Девиз землетрясения «История, риск, прогноз», обзор

Декорацией для этой статьи является земная кора, замечательная система, в которой геологические процессы, землетрясения, извержения вулканов, наводнения, оползни и т. Д. Мешают человеческим делам и нормальному функционированию нашего общества. В этой экосистеме геологических опасностей землетрясения приводят к самым страшным катастрофам и самым драматическим последствиям домино. Они были связаны с мифическими существами в глубоком прошлом и до сих пор остаются загадочными, несмотря на лучшие научные усилия. Прогноз землетрясения, Грааль сейсмологии, остается одной из главных задач в современной науке. «История, риск и прогноз землетрясений» погружаются в интригующий мир землетрясений (и их многочисленных последствий) и рассуждают о том, как можно смягчить влияние геориска, следуя девизу «История-риск-прогноз».

Это исследование прошлых сейсмических наблюдений, а также исследований прошлых землетрясений. Это должно помочь нам ответить на такие важные вопросы, как:

  • Почему экстремальные землетрясения все еще становятся сюрпризами?
  • Почему мы не можем предсказать землетрясения?

История учит нас, что исследование предсказуемости землетрясения уже прошло несколько циклов Куна (см. Раздел «История» выше): После цикла «расцвета / похмелья» в период с 70-х по 80-е годы ( Hough , 2010) второй цикл произошел с конца 1980-х до 2000-х годов. с предшествующей ускоряющей сейсмичностью, объясненной из теории сложности ( Mignan , 2011 – см. ниже). Затем, на рубеже 2010 года, движение к систематической суммированию данных о сейсмичности привело к утверждению, что сейсмические прекурсоры, в конце концов, могут быть случайными закономерностями (см. Мой метаанализ в Mignan , 2014). Похоже, что мы снова находимся в состоянии «кризиса», о чем я говорил ранее, о « зиме с предсказанием землетрясения », когда не следует смеять говорить «P-слово» (термин «прогноз» более уместен в наши дни). Так что нам просто нужно ждать следующей революции. Тем не менее, парадигма сильно умирает, и современная физика землетрясений все еще вращается вокруг теории сложности . Мы можем сказать это, цитируя раздел «Сложность и землетрясения» тома «Сейсмология землетрясений» Трактата по геофизике 2015 года ( Schubert , ed., 2015). Первое предложение его реферата гласит: « Землетрясения, безусловно, являются сложным явлением » ( Щербаков и др. , 2015 – выделите мое). Тогда все сказано, поэтому давайте узнаем больше о том, что такое Сложность.

Из Википедии: « Сложность обычно используется для характеристики чего-либо со многими частями, где эти части взаимодействуют друг с другом различными способами, достигая кульминации в более высоком порядке появления, превышающем сумму его частей ». Мы называем эту идею Холизмом . Тенденция Сложности в физике землетрясений можно проследить до конца 1980-х годов с развитием самоорганизованной критичности (SOC; Bak et al. , 1987) и ее применения к землетрясениям ( Bak and Tang , 1989). Его каноническая модель, клеточный автомат Бак-Танга-Визенфельда, или просто Sandpile, привлекает многих, поскольку простые правила запуска приводят к появлению на системном уровне степенного распределения частот по размерам «событий». Аналогия между этими событиями и лавинами легко проводится, но аналогия была распространена и на землетрясения, поскольку знаменитый закон Гутенберга-Рихтера является степенным (закон, который гласит, что с каждой единицей магнитуды землетрясения становятся примерно в 10 раз реже). и в 30 раз сильнее – см. исторический обзор Utsu , 1999). Внедрите некоторую неоднородность в SOC, и вы создадите систему критических точек , в которой появляются дополнительные степенные законы , такие как предшествующая ускоряющая сейсмичность или закон омори разрушения афтершоков ( Huang et al. , 1998). Литература по этой теме огромна и простирается до 1960-х годов с самыми ранними описаниями хаоса , так называемого эффекта бабочки и моделей слайдерных блоков (см. Обзор Щербакова и др. , 2015). Однако для обычного читателя базовая концепция может быть воплощена в этих двух простых иллюстрациях:

Но но НО…

Несколько лет назад я показал, что консенсус в отношении Сложности развивается на основе пропозициональной ошибки и что « тот факт, что критические процессы приводят к степенным законам, не означает, что наличие степенных законов является доказательством того, что критические процессы находятся в игре » ( Миньан , 2011). Относительно заявленной повсеместности SOC, философ Роман Фригг уже заметил в 2003 году, что « некоторые люди были слишком легко увлечены причудливыми утверждениями [и что ни одно из этих смелых утверждений не может быть поддержано » ( Frigg , 2003). Дело не только в том, что степенные законы могут быть объяснены теориями, противоположными Сложности (как обсуждается ниже), но и в том, что утверждения о степенных законах как универсальном свойстве вселенной в значительной степени преувеличены из сетей ( Broido and Clauset , 2018, « Безмасштабные сети редки ») к закону о вторичных толчках Омори ( Mignan , 2016,« Пересмотр набора данных о афтершоках 1894 года с растянутой экспоненциальной функцией »).

