تقریباً هر بار که یک زمین لرزه بزرگ در  نزدیکی یک منطقه مسکونی رخ می دهد سؤالاتی در رسانه ها مطرح می شود که چرا این رویداد پیش بینی نشده است. بحث این است که یک پیش‌بینی موفقیت‌آمیز با اجازه دادن به تخلیه ساختمان‌های خطرناک، پاکسازی مناطق ساحلی مستعد سونامی و آماده‌سازی بیمارستان‌ها و تیم‌های امداد و نجات و آماده‌باش، تلفات جانی، اگر نه لزوماً آسیب اقتصادی ، را کاهش می‌دهد. با این حال اکثر متخصصانی مخاطرات طبیعی استدلال می کنند که کار روی پیش بینی در بهترین حالت اوج موفقیت در علم زلزله شناسی است و در بدترین حالت تأثیرات نامطلوبی بر توانایی ما برای مدیریت سوانح دارد.

اول،  باید روشن کنیم که منظور از پیش بینی چیست.  منظور ما این است که پیش از وقوع زلزله، تخمین درست و نسبتا دقیقی از بزرگا، مکان و زمان وقوع آن انجام شود. برای مفید بودن یک پیش بینی،  زلزله مذبور باید ترجیحا شدید (با بزرگای شش یا بالاتر) باشد و ضمنا باید هر سه مورد را شامل شود.

البته باید  پیش‌بینی‌ای ارائه کنیم که منطقی بوده و در چارچوب استدلال عقلی و منطبق با روشهای شناخته شده علمی باشد. بنابراین پیش‌بینی اینکه زلزله‌ای با بزرگای بین 7.4 تا  7.6 ممکن است در یک مکان خاص بین ساعت 16:00 تا 20:00 در یک روز خاص رخ دهد، خیلی خوب است! و البته  پیش‌بینی این که رویدادی با بزرگای 2.0 تا 7.6 در کل کشور ایران یا منطقه ای از آن یا پهنه بزرگی در داخل و خارج از سرزمین مثلا در تمام ماه مرداد رخ می دهد حتما مفید نیست (و البته مطمئناً درست از آب در خواهد آمد!).

به این مورد توجه کنید : "با توجه به اینکه زمین لرزه شدید (؟) به بزرگی 4.2 در تاریخ 1401/5/2 در منطقه بندر خمیر (هرمزگان)  بر اساس الگوی پیشنهادی (؟) احتمال وقوع زمین لرزه بعدی در بازه زمانی 29 روزه ..{مشخص شده است}و با بررسی داده های لرزه نگاری ..از تاریخ 1397/6/4 تا تاریخ 1401/5/2 تعداد 755 زمین لرزه شدید (؟) ثبت گردیده است. با کنار هم قرار دادن زمان وقوع زمین لرزه ها مشاهده می شود که فاصله زمانی بین وقوع یک زمین لرزه شدید تا زمین لرزه شدید بعدی حداکثر 29 روز است. به این معنی که هرگاه شاهد یک زمین لرزه شدید بوده ایم، زمین لرزه بعدی حداکثر تا 29 روز یا کمتر از آن رخ داده است." این نوع پیش بینی حاوی چندین غلط بنیادی است، و نشان می دهد که پیش بینی کننده از مبانی اولیه زلزله شناسی نیز مطلع نیست: اولا زلزله با بزرگای 4.2 را "شدید" مینامد (زلزله شدید بزرگایی بیش از 6 دارد) ، و سپس مشخص نیست که چرا پنجره زمانی مورد نظرش 4 ساله بوده است؟ و اساس "الگوی پیشنهادی" اش مشخص نیست و ...

پس ایرادات چنین اعلام نتایج  پیش بینی و تکیه بر آن چیست؟ بیایید فعلاً اشکالهای بنیادی علمی و فنی را کنار بگذاریم. اولین مشکل اثرهای خود اعلام پیش بینی به ویژه پیش بینی های درازمدت و در گستره بزرگ است.

