تقنيات متطورة للتنبؤ بموجات تسونامي العاتية

الحد من الخسائر البشرية الناجمة عن الكوارث

مرت تسع سنوات منذ وقوع زلزال شرق اليابان الكبير الذي ضرب الأراضي اليابانية في الحادي عشر من مارس/آذار 2011. وعلى الرغم من كل التقدم العلمي والتكنولوجي الذي وصلت إليه اليابان، لاقى ما يقرب من 20,000 شخص حتفهم في ذلك اليوم المشؤوم، معظمهم بسبب موجات التسونامي العاتية التي نتجت عن الزلزال. وكعالمٍ متخصص، لا يسعني إلا أن أشعر بالندم الشديد جراء هذا الفشل.

واليابان ليست حديثة العهد بالكوارث الطبيعية. فبالإضافة إلى الزلازل المدمرة، فهي دائمًا عرضة للأعاصير القوية، والتي راح ضحية إحداها فيما سبق الآلاف من الأشخاص. كإعصار إيسيوان أو الذي يعرف أيضًا باسم إعصار فيرا الذي ضرب الأراضي اليابانية في عام 1959، حيث كان أقوى إعصارًا منذ الحرب العالمية الثانية، وقد أودى بحياة أكثر من 5,000 شخص.

وقد أثارت تلك الكارثة ثورة في مجال التنبؤ بالأعاصير. حيث أدى استخدام نظام رادار جبل فوجي، وكذلك سواتل الأرصاد الجوية الجديدة، إلى الحصول على تحذيرات مسبقة وبالتالي سرعة إخلاء أفضل، الأمر الذي أدى إلى انخفاضٍ كبيرٍ في أعداد الوفيات الناجمة عن الأعاصير. وفي الآونة الأخيرة، توفي حوالي 100 شخص عندما ضرب إعصار هاغيبس في عام 2019 شرق اليابان، ولكن بدون التحذيرات المسبقة من الرادار وسواتل الأرصاد الجوية، لكان من المحتمل في العديد من المرات أن يتخطى عدد الضحايا ذلك الرقم.

دروس مستفادة من زلزال تشيلي

بما أن عدد الأعاصير التي تضرب اليابان كل عام ومستوى الفيضانات التي تجلبها لم تتغير بشكل كبير منذ الخمسينيات، فإن ذلك يوضح أن التحسينات المدخلة على تكنولوجيا التنبؤ قد نجحت في إنقاذ العديد من الأرواح. وبالمثل، فإن أي تحسينات تُجرى فيما يخص دقة التنبؤ بضربات التسونامي يمكن أن تقلل من الخسائر البشرية.

في عام 1960 ضرب زلزال بقوة 9,5 درجة الأراضي الشيلية، وهو أقوى زلزال مسجل على الإطلاق، حيث عبرت موجات التسونامي التي نجمت عن الزلزال مياه المحيط الهادئ ووصلت إلى اليابان في يوم واحد تقريبًا، وقد أرسل المراقبون في هاواي بالفعل بعد وقوع الزلزال مباشرة معلومات حول التسونامي إلى هيئة الأرصاد الجوية اليابانية المنوط بها التعامل مع تحذيرات التسونامي محليًا. إلا أنها أصدرت تحذيرًا فقط مع وصول الموجات فعليًا إلى المناطق الساحلية في اليابان، وهي التي كانت على مسافة بعيدة من مركز الزلزال، الأمر الذي كان من شأنه أن يمنح اليابان ما يقرب من 24 ساعة لإخلاء المناطق الساحلية، ومع ذلك لقى 142 شخصًا حتفهم. الأمر الذي يدفعنا إلى الحاجة إلى نظام إنذار أفضل.

ومنذ ذلك الحين، عززت اليابان التعاون الدولي في هذا الشان، على سبيل المثال من خلال زيادة التنسيق مع (Pacific Tsunami Warning Center) (باسيفيك تسونامي وارنغ سنتر) المركز المعني بإصدار التحذيرات من