С этой точки зрения физика землетрясений остается производной. Он все еще находится в фазе каталогизации моделей сейсмичности, подобно естествоиспытателям, собирающим животных и растения в прошлые века до появления современной биологии . Существует множество аналогий с другими областями исследований, но физике землетрясений не хватает своего теоретического формализма. Ян Каган задал следующий вопрос: «Является ли сейсмология землетрясения трудной количественной наукой?» ( Каган , 1999). Он ответил «нет»: « Теоретические исследования не привели к определенным новым знаниям относительно реальных землетрясений […]. Можно утверждать, что физика землетрясений еще не существует ». Стоит отметить, что эта аргументация вращалась вокруг сейсмичности как сложного процесса…

Сложность будет проблемой? Это консенсус для целостного взгляда, который предлагает суммировать данные, чтобы найти новые модели. Но смешайте четыре временных ряда сейсмичности, приведенных выше, и вы не найдете много информации в финальном коктейле. Это безмасштабное предположение предполагает, что лабораторные эксперименты на ограниченном куске породы можно экстраполировать на поведение коры, то есть на тонкий сферический слой со свободной поверхностью. Разве мы не должны подвергать сомнению такое сильное предположение?

Давайте вернемся к определению Сложности в Википедии: « Основа слова« сложность »- сложный – объединяет латинские корни« com »(что означает« вместе ») и« plex »(что означает« сплетенный »). Контраст «сложный», где «plic» (что означает «сложенный») относится ко многим слоям. Таким образом, сложная система характеризуется своими взаимозависимостями, а сложная система характеризуется своими слоями . Мы называем эту последнюю концепцию редукционизмом .

Первый опубликованный пример твердого тела с сейсмичностью, представленный здесь в виде пространственно-временного объема (x и y представляют поверхность земной коры, t представляет время; главный удар происходит в точке (x0, y0, tf) и ему предшествует извилистая модель сейсмичности, представленная точками – сумма твердого тела покоя синим цветом и твердого тела активации красным). Этот редукционистский подход, в отличие от Сложности, аналитически объясняет предшествующее состояние покоя, Пончик Моги, предварительную ускоряющую сейсмичность, краткосрочные форшоки и миграцию до шока. Из Миньяна (2012).

Одной из редукционистских теорий является « Солидная сейсмичность» , которую я разрабатывал с конца моей кандидатской диссертации в 2006 году, в основном в свободное время (вы редко получаете какое-либо финансирование, когда идете против консенсуса… вздох ). Проще говоря, Solid Seismicity состоит в определении моделей сейсмичности из «твердых тел», определенных из геометрических операций над основным полем статического напряжения. До сих пор этот подход позволил мне получить большинство законов сейсмичности, включая эти печально известные степенные законы (например, Mignan , 2012; 2016b; 2018). Будучи редукционистским, этот теоретический подход противопоставляется Сложности и действительно рассматривает земную кору как сложную систему, состоящую из слоев различных полей напряжений, которые просто суммируют их эффекты, чтобы создать запутанные пространственно-временные модели сейсмичности. Это одна теория, идущая вразрез с нынешней парадигмой. Это лучше? Я не знаю. Может быть, геометрия – это решение; возможно это не так. По крайней мере, это показывает, что редукционизм не умер, как уже подтвердил нобелевский лауреат Дэвид Дж. Гросс в журнале Wired.

Понимание неоднородного и прерывистого объекта, который является земной корой, следует считать одной из самых благородных задач в науке . Это имеет не только жизненно важное значение для людей, живущих рядом с активными недостатками, но и интеллектуально стимулирует. Geoscience не о облизывании известняка (извините Шелдон Купер …); речь идет о решении сложной (я не выбрал это слово слегка) и до сих пор недооцененной физической проблемы.

Если вам понравилось чтение, не стесняйтесь оставлять несколько аплодисментов 🙂 и обязательно следуйте публикации «История, риск и прогноз землетрясений», чтобы получить более подробные статьи на эту тему.

