Dự báo động đất và sóng thần

Dự báo động đất và sóng thần là mục tiêu của nhiều nghiên cứu khoa học hiện nay vì các trận động đất xảy ra gần đây có cường độ lớn, số thiệt hại về nhân mạng và tài sản rất cao, một phần vì mật độ dân số ở các vùng hay xảy ra động đất đã tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, khoa học trên thế giới vẫn chưa đạt đến trình độ có thể dự báo động đất và sóng thần một cách chính xác.

Khó dự báo động đất và sóng thần
Động đất là kết quả của một loạt quá trình phức tạp cho nên dù có những lý thuyết hoàn chỉnh, hiện nay người ta cũng khó lòng đạt đến khả năng dự báo ngắn hạn chính xác, mà chỉ có thể tính xác suất của các trận động đất tại một vùng nhạy cảm nào đó. Từ các tính toán dựa trên lịch sử địa chấn vùng Vịnh San Francisco, các nhà khoa học của Cục Khảo sát Địa Chất Hoa Kỳ (USGS) đã dự đoán là trước năm 2032, xác suất xảy ra một trận động đất lớn cường độ trên 7 độ Richter tại vùng này sẽ là 62%. Người dân ở đây vẫn đang thấp thỏm chờ đợi trận động đất lớn ấy (The Big One). 

Nếu có một đoạn phay đứt gãy nào đó của vỏ trái đất được biết là đã có một trận động đất lớn thì thời gian xuất hiện trở lại và cường độ của trận động đất tiếp theo có thể tính dựa trên kích thước của phay đứt gãy, sự phân tích lịch sử địa chấn của nó và sự tích luỹ lực căng trong đất. Tuy nhiên, ở những nơi có lịch sử động đất lâu dài  thì tần suất của các trận động đất cũng khá thất thường. Nhiều trận động đất lớn đã xảy ra ở những nơi không có lịch sử động đất rõ rệt, hoặc nếu có thì cũng ở quá xa trong lịch sử. Trận động đất cường độ 9,3 độ Richter ngoài khơi đảo Sumatra (Indonesia) cuối năm 2004 đã xảy ra tại một nơi mảng kiến tạo Ấn Độ chui xuống duới mảng Burma, hay theo cách nói của các nhà địa chất tại một vùng hút chìm dưới đáy biển nhưng đặc biệt là trước đấy tại vùng này chỉ có những trận động đất nhỏ. 

Mỗi khi mặt đất được yên tĩnh trong một giai đoạn dài hơn nhiều so với thời gian tái xuất hiện trung bình thì phải xem đó là một lý do để quan tâm đến nó. Điều này có nghĩa là lực căng mà khối đất phải chịu đựng do các chấn động và các áp lực động học của các mảng kiến tạo đang tích luỹ năng lượng và sự kiện tiếp theo có thể còn khủng khiếp hơn sự kiện trước đấy. Thí dụ như ngày nay, người ta có những dấu hiệu rõ rệt qua các phân tích thống kê và đánh giá các ứng lực tích luỹ là sẽ có một sự kiện địa chấn lớn xảy ra trong vùng Himalaya, nơi có khoảng 50 triệu dân sống trong đồng bằng sông Ganges. Vùng chịu ảnh hưởng được biết là nơi có mảng kiến tạo Ấn Độ đang chui xuống mảng Á-Âu với tốc độ 2 cm mỗi năm. Theo dự đoán của Feldl và Bilham (Nature 444, 2006) khi có một sự kiện xảy ra ở đây thì sẽ có một khoảng trượt dài hơn 20 mét tạo ra một trận động đất có chấn cấp tối thiểu là 9 độ Richter. Như vậy thì với tốc độ dịch chuyển như trên, phải cần 1000 năm mới có một trận động đất M9 tái xuất hiện ở đây, nhưng vì có nhiều yếu tố khác tác động nên các tác giả đã giới hạn thời gian xuất hiện trở lại của trận động đất lớn là 500 năm.