مثلا زمین لرزه لوما پریتا در سال 1989 (شمال کالیفرنیا ) خسارت قابل توجهی در منطقه خلیج سان فرانسیسکو کالیفرنیا ایجاد کرد. سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) طبق گزارشها ، دوازده ساعت پس از این رویداد، ادعا کرد که این زمین لرزه را در گزارشی در سال قبل "پیش بینی" کرده بود. ادعاهای مختلف دیگری نیز در مورد پیش بینی مطرح شده است.

18 مقاله در سال 1990  "پیش‌بینی‌های علمی زلزله لوما پریتا در سال 1989 را به صورت "پسبینی" ارائه دادند" (در این مورد پیش‌بینی زمان و مکان صحیح با پنجره ای  آنقدر گسترده بود (مثلاً بخش بزرگی از کالیفرنیا را به مدت پنج سال پوشش می‌داد) که ارزش پیش‌بینی را از دست داده بود. پیش‌بینی‌هایی نیز  به احتمال تنها 30% درپنجره‌های ده یا بیست ساله ارایه شده بود.

یکی از پیش‌بینی‌های مورد بحث از الگوریتم M8 استفاده کرد که اساسا توسط دانشمند  بزرگ این حوزه ولادیمیر کیلیس-بروک  Keilis-Borok و همکارانش ارایه شد. کیلیس بروک دانشمند مشهود  شوروی – که پس از فروپاشی شوروی به آمریکا مهاجرت کرد- در سال 1948 مدرک دکتری خود را در ژئوفیزیک ریاضی از آکادمی علوم در مسکو گرفت. او بنیانگذار و مدیر بازنشسته موسسه بین المللی تئوری پیش بینی زلزله و ژئوفیزیک ریاضی مسکو بود. پیش بینی انجام شده  هم اندازه (M 7.5) و هم زمان (یک پنجره پنج ساله از 1 ژانویه 1984 تا 31 دسامبر 1988) را اشتباه ارایه کرد . سپس با گنجاندن گستره بیشتری از  کالیفرنیا و نیمی از نوادا، پنجره زمانی را تا 1 ژوئیه 1992 تمدید کرد و مکان (هدف پیش بینی) را  به کالیفرنیای مرکزی کاهش داد. محدوده بزرگا  ثابت ماند ولی اندازه ای که  ارائه کردند  زمین لرزه های با بزرگای  M≥ 7.0 در مرکز کالیفرنیا بود. در دو تجدید نظر در همین مدل پنجره زمانی پنج ساله برای یکی در ژوئیه 1989 به پایان رسید، و بنابراین رویداد لوماپریتا Loma Prieta را از دست داد (نتوانست پیش بینی کند). تجدید نظر دوم تا سال 1990 گسترش یافت و لوما پریتا را نیز شامل شد.

هنگامی که درباره موفقیت یا شکست پیش‌بینی زمین‌لرزه لوما پریتا بحث می‌شود، برخی از دانشمندان استدلال می‌کنند که این زمین‌لرزه روی گسل سان آندریاس (هدف اکثر پیش‌بینی‌ها) رخ نداده است و به جای حرکت امتداد لغز، شامل حرکت شیب لغز (عمودی)  و البته مولفه حرکت افقی بوده ، و بنابراین پیش بینی نشده است.

دانشمندان دیگر استدلال کردند که زلزله لوماپریتا در "ناحیه" گسلی سان آندریاس رخ داده و بسیاری از کرنش های انباشته شده از زلزله 1906 سانفرانسیسکو را آزاد کرده است. خانم دکتر سوزان هاف ، زلزله شناس شناخته شده سازمان زمین شناسی ایالات متحده، معتقد است که به این ترتیب زمین‌لرزه لوماپپریتا درواقع  پیش‌بینی نشده، پیش‌بینی‌هایی انجام شده که فقط تا حدی موفق بودند.

