Små skalv kan avslöja stora jordbävningar

Det här är en artikel från 2012.

Bara de senaste åren har hundratusentals människor förlorat livet i stora skalv i Japan, Haiti, Kina och Pakistan. Hade de kunnat varnas och rädda sig i tid?

Svaret från forskarvärlden brukar vara ett bestämt nej. Trots forskning för många miljarder kronor världen över, tycks jordbävningar vara en naturkatastrof vars plötsliga och förödande konsekvenser vi måste fortsätta överrumplas av.

Enligt flera tongivande seismologer är prediction (förutsägelse) ett ord man över huvud taget inte bör använda när man talar om jordbävningsforskning, om man vill framstå som seriös. Särskilt under 1990-talet hävdade många att det av princip är omöjligt att förutsäga jordbävningar. Vi vet ganska väl var de kan ske. Men när och i vilken omfattning styrs däremot, hävdar många fortfarande, av tillfälligheter.

Därför är det kontroversiellt när den isländske seismologen Ragnar Stefánsson, professor emeritus vid universitetet i Akureyri, ger ut en bok med titeln: Advances in earthquake prediction – research and risk mitigation. Boken är en sammanfattning av erfarenheterna från fyra stora multinationella forskningsprojekt, som han koordinerade under åren 1988–2006, med Island som försöksområde.

Ragnar Stefánsson, och de av hans kolleger som var inblandade i projekten, bland dem flera svenskar, hävdar att det inte alls är omöjligt att förutsäga jordbävningar. Åtminstone inte vetenskapligt. Däremot är det omöjligt av andra orsaker – politiska och sociologiska.

– Politiker i drabbade områden gillar idén att förutsägelser inte är möjliga, för då behöver de inte ta något ansvar, säger Ragnar Stefánsson.

Även markexploatörer och fastighetsägare har samma intresse, eftersom motsatsen skulle kunna få värdet på marken och bostäderna att rasa.

– För att kunna förutsäga jordbävningar och utfärda användbara varningar måste vi övervaka jordskorpan kontinuerligt och analysera mätningarna noggrant i de områden där vi väntar stora skalv. Det är både dyrt och arbetskrävande. Men visst är det möjligt, säger han.

Under seismologins drygt hundraåriga historia har dess betydligt yngre gren som ägnar sig åt att försöka förutsäga jordbävningar haft sina toppar och dalar. Ett lyckat ingripande gjordes på morgonen den 4 februari 1975, då invånarna i den nordkinesiska staden Haicheng evakuerades. Beslutet föregicks av observationer av flera slag: förändringar i magnetiska fält och grundvattnets kemiska sammansättning, tama och vilda djur som betedde sig konstigt, en höjning av marknivån och flera småskalv. Halv åtta på kvällen samma dag skakades staden av ett skalv som mätte 7,3 på Richterskalan. Nästan alla hus i stadskärnan kollapsade och 2 000 människor miste livet. Men uppskattningsvis 100 000 hade räddats tack vare evakueringen.

Händelsen väckte stora förhoppningar om möjligheterna att förutsäga och varna för förödande skalv. Men redan nästa år drabbades den tätbefolkade industristaden Tangshan, 400 kilometer sydväst om Haicheng, av ett ännu kraftigare skalv. Hypocentrum, det vill säga jordbävningens medelpunkt, låg nästan rakt under staden, och närmare en kvarts miljon människor dog.

Varför hade kineserna lyckats i Haicheng, men inte i Tangshan? En del skyllde på politiska och administrativa problem. Andra hävdade att förutsägelsen i Haicheng bara varit en lyckoträff.

Inga fler framgångsrika jordbävningsvarningar har rapporterats från Kina sedan dess, och så sent som 2008 miste runt 70 000 människor livet i en stor jordbävning i Sichuanprovinsen.

Förutsägelser kan också misslyckas åt motsatt håll. Den mest kända, som ytterligare bidrog till att försvaga forskningen om förutsägelser, var det så kallade Parkfieldexperimentet. Då hade amerikanska forskare slagit fast att staden Parkfield, som ligger i den stora San Andreas-förkastningen i Kalifornien, med 95 procents säkerhet skulle drabbas av en jordbävning med magnituden 6 någon gång mellan åren 1983 och 1993. Men ingen jordbävning kom. Inte förrän i september 2004, vilket statistiskt sett var mycket osannolikt. Dessutom uteblev de förelöpare som man förväntat sig.

– Att kunna förutsäga jordbävningar har visat sig vara mycket svårare än vi tidigare trodde, säger professor Hideki Shimamura. Han är veteran på området med sin drygt trettioåriga erfarenhet av att leda forskningen om jordbävningsprognoser vid japanska universitet.

Japan startade sitt nationella forskningsprogram om förutsägelser av jordbävningar redan 1965 och är det land som har satsat mest på sådan forskning. Öriket ligger i ett område där fyra tektoniska plattor möts, och en tiondel av alla världens jordbävningar sker just där.