Sóng thần do những trận động đất lớn dưới đại dương gây ra cho nên dự báo sóng thần cũng khó như dự báo động đất. Những trận động đất dưới đại dương, đặc biệt là tại các đới hút chìm dưới Thái Bình Dương là nguyên nhân của đến 85% các đợt sóng thần trên thế giới. Theo giáo sư Robert McCaffrey thuộc trường đại học Rensselaer ở Mỹ (Science 315, 2007) thì nếu có sự dứt gãy trên một đoạn hút chìm nào đó dài khoảng 800 km thì sẽ rất có khả năng xảy ra một trận động đất M9 theo sau là một đợt sóng thần khủng khiếp. Đó là trường hợp của trận động đất và sóng thần ngoài khơi bờ biển Đông Bắc Nhật Bản tháng Ba vừa qua. Trận động đất tai hại này có thể xảy ra ở bất kỳ nơi nào trên khoảng 40.000 km hút chìm trên thế giới, ở những nơi không ai ngờ tới. Điều này đã xảy ra tại vùng biển Sumatra ngày 26 tháng 12 năm 2004 và cũng có thể xảy ra ở nhiều vùng khác. Trên bản đồ do McCaffrey cung cấp (hình 1), các đới hút chìm (đường màu xanh) là những nơi xảy ra những trận động đất cường độ M7,5 hay lớn hơn kể từ năm 1900, các vòng tròn không tô đậm là những trận động đất lớn giữa các năm 1700 và 1900 và trên biên giới các mảng kiến tạo địa tầng (đường màu vàng), người ta chỉ ghi được những trận động đất nhỏ. McCaffrey viết, “Những hiểu biết của chúng ta về việc một trận động đất lớn sẽ xảy ra ở đâu và khi nào thì cũng chỉ ở trạng thái sơ khai.” Theo ông, tất cả các đới hút chìm đều nguy hiểm, “tập trung sự chú ý vào một vài vùng mà quên các vùng khác thì có thể là một sự sai lầm.”

                            Nguồn: Robert McCaffrey, Rensselaer Polytechnic Institute, 2007

Các nhà địa chất Việt Nam đang quan tâm nhiều đến một đới hút chìm lớn chạy theo trũng Manila ở bờ Tây Philippin, các số liệu trước đây cho là đới hút chìm này nằm ở phía Đông Philippin. Theo các số liệu vệ tinh của hệ thống định vị toàn cầu (GPS), mảng kiến tạo Đông Dương đang dịch chuyển về phía Đông với tốc độ 3 cm/năm và mảng Philippin dịch chuyển về phía Tây với tốc độ 8 cm/năm, hai mảng đang chuyển dịch với tốc độ tương đối trên 10 cm/năm, một tốc độ rất lớn so với các vùng hút chìm khác. Nếu có một trận động đất lớn (≥M8,5) xảy ra ở đây thì sóng thần cao trên 10 m có thể ập đến bờ biển miền Nam Trung bộ (từ Đà Nẵng đến Ninh Thuận) chỉ sau 2 giờ (Hình 2). Nguy cơ động đất và sóng thần khác cũng có thể tác động đến vùng này có thể có xuất xứ từ đới dứt gãy theo kinh tuyến 109 nằm cách bờ biển Ninh Thuận vài chục km.

               Nguồn: Phan Trọng Trịnh, Viện Địa chất, 2006

Các kỹ thuật mới để nghiên cứu động đất
Nghiên cứu động đất rõ ràng là một lĩnh vực cần đến sự kết hợp của các quan trắc trên mặt đất và từ không gian và người ta cũng cần thăm dò sâu trong lòng đất và theo dõi những diện tích lớn dọc theo 40.000 km đường hút chìm dưới đáy đại dương. Ngày nay người ta đang xây dựng những phương pháp mô hình hoá hiện đại và nhờ các tiến bộ của ngành của ngành máy tính, nhiều kỹ thuật mô phỏng tiên tiến được đem ra ứng dụng. Các thiết bị đo đạc như từ kế, máy đo lực căng, đo độ nghiêng, đo mực nước, đo các giãn nở và co rút của mặt đất cũng được cải tiến rất nhiều. Mạng lưới địa chấn có thể theo dõi những chuyển động chỉ vài milimet của mặt đất trong một năm với độ chính xác cao.

