Seismisk retsmedicin og dens betydning for tidlig varsling

Den videnskabelige beskrivelse af det katastrofale skred af 7. februar, 2021, i Indiens Dhauli Ganga -dal læser som en retsmedicinsk rapport. Et stenskred og den efterfølgende oversvømmelse havde dræbt mindst 100 mennesker og ødelagt to vandkraftværker. I det videnskabelige tidsskrift Videnskab , forskere fra GFZ German Research Center for Geosciences (GFZ) sammen med kolleger fra National Geophysical Research Institute of India (NGRI), spor katastrofen minut for minut ved hjælp af data fra et netværk af seismometre. Teamet hævder, at seismiske netværk kunne bruges til at etablere et system til tidlig varsling for høje bjergområder.

Selvom den ultimative udløser af det massive klippeskred, der startede i mere end 5500 meters højde, stadig er uløst, en ting er sikkert:Søndag, 7. februar kl. 2021, lige før halv elleve om morgenen, mere end 20 millioner kubikmeter is og sten begyndte at skynde ned i dalen ved Ronti Gad -floden. Seismometre registrerede signalet kl. 10:21 og 14 sekunder lokal tid. 54 sekunder senere, massen ramte dalbunden i 3730 meters højde, genererer en påvirkning svarende til et jordskælv med en styrke på 3,8. I dalen, blandingen af ​​sten og is mobiliseret affald og yderligere is, som - blandet med vand - rullede gennem dalene ved floderne Ronti Gad og Rishi Ganga som en gigantisk affaldsstrøm og oversvømmelse. Første forfatter Kristen Cook fra GFZ vurderer, at i første omgang, massen skød ned ad bakke med næsten 100 kilometer i timen; efter cirka ti minutter, bevægelsen bremsede til lige under 40 kilometer i timen.

Klokken 10:58 og 33 sekunder, oversvømmelsen nåede en større vejbro nær Joshimath. I løbet af få sekunder steg vandet dér med 16 meter. Tredive kilometer længere nede i dalen, målestationen Chinka registrerede et spring på 3,6 meter i vandstanden, og yderligere tres kilometer ned, niveauet steg stadig med 1 meter.

Baseret på de jordrystende signaler registreret af de seismiske stationer, den kollektive forskning udført af partnere fra GFZ's sektioner Geomorfologi, Seismisk fare og risikodynamik, og Jordskælvs og vulkaners fysik, sammen med NGRI-kolleger, identificeret tre forskellige faser af den katastrofale oversvømmelse. Fase 1 var klippeskredet og dets massive indvirkning på dalbunden. Fase 2 fulgte, med mobilisering af enorme mængder materiale - is, vragrester, mudder, skabe en ødelæggende mur af materiale, der farer gennem en smal snoet dal, hvor der var meget materiale tilbage, og energien faldt hurtigt med tiden. Dette varede omkring tretten minutter. Fase 3 (halvtreds minutter af varighed) var mere oversvømmelseslignende, med massive mængder vand, der flød nedstrøms, bærer langs store kampesten op til 20 m på tværs.

Det vigtigste fund:"Dataene fra seismiske instrumenter er egnede som grundlag for et tidlig varslingssystem, der advarer om ankomsten af ​​sådanne katastrofale affaldsstrømme, siger Niels Hovius, sidste forfatter af undersøgelsen og fungerende videnskabelig direktør for GFZ German Research Center for Geosciences. Et andet nøglepunkt er tilgængeligheden af ​​et tæt seismisk netværk, drives af indiske kolleger ved Indian National Geophysical Research Institute (NGRI). Hovius' kollega Kristen Cook, første forfatter til papiret, tilføjer, "den tilgængelige advarselstid for lokaliteter i dale afhænger af nedstrøms afstand og hastighed af strømningsfronten." For eksempel, Joshimath, hvor flodniveauet steg 16 meter under oversvømmelsen, var 34,6 km nedstrøms fra jordskredet. Kristen Cook:"Det betyder, at folk i og omkring Joshimath kunne have modtaget en advarsel omkring en halv time før oversvømmelsen ankom." For regioner længere opstrøms, hvor bølgen ankom kun få minutter efter jordskredet, det kan stadig have været nok til at lukke kraftværker ned.

Så hvorfor har sådan et advarselssystem ikke været på plads i lang tid? Fabrice Cotton, Leder af sektionen seismisk fare og risikodynamik, siger:"Problemet er de forskellige krav til seismiske målestationer, hvilket gør mange stationer i vores verdensomspændende og regionale jordskælvsnetværk mindre velegnede til at detektere stenfald, snavs eller store oversvømmelser. På samme tid, stationer, der sigter mod at overvåge oversvømmelser og affaldsstrømme i deres umiddelbare nærhed, hjælper ikke så godt med at opdage begivenheder på afstand." Løsningen, som GFZ-forskerne arbejder på sammen med deres kolleger i Indien og Nepal, er et kompromis:Stationer ville være nødt til at opstilles på strategiske steder, der ville danne rygraden i et tidligt varslingssystem i højbjerge.Ifølge Marco Pilz, "denne afvejning, i en vis forstand, er et optimeringsproblem, som fremtidige undersøgelser skal løse, og hvor vi allerede har gjort systematiske fremskridt, for eksempel i den tyske Lower Rhein Bay -region. Yderligere analyse af oversvømmelser og affaldsstrømme hjælper bedre med at forstå, hvordan seismiske signaler kan hjælpe med tidlig advarsel. "

De første ideer til at etablere et sådant tidligt varslingssystem baseret på en seismologisk tilgang opstod i god tid før katastrofen som et resultat af en fælles workshop mellem Helmholtz-forskere og indiske kolleger i Bangalore i foråret 2019. Det aktuelle projekt for undersøgelsen var initieret af Virendra Tiwari fra NGRI og Niels Hovius. Det gjorde brug af en samlokalisering af oversvømmelsen og et regionalt seismisk netværk, der allerede var oprettet af Indian National Geophysical Research Institute. Hovius siger:"Tidlig varsling bliver stadig mere presserende, da bjergfloder i stigende grad bruges til produktion af vandkraft, ses som en motor til økonomisk udvikling af nogle af verdens fattigste bjergområder. I betragtning af at katastrofale oversvømmelser sandsynligvis også vil blive hyppigere under et opvarmende klima, drev hurtig gletschertilbagetrækning og usikker opgravning af smeltevand på høje steder, fremtidige risici vil vokse endnu mere."