Ссылки:

Bak, P., C. Tang и K. Wiesenfeld (1987), «Самоорганизованная критичность: объяснение 1 / f Noise», Phys. Преподобный Летт., 59, 381–384

Bak, P. and C. Tang (1989), Землетрясения как самоорганизованный критический феномен, J. Geophys. Res., 94, 15 635–15 637

Bakun, WH, et al. (2005), Последствия для прогнозирования и оценки опасности от землетрясения 2004 года в Паркфилде, Nature, 437, 969–974, doi: 10.1038 / nature04067

Билхэм Р. (2009), Сейсмическое будущее городов, Бык. Earthquake Eng., 7, 839–887, doi: 10.1007 / s10518–009–9147–0

Bralower, TJ, PG Feiss и CA Manduca (2008), Подготовка нового поколения граждан и ученых к будущему Земли, Liberal Education, Весна 2008, 20–23

Broido, AD и A. Clauset (2018), сети без масштаба встречаются редко, препринт arXiv, 1801.03400

Camerer, C. and M. Weber (1992), Последние изменения в предпочтениях моделирования: неопределенность и неоднозначность, J. Risk Unc., 5, 325–370

Cardoso, R., M. Lopes и R. Bento (2004), Сейсмостойкие конструкции португальских старых зданий «Помбалино», 13-я Всемирная конф. Землетрясение англ., Ванкувер, 1–6 августа 2004 г., №. 918

Черчмен, CW (1967), Злые проблемы, наука управления, 14, B-141-B-146

Цицерон, RD, JE Ebel и J. Britton (2009), Систематический сборник предвестников землетрясений, Tectonophyiscs, 476, 371–396, doi: 10.1016 / j.tecto.2009.06.008

Девенс Р.М. (1876). Сто великих и запоминающихся событий, представляющих постоянный интерес к истории нашей страны…, CA Nichols & Co., Springfield, 1007 pp.

Фейерабенд, П. (1975), «Против метода», «Новые левые книги», ISBN: 0–902308–91–2

Freund, FT, RA Grant и V. Stolc, eds. (2013–2015), Специальный выпуск «Биологические аномалии до землетрясений», Животные, 3–5

Фригг Р. (2003). Самоорганизованная критичность – что это такое, а что нет, Стад. Hist. Фил. Sci., 34, 613–632

Funtowicz, SO и JR Ravetz (1994), Ценность певчей птицы: экологическая экономика как постнормальная наука, Экологическая экономика, 10, 197–207

Галадини Ф., К.-Г. Hinzen and S. Stiros (2006), Archaeoseismology: методологические проблемы и процедуры, J. Seismol., 10, 395–414, doi: 10.1007 / s10950–006–9027-x.

Галли, П., Ф. Галадини и Д. Пантости (2008), Двадцать лет палеосейсмологии в Италии, обзоры наук о Земле, 88, 89–117

Гильбоа, И. (2009), Теория принятия решений в условиях неопределенности, издательство Кембриджского университета, Кембридж, Великобритания

Hall, SS (2011), At Fault ?, Nature, 477, 264–269

Hough, S. (2010), Предсказание непредсказуемого: беспокойная наука предсказания землетрясения, издательство Принстонского университета, 272 стр.

Хоу, Х. (1852), Исторические коллекции Великого Запада …, вып. 1, Цинциннати, 440 с.

Хуанг, Й., Салер, С. Саммис и Д. Сорнетт (1998), Предвестники, афтершоки, критичность и самоорганизованная критичность, Europhys. Lett., 41, 43–48

Каган, YY (1999), Является ли сейсмология землетрясения трудной, количественной наукой ?, Pure Appl. Geophys., 155, 233–258

Кун, Т. (1970), Структура научных революций, Увеличенное, Международная энциклопедия единой науки, 2-е изд., Университет Чикагской прессы, 210 с.

Левин К., Б. Кашоре, С. Бернштейн и Г. Олд (2012). Преодоление трагедии сверхъестественных проблем: ограничение нашего будущего для улучшения глобального изменения климата, Policy Sci., 45, 123–152, doi: 10,1007 / s11077-012-9151-0

Mignan, A. (2011), Ретроспектива о гипотезе ускоряющегося сейсмического выброса (ASR): противоречие и новые горизонты, Tectonophysics, 505, 1–16, doi: 10.1016 / j.tecto.2011.03.010

Mignan, A. (2012), Предвестники сейсмичности для крупных землетрясений, объединенные в рамках накопления напряжений, Geophys. Местожительство Lett., 39, L21308, doi: 10.1029 / 2012GL053946

Mignan, A. (2014), Дебаты о прогностической ценности форшоков землетрясений: метаанализ, Sci. Респ., 4, 4099, дои: 10.1038 / srep04099

Mignan, A. (2016), Пересмотр набора данных афтершока 1894 года с растянутой экспоненциальной функцией, Seismol. Местожительство Lett., 87, 685–689, doi: 10.1785 / 0220150230

Mignan, A. (2016b), Статическое поведение индуцированной сейсмичности, Nonlin. Процессы Geophys., 23, 107–113, doi: 10.5194 / npg-23–107–2016

Mignan, A. (2018), Закон продуктивности афтершоков Уцу, объясненный на основе геометрических операций над полем постоянных статических напряжений шоков, Nonlin. Processes Geophys., 25, 241–250, doi: 10.5194 / npg-25–241–2018

Mignan, A., A. Scolobig и A. Sauron (2016), Использование разумного воображения для изучения каскадных опасностей: пилотное исследование, предотвращение стихийных бедствий и борьба с ними, 25, 329–344, doi: 10.1108 / DPM-96–2015– 0137

Норио О., Т. Е., Я. Кадзитани, П. Ши и Х. Татано (2011), Великое землетрясение в Восточной Японии 2011 года: обзор и комментарии, межд. J. Disaster Risk Sci., 2, 34–42, doi: 10.1007 / s13753–011–0004–9

Piccardi, L. и WB Masse, eds. (2007), Миф и геология, геол. Soc., London, Spe. Publi., 273, doi: 10.1144 / GSL.SP.2007.273.01.26

Риттель, HWJ и М. М. Уэббер (1973), Дилеммы в общей теории планирования, Политические науки, 4, 155–169

Rouet-Leduc, B., C. Hulbert, N. Lubbers, K. Barros, CJ Humphreys and PA Johnson (2017), Машинное обучение предсказывает лабораторные землетрясения, Geophys. Местожительство Lett., 44, 9276–9282, doi: 10.1002 / 2017GL074677

Russell, S. and P. Norvig (2010), Искусственный интеллект, Современный подход, 3-е изд., Pearson Education, Inc., 1132 pp.

Шуберт Г., под ред. (2015), Трактат по геофизике, 2-е изд., Вып. 4: Сейсмология землетрясения, Elsevier, ISBN: 978–0–444–53803–1

Сколобиг, А., Н. Комендантова и А. Миньан (2017), Учет многоуровневых подходов в политике, Науки о Земле, 7, 129, doi: 10.3390 / geosciences7040129

Щербаков Р., Д.Л. Туркотт и Дж. Б. Рандл (2015), Сложность и землетрясения, 4.24, 627–653, в: Шуберт Г., изд. (2015), Трактат по геофизике, 2-е изд., Вып. 4: Сейсмология землетрясения, Elsevier, ISBN: 978–0–444–53803–1

Suppasri A., et al. (2013), Уроки, извлеченные из Великого восточно-японского цунами 2011 года: осуществление мер противодействия цунами, прибрежных зданий и эвакуации цунами в Японии, Pure Appl. Geophys., 170, 993–1018, doi: 10.1007 / s00024–012–0511–7

Томпсон, П.Б. и К.П. Уайт (2012). Что происходит с философией окружающей среды в злом мире ?, J. Agric. Environ. Ethics, 25, 485–498, doi: 10.1007 / s10806–011–9344–0

Turnpenny, J., M. Jones и I. Lorenzoni (2011), «Где сейчас пост-нормальная наука?»: Критический обзор ее развития, определений и использования, науки, технологии и человеческих ценностей, 36, 287–306 , doi: 10.1177 / 0162243910385789

Тверский, А. и Д. Канеман (1973), Доступность: эвристика для оценки частоты и вероятности, Когнитивная психология, 5, 207–232

Утсу, T. (1999), Представление и анализ распределения размеров землетрясения: исторический обзор и некоторые новые подходы, Pure Appl. Geophys., 155, 509–535

Ван Луик, А., Р. Паттерсон, Д. Шафер и Т. Кляйн (2013), Память спасает жизни: эффективность предупреждений из поколения в поколение, Конференция WM2013, 24–28 февраля 2013 г., Феникс, Аризона, №. 13556

Ван К., Q.-F. Chen, S. Sun and A. Wang (2006), «Прогнозирование землетрясения в Хайченге в 1975 году», Bull. Сейсмология. Soc. Am., 96, 757–795, doi: 10.1785 / 0120050191

More Interesting

Поход в средневековую Балтику: международный посетитель Стэнфордского гуманитарного центра, вопросы и ответы

Как Спайк Ли побел историю в Blakkklansman

Бен Вебстер - крестный отец тенора саксофона

El tzompantli mexica

Викинги-щитницы сопровождали мужчин во время вторжений за границу в гораздо большем количестве, чем считалось ранее

История Нью-Йорка - Часть II: Голландцы.

Новые образы древнего мегаполиса майя раскрывают тысячи потерянных пирамид и памятников

Краткая история людей, которые местные жители не хотят здесь захватывать Сан-Франциско

Незнание антисемитизма

Боги Иоанна 10

27 декабря 1979 года - Вид из Тегерана - Вид из Кабула.

Это июль 1966 года - вы живете в Лос-Анджелесе - вы определенного возраста, и ...

Что, черт возьми, происходит?

Пеший туризм и история - государственный парк Св. Эдварда

В защиту Дня Благодарения