Theo Olsen và Allen (Nature 438, 2005), tần số các sóng địa chấn sơ cấp lan ra từ chấn tiêu với tộc độ từ 4 đến 6 km/s có thể giúp người ta đánh giá cường độ của trận động đất và cảnh báo gấp vì các sóng nén có sức tàn phá lớn chỉ theo sau vài giây đồng hồ! Những kỹ thuật không gian trong hệ thống định vị toàn cầu (GPS) có thể theo dõi chính xác chuyển động của vỏ Trái Đất với độ chính xác vài milimet. Các kỹ thuật quan trắc khác từ không gian như giao thoa rađa, đo trọng lực, đo phát xạ hồng ngoại cũng là những công cụ cần thiết để nghiên cứu và hy vọng dự báo động đất và sóng thần. Người ta đang nghiên cứu hiện tượng phát xạ hồng ngoại đi theo sự biến dạng của vỏ Trái Đất dưới tác động của các ứng suất cao. Vài tuần trước các trận động đất ở Izmit (Thổ Nhĩ Kỳ) năm 1999 và Bhuj (Ấn Độ) năm 2001, các vệ tinh đã ghi được những đỉnh phát xạ hồng ngoại ở các bước sóng khoảng 10 micron. Năm 2001, các nhà khoa học Đài Loan cũng thông báo là từ 1 đến 4 ngày trước trận động đất Chi-Chi M7,7 năm 1999, họ đã đo được những thay đổi lớn trong số lượng electron toàn bộ, các sóng địa chấn phát ra có thể gây nhiễu loạn trên tầng điện ly mà các vệ tinh chuyên dụng như DEMETER (Director for Electromagnetic Emission Transmitted from Earthquake Regions) của Pháp có thể phát hiện, tuy với những tín hiệu quá yếu.

Giảm thiểu các tác hại
Trước sự bất lực của hệ thống dự báo dài hạn cho động đất và sóng thần, người ta chỉ có thể giảm thiểu các tác hại của các thảm hoạ thiên nhiên này bằng cách cải tiến các tiêu chuẩn xây dựng như Mỹ và Nhật đã làm. Trận động đất M7,9 năm 1906 ở miền Trung California đã làm 225.000 người chết. Nhưng với những tiêu chuẩn xây dựng cải tiến, số tử vong ở San Francisco trong trận động đất M7,1 năm 1989 chỉ giới hạn ở mức 64 người. Với những biện pháp bảo vệ và giảm thiểu tác hại tiên tiến nhất, Nhật Bản đã hạn chế số tử vong gây ra do động đất rất nhiều, con số hàng chục nghìn người chết chủ yếu là do sóng thần mang đến. Tuy nhiên, điều người ta không ngờ đến là động đất và sóng thần lại có thể phá huỷ bốn trong sáu lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân Fukushima Dai-ichi. Tổn thất về kinh tế sẽ vô cùng lớn, người ta tính rằng phải ít nhất là sáu năm mới vào được nhà máy điện hạt nhân để dọn dẹp (như ở Three Mile Island, Mỹ) và ba thập kỷ sau mới dỡ bỏ hoàn toàn, chi phí lên đến hàng chục tỷ USD. Người Nhật đã không ngờ đến tác hại này khi xây dựng nhà máy điện hạt nhân ở những vùng có khả năng xảy ra động đất và sóng thần nên phải trả một giá quá đắt.

Trong lịch sử, chỉ có một trận động đất được dự báo thành công, đó là sự kiện địa chấn Hải Thành M7,3 năm 1975 ở Trung Quốc. Trận động đất này gây 2000 tử vong, một con số không lớn lắm so với các sự kiện tương tự khác. Nhiều tháng trước, người ta đã nhận thấy dấu hiệu của những chuyển động dưới mặt đất và mặt đất nâng cao đến mức có thể đo được, động vật trong vùng có những thái độ bất thường và ngày càng nhiều trận động đất nhỏ. Các nhà chức trách ở đây đã cho di tản cả một triệu người dân trong thành phố. Việc cảnh giác này cùng với kiểu xây dựng nhà cửa ở địa phương và thời điểm xảy ra chấn động chính, lúc 7 giờ 36 phút chiều, đã cứu được hàng nghìn sinh mạng.  Đây là một thành công thật sự hay chỉ là một sự trùng hợp ngẫu nhiên? Trận động đất ở Đường Sơn xảy ra chỉ một năm sau lại không được dự báo, gây tử vong cho khoảng 255.000 người. Trước trận động đất M7,6 năm 1976 ở Đường Sơn, người ta cũng có thấy những quả cầu lửa và những chớp nhoáng bí ẩn, nhưng không ai có thể kết nối các hiện tượng ấy với một trận động đất sắp xảy ra.