بیایید سناریویی را تصور کنیم که در آن یک پیش‌بینی دراز مدت ممکن است، و موقعیتی را فرض کنیم که در آن یک پیش‌بینی درست امروز انجام شود که  زلزله‌ای به بزرگای 7.4 در یک  شهر فرضی رخ خواهد داد. اگر ما 100% به پیش بینی خود اطمینان داشتیم، می توان شهر را از قبل تخلیه کرد، ساختمان های خطرناک را خراب کرد و خدمات اورژانس را آماده کرد. اما اثر اقتصادی و اجتماعی این پیش‌بینی در سال آینده چه خواهد بود؟ این احتمال وجود دارد که بسیاری از مردم تخلیه شوند، مشاغل تعطیل شوند و اقتصاد آسیب ببیند و بنابراین با چنین پیش بینی هزینه اقتصادی و اجتماعی برای شهر مفروض بسیار زیاد خواهد بود  و در واقع ممکن است بیشتر از هزینه خود زلزله باشد. این موضوع زمانی بدتر می‌شود که در نظر بگیریم که پیش‌بینی نمی‌تواند 100% قابل اعتماد باشد - در واقع  فاصله زیادی با این حد وجود دارد - به این معنی که ممکن است یک هشدار نادرست باشد، یا بزرگا ممکن است بیش از حد برآورد شده باشد ، و ضمنا مکان است اشتباه پیش بینی شده باشد. بنابراین اگر اثرهای اقتصادی و اجتماعی یک پیش‌بینی بسیار بلندمدت مشکل‌ساز باشد، در مورد پیش‌بینی‌های کوتاه‌مدت چطور؟ می توان پیش بینی کرد که همان زمین لرزه 24 ساعت دیگر در شهر مفروض  رخ خواهد داد. این امر از اثر های بلندمدت اقتصادی و اجتماعی جلوگیری می کند، اما امکان دستیابی به سطح بالایی از آمادگی را فراهم می کند. مجدداً می توان ساختمان ها را تخلیه کرد، بیمارستان ها را آماده کرد، مدارس را تعطیل کرد و غیره.

این کار جذاب است، اما مشکل عملی دوباره در عدم قطعیت در پیش‌بینی نهفته است. فرض کنید این پیش‌بینی از نظر زمان و بزرگی کاملاً درست باشد، اما مکان  را 200 کیلومتر اشتباه پیش بینی کند. اگر جمعیت از منطقه پیش بینی به منطقه ای که کانون واقعی زلزله  است منتقل شوند، این موضوع می تواند عواقب فاجعه باری داشته باشد. این کار می تواند تخریب  زلزله را بسیار جدی تر از زمانی کند که هیچ پیش بینی ای انجام نشده بود!.

یا فرض کنید که مکان و بزرگی زلزله دقیقاً درست، اما سه روز دیرتر از پیش بینی رخ بدهد. احتمال زیادی وجود دارد که جمعیت شروع به بازگشت به منطقه آسیب‌دیده کند و نسبت به زمانی که پیش‌بینی نشده بود آسیب‌پذیرتر بشوند.

در واقع، سازوکار زمین لرزه ها، پیش بینی آنها را مشکل تر می کند. بعضی فکر میکنند زلزله زمینساختی (تکتونیکی) شبیه بمبی است که در نقطه ای زیر زمین منفجر می شود، و امواج انرژی از آن نقطه دور می شوند. ولی سازوکار زلزله های واقعی  متفاوند. در واقع، یک زلزله در نتیجه حرکت دو بلوک روی سطح یک گسل، یک سطح زیرزمینی که معمولا آنقدر ژرف است که قابل دسترسی - جز با علم زلزله شناسی - نیست، رخ می دهد  و امواج انرژی  از هر نقطه  آن سطح گسیختگی منتشر می شوند. در واقع زمین لرزه  با یک رویداد گسیختگی شروع می شود که باعث لغزش می شود و سپس در امتداد صفحه گسل در یک دوره زمانی معمولاً چند ثانیه تا چند  دقیقه ای گسترش می یابد. از این نظر هیچ شباهتی با مدل قابل درک از سوی غیر متخصصان (به صورت یک بمب زیرزمینی) ندارد. توجه کنید که غیر متخصصان شامل افراد تحصیل کرده ای نیز می شود که در زمینه های تخصصی متفاوت به درجات علمی بالا رسیده و  دانایی علمی عمومی دارند، ولی پدیده زلزله و فرایندهای زمین شناختی تمرکز تنش در پوسته و تغییر شکل را به تفضیل درک نمی کنند و نمی شناسند. بسیاری از تلاشهای این گروه از پژوهشگران نیز به تولید محتوی و نتایج شبه علمی منجر می شود، که البته مشکلات بزرگتری نیز می آفریند! بسیاری از مردم امکان تشخیص و تفکیک حوزه های تخصصی را ندارند، و داوری این نوع فعالیتها هم به مقابله حیثیتی با ارایه دهنده این نوع پیش بینی ها منجر و با چالش مواجه می شود.   

در مطالعات علمی پیش بینی زلزله،  علاوه بر مطالعات امواج لرزه ای، رشته های دیگر نیز در پیش بینی زلزله به علم زلزله شناسی  نقش دارند. به عنوان مثال، مطالعات زمین شناسی اطلاعاتی در مورد میزان لغزش گسل های فعال و وقوع زمین لرزه های  تاریخی ارائه می دهد. از این یافته ها می توان برای استنباط رفتار آینده گسل ها و پتانسیل زلزله در آنها استفاده کرد. با مطالعه لندفرم ها و واحدهای زمین شناختی با سن شناخته شده که گسلها آنها را تغییر داده اند، می توان میزان جابجایی دو طرف یک گسل نسبت به یکدیگر را تعیین کرد. تحت شرایط مساعد، حتی جابجایی های گسل در زمان زلزله های تاریخی را می توان تشخیص داد و اندازه و سن تقریبی آنها را تعیین کرد. جابجایی گسل های قابل توجه به طور کلی به عنوان شواهدی برای زلزله های بزرگ پذیرفته شده است، و بنابراین تاریخچه  لرزه زایی یک گسل را می توان با مطالعات زمین شناسی هزاران سال به عقب بازگرداند. ترانشه های اکتشافی در سراسر پهنه های گسل فعال برای چنین مطالعاتی ارزشمند هستند و استفاده از آنها در دهه 1970 رایج شد. به عنوان مثال، در سال 1984، دانشمند آمریکایی کری سیه،  Kenny E. Sieh شواهدی مبنی بر رخداد  12 زمین لرزه که بین سال های 260 تا 1857 در امتداد بخشی از گسل سن آندریاس از حفر ترانشه درجنوب کالیفرنیا منتشر کرد. مطالعه او بهترین شواهد را برای زمان بازگشت در حدود 145 سال برای زمین لرزه های بزرگ در گسل سن آندریاس در جنوب کالیفرنیا ارائه می دهد. مطالعات دیگر، مانند اندازه‌گیری‌های زمین‌شناختی، چایش مغناطیسی و الکتریکی، و آنالیزهای هیدرولوژیکی و شیمیایی نیز به دانش ما در مورد وضعیت‌های فیزیکی و شیمیایی سنگ‌ها کمک زیادی می‌کنند و  سرنخ‌هایی در مورد اینکه آیا سنگ‌ها در آستانه شکست هستند یا خیر، ارائه می‌دهند. علاوه بر این، آزمایش‌های تغییر شکل سنگ و اندازه‌گیری خواص فیزیکی سنگ‌ها داده‌هایی را ارائه می‌دهند که برای درک ما از فرآیند زلزله ها ضروری است. تاریخچه مطالعات زلزله شناختی به ویژه پس از 1960 نشان می‌دهد که پیشرفت‌های عمده در مدت کوتاهی پس از انباشت داده‌های لرزه‌ای با کیفیتی فراتر از داده‌های مشاهده‌شده قبلی رخ می‌دهد. به عنوان مثال، اندکی پس از توسعه  چند صد لرزه نگار در شبکه جهانی لرزه نگاری  در اوایل دهه 1900، مدل ساختار داخلی زمین به سرعت تصحیح شد. در دهه 1930، تعیین سرعت لرزه ای، چگالی و سایر پارامترهای فیزیکی برای یک مدل زمین کروی توسط کیث بولن، بنو گوتنبرگ، هارولد جفریس و دیگر پیشگامان زلزله شناسی سده بیستم تکمیل شد. ایجاد شبکه جهانی لرزه نگار استاندارد شده در اوایل دهه 1960 (با لرزه نگاری های آسان) مطالعه لرزه خیزی جهانی و سازو کارهای کانونی را در مقیاسی که قبلاً ممکن نبود، امکان پذیر کرد. در نتیجه، زلزله شناسی سهم قابل توجهی در توسعه نظریه زمینساخت ورقی plate tectonics  در اواخر دهه 1960 داشت. در حال حاضر، با در دسترس قرار گرفتن داده های لرزه ای دیجیتال در مقیاس محلی و جهانی، پیشرفت های عمده ای در زلزله شناسی زلزله مورد انتظار است. علاوه بر این، پیشرفت‌ها در رایانه‌ها با افزایش قدرت محاسباتی اما کاهش هزینه برای زلزله‌شناسان برای پردازش و تجزیه و تحلیل داده‌ها به منظور به دست آوردن بینشی از حجم فزاینده داده‌های لرزه‌ای جمع‌آوری‌شده مهم  است. در دهه 1990 اهمیت پایش جنبش شدید زمین، به ویژه در مناطق شهری شناخته شد. توسعه شبکه شتابنگاری زار با بیش از  1000 شتاب‌نگار دیجیتال در تایوان، ژاپن و ایران انجام شد. مجموعه داده های گسترده جنبش شدید زمین در زمین لرزه های  چی-چی (تایوان) در 20 سپتامبر 1999، و 26 دسامبر 2003 بم (ایران)  به وضوح نشان داد که این داده های میدان نزدیک نه تنها به اطلاعات مورد نیاز برای مهندسی زلزله کمک می کند، بلکه به درک بهتر زلزله کمک می کنند. همین داده های جنبش شدید زمین – به ویژه آنهایی که در مجاورت گسل زمینلرزه های ثبت شده بودند-  نشان دادند که چرا تلاش های قبلی برای پیش بینی زمینلرزه ها به موفقیت نیانجامیده بود. علم پیش بینی زلزله در مرحله توسعه است و توانایی فعلی ما برای پیش بینی زلزله محدود است. از شواهد مختلف می توان مناطقی را که در آن زلزله های مخرب رخ می دهد شناسایی کرد. حتی ممکن است تخمین تقریبی از بزرگای آنها و تعداد دفعات وقوع آنها داشته باشیم، اما توانایی پیش بینی دقیق زمان وقوع آنها را فعلا نداریم. برنامه های پژوهشی گسترده ای در زمینه پیش بینی زلزله در چین، ژاپن، ایالات متحده و اتحاد جماهیر شوروی اجرا شده است، و پیشرفت تا کنون کند بوده است. واقعیت آن است که هر نوع "اعلان و اطلاع رسانی" از نتایج پیش بین زلزله، ناشی از کار های  شبه علمی یا حتی علمی، به هر هدف یا انگیزه ای انجام شود، فعلا قابل پیش بینی منجر به اضطراب و فشار هم بر مخاطبان و هم بر تیم های پیش بینی کننده شده و در عمل به محدودیت فعالیتهای پیش بینی زلزله می انجامد.  

دکتر مهدی زارع

عضو وابسته و رئیس شاخه زمین شناسی فرهنگستان علوم، استاد پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله