước Nhật. Những rung động từ 0 đến 2 độ Richter vẫn xảy ra đều đặn mỗi ngày, nhưng không ai cảm nhận được chúng. Giờ hãy tưởng tượng khi một số viên gạch bỗng nhiên dịch chuyển đồng bộ với nhau. Trong trường hợp này có thể tích lũy một năng lượng lớn khác thường".

Nếu như quá trình đồng bộ trên có sự tham gia không phải của một, hai mà là hàng trăm mảng có liên quan đến nhau, khối này sẽ tích lũy một năng lượng khổng lồ. Và đến khi khối đồng bộ trên tan rã, năng lượng khổng lồ trên sẽ được giải phóng. Đó cũng là quá trình xảy ra ở lớp vỏ trái đất ngay trước các thảm họa động đất. 

Địa điểm và thời gian?

Câu hỏi chính là làm sao dự đoán được thảm họa này? Chỉ cần theo dõi tình trạng đồng bộ hóa của các tín hiệu: nếu tại một khu vực nào đó trên hành tinh ghi nhận sự giống nhau của chúng thì nơi đó sắp xảy ra thảm họa. Nhưng để nhận thức được thời điểm đang đến gần trên cần phải phân tích thông tin đến từ các trạm đo địa chấn trong một thời gian dài. Sau đó áp dụng một phương pháp sắp xếp giúp xác định độ khác biệt của các dao động ngẫu nhiên cũng như mức độ đồng bộ hóa của chúng. Việc tổng hợp và đánh giá giá trị trung bình của tham số này sẽ giúp xây dựng được một đường biểu đồ có thể dự đoán được một cuộc động đất trong tương lai.

Tiến sĩ Liubushin bắt đầu thu thập và phân tích các dữ liệu tại Nhật Bản từ đầu năm 2008. Tại Nhật, từ năm 1997 đã tồn tại hệ thống theo dõi địa chấn quốc gia F-net liên kết 83 trạm khác nhau. Dữ liệu từ chúng cũng như từ hệ thống IRIS được chuyển tới một trung tâm duy nhất. Thời điểm đầu tiên ghi nhận lý thuyết dự đoán của Liubushin là vào ngày 26/9/2003, khi một trận động đất mạnh 8,3 độ Richter xảy ra không xa khu bờ biển Hokkaido.

Khoảng một năm trước sự kiện này, đường biểu đồ biểu thị độ khác biệt của các dao động tình cờ đã lõm xuống đáng kể. Đường cong kiểu này xuất hiện trước các trận động đất, nhưng sau đó thông thường lại quay trở lại vị trí cũ. Nhưng riêng tại Nhật, đường cong này không quay trở lại, và trong suốt 4,5 năm, giá trị trung bình của nó vẫn thấp, thể hiện mức độ đồng bộ hóa cao. Đó là lý do khiến Liubushin khẳng định vụ động đất tại Hokkaido năm 2003 chỉ là một rung chấn báo trước một thảm họa động đất đáng sợ hơn nhiều.

Đến năm 2008, đường cong biểu đồ trên lại đi lên rất nhanh, giúp Liubushin đưa ra kết luận: Trong giai đoạn 2010-2011 tại Nhật Bản sẽ xảy ra một trận động đất lớn mang tính thảm kịch. Trong năm 2010, Liubushin đã 4 lần đưa ra những cảnh báo như vậy tại các hội nghị chuyên đề quốc tế và của Nga, nhưng tất cả đều không được chú ý đến.

Một cuốn sách của Tiến sĩ Toán Lý Aleksey Liubushin.

Để có thể hiện thực hóa lý thuyết?

Tiến sĩ Liubushin cho biết, thời kỳ gia tăng hoạt động địa chấn toàn cầu đang tới gần. Kết luận trên được đưa ra trên cơ sở các mức độ đồng bộ hóa dữ liệu được ghi nhận trên khắp hành tinh. Tuy nhiên để có thể nhận biết chính xác vùng tâm địa chấn cần phải có dữ liệu tổng quát trên khắp thế giới. Thực trạng hệ thống đo địa chấn hiện nay lại chưa cho phép làm được như vậy. 150 trạm của hệ thống IRIS chỉ đủ để giúp đánh giá tình hình địa chấn tại thời điểm hiện tại.

Trên lý thuyết, điều kiện dự báo lý tưởng phải được diễn ra theo tiến trình sau: Xử lý dữ liệu trên khắp thế giới sẽ giúp các nhà địa chấn học ghi nhận mức độ gia tăng của đồng bộ hóa tín hiệu nói chung. Bước tiếp theo là nghiên cứu dữ liệu từ các mạng cục bộ. Chỉ đến lúc này mới có thể khẳng định được nơi nào ghi nhận tình trạng đồng bộ hóa cao nhất, cũng như nơi nào sắp xảy ra động đất.

Hiện tại, các mạng quan sát địa chấn cục bộ chỉ có tại Nhật, Mỹ, Nam Âu và Kamchatka (Nga). Còn tại các khu vực khác trên thế giới chỉ là những trạm riêng lẻ nằm cách nhau hàng ngàn cây số. Trong khi để có thể dự đoán hiệu quả, các nhà khoa học cần phải tiếp cận nhanh chóng thông tin từ bất kỳ một trạm nào. Khả năng này chỉ có được nếu biết kết hợp lại các hệ thống như IRIS, F-net cùng nhiều trạm theo dõi địa chấn trên khắp thế giới thành một mạng toàn cầu duy nhất