– Vårt största misstag har varit att bara försöka hitta förelöpare, det vill säga tecken som förebådar ett skalv, säger Hideki Shimamura. I stället borde vi studera vad som händer när en jordbävning förbereds, mognar och slutligen inträffar. De processerna är fortfarande inte klarlagda. Alla ansträngningar att hitta förelöpare har varit förgäves, eftersom de allra flesta av dem har visat sig vara varken konsekventa eller kvantitativa. De sker alltså inte inför alla, eller ens de flesta, jordbävningar, och står inte i proportion till jordbävningens storlek.

Det finns inga tillförlitliga förelöpare. Den slutsatsen kom japanska seismologer fram till redan efter den förödande jordbävningen i Kobe 1995, och den bekräftades särskilt efter den stora jordbävningen i mars förra året.

I hundratals år, långt innan den första seismografen konstruerades i Japan 1880 av britten John Milne, har människor lagt märke till underligheter i samband med jordbävningar: ljud, ljusfenomen, förändringar i grundvattnet, djur som beter sig märkligt, och till och med säregna drömmar.

Inte bara forskare, utan även många andra människor, har känt sig lockade att försöka förutsäga jordbävningar. En hel del har använt mystiska metoder och haft profetiska ambitioner, och detta har spätt på misstron mot prognoserna.

– Problemet inom prognosforskningen har varit att den bara har intresserat sig för mönster och statistik, säger Ragnar Stefánsson. Men alla jordbävningar är olika, och skeenden som föregår dem är också olika.

– När vi drog i gång projektet på Island i mitten av 1980-talet tog vi till oss av den berättigade kritik som finns, och bestämde oss för att närma oss problemet på ett annat sätt än man brukar. Vi ville försöka förstå de fysikaliska processerna som föregår de stora skalven, och vi ville göra det genom att studera mikroskalv.

Mikroskalv är skalv som är så små att en människa inte känner av dem. De sker flera gånger om dagen över hela jorden – även i Sverige.

– Förr trodde man inte att riktigt små skalv kunde vara till någon nytta för forskningen, att jordskalv med en magnitud under 3 eller 4 inte säger någonting, säger Ragnar Stefánsson.

– Men på Island registrerade och analyserade vi skalv ner mot magnitud 0 och därunder. Då talar vi om sprickor som är bara något hundratal meter långa och som rör sig hundradelar av en millimeter. Så har vi kunnat visa att de små skalven är viktiga för att förstå vad som händer. Jordskalv händer plötsligt. Men de byggs upp väldigt långsamt.

Jordskorpan som spricker under Island är bara 10 kilometer tjock. Skalvens hypocentrum ligger därför relativt nära ytan, och man kan komma nära med instrumenten. Det gör landet till ett bra försöksområde – som ett mellanting mellan ett laboratorium och de stora jordbävningsregionerna i världen, där hypocentrum ibland ligger flera mil under jordytan och dessutom ofta under havsbottnen.

År 1990 placerades åtta seismiska mätstationer i ett datoriserat nätverk ut på södra Islands lågland och anslöts till det fasta telefonnätet. I dag finns 60 seismometrar över hela landet, och signalerna skickas digitalt över mobilnätet. Sensorerna är enkelt byggda, men så känsliga att de ger utslag om en häst går förbi.

Från början var skalvprognosforskningen på Island ett nordiskt projekt, finansierat av nordiska forskningsfonder och Nordiska ministerrådet. Så småningom växte det till ett europeiskt samarbete. Reynir Bödvarsson vid Uppsala universitet, som nu förestår Svenska nationella seismiska nätet, och Ragnar Slunga, vid dåvarande Försvarets forskningsanstalt, FOA, var nyckelpersoner i projektet.

Ragnar Slunga hade som laborator vid FOA redan lång erfarenhet av mikroskalvsanalyser från sina undersökningar av skalvsäkerheten hos svenska kärnkraftverk.

– Jag har en bakgrund inom fysik och analyserade jordskalv som vilken fysikalisk företeelse som helst, berättar han.

– Att som i den traditionella seismologin se jordskalvsvarningar bara som ett statistiskt problem, som man kan lösa med statistiska metoder, är lika fruktlöst som om meteorologer bara skulle använda statistik för sina prognoser.

Men som bekant gör meteorologer också regelbundna mätningar, av till exempel lufttryck, och tillämpar fysikens lagar.

– Motsvarigheten till lufttryck i jordskalvsforskning är bergets spänningar, det vill säga tryckkrafter och skjuvkrafter i berget. Det är de som bestämmer vad som kan hända och hur stora jordskalven kan bli, säger Ragnar Slunga.

Ett paradoxalt problem för jordskalvsforskare är att stora skalv inträffar så sällan. Det gör det också svårt för dem som försöker göra prognoser att testa om deras metoder är framgångsrika.

Men för varje skalv med magnituden 6 sker 60 000 småskalv med lägre magnitud. Det ger forskarna ett enormt material att arbeta med.

– Ju mindre skalven är desto mer värdefulla är de för spänningsbilden, för de får mindre sprickor att röra sig och det ger en bättre täckning, förklarar Ragnar Slunga.

– Genom att analysera sprickplanets orientering och skjuvriktningen för vart enda litet skalv, kan man följa hur spänningarna i berget förändras. Det är förbluffande hur väl vi i spänningarna kan se vad som kommer att hända. Men vid närmare eftertanke är det inte så konstigt, för det finns ingen rörelsefrihet nere i berget. Det måste till stora krafter för att det ska röra på sig.

Under år 2000 – när forskningsprojektet på Island hade kommit halvvägs – inträffade två skalv med magnituden 6,6 i försöksområdet, med bara fyra dagars mellanrum. Tio år tidigare hade forskarna identifierat de båda förkastningsplanen och gjort en prognos om att en jordbävning skulle inträffa någon gång längre fram i tiden. Men de lyckades inte förutsäga det första skalvet mer precist än så, innan det faktiskt skedde. Däremot kunde de varna för det andra skalvet 25 timmar i förväg.

– I efterhand, när vi analyserade åtta års mätdata, kunde vi se att det fanns ett ”låst” område, med mycket höga spänningar i berget, strax väster om det första skalvet, säger Ragnar Slunga. Under de tre sista månaderna före skalvet ökade instabiliteten där väldigt snabbt, och under det sista dygnet kom fyra småskalv. Med sådan information kommer inte det stora skalvet överraskande.

– Visst kan man varna för stora skalv på Island, säger Ragnar Stefánsson. Men det fordrar att vi kontinuerligt övervakar och analyserar hur spänningar ändras och sprickor sprids vidare i jordskorpan.

– Spänningsberäkningar är inte den enda metoden, fortsätter han. För att få ett gott resultat behöver man många oavhängiga observationer som kan beskriva processerna nere i jorden, och till det krävs utökad övervakning jämfört med vad vi har i dag.

Ett resultat av forskningen på Island är den så kallade fluid-strain-modellen (vätsketryck-skjuvningsmodellen). Den förklarar hur vätska under högt tryck strömmar upp mot ytan. Den korroderar och försvagar gamla förkastningsplan och väcker dem till nytt liv. Detta sker vid skjuvning av berget i gränserna mellan plattorna.

Men hur användbara är då resultaten från Island för att förutsäga skalv i andra delar av världen?

– Indiska seismologer har visat stort intresse och ett samarbetsprogram är i startgroparna. Vi ska pröva att överföra erfarenheter och kunskaper från testområdet på Island till Himalaya, där jordskalv med magnituden 8 ofta förekommer, säger Ragnar Stefánsson.

I princip borde det kunna gå, svårigheten är att kunna mäta de små underjordiska skalven, menar Ragnar Slunga.

– Även om alla jordbävningar ser olika ut, så är fysiken bakom dem densamma, och att analysera bergets spänningar är en generell metod. Men när hypocentrum ligger mycket djupt, åtskilliga mil ner i jordskorpan, är det svårt att komma åt mikroskalven.

Den stora jordbävningen utanför Sendai i Japan 2011 orsakades av att Stillahavsplattan krockade med den nordamerikanska plattan och rörde sig ner under den. I skarven bildades en djuphavsgrav. Men att placera instrument på havets botten är både dyrt och svårt.

Det enda varningssystem som finns i Japan i dag, kallat the earthquake early warning system, bygger på registrering av en jordbävnings så kallade primärvågor, som rör sig snabbare än de förödande sekundärvågorna. För någon långt från epicentrum ger varningssystemet några sekunder till godo att hinna stanna bilen eller kasta sig under ett bord. Men för dem nära epicentrum är systemet inte till någon hjälp alls, eftersom varningen inte hinner fram innan marken rämnar.

Pessimismen inför möjligheterna att utfärda användbara jordbävningsvarningar ökar för varje oförutsedd katastrof. Samtidigt står seismologer inför rätta i Italien för att inte ha varnat befolkningen inför skalvet i L’Aquila 2009, som dödade över 300 personer.

– Visst borde de ha mätt mer, men det är väldigt lätt att säga i efterhand. Det är helt fel att åtala seismologerna för dråp, och jag har självfallet skrivit under petitionen till stöd för dem. Men det betyder inte att jag inte tror att det går att förutsäga jordskalv, säger Ragnar Stefánsson.

Återigen påminner han om att det finns många som har intresse av att prognoser inte ska vara möjliga att göra, vilket hindrar eller åtminstone försenar alla framsteg.

– Den värsta och skadligaste av alla förutsägelser, är att påstå att det aldrig kommer att gå att förutsäga jordbävningar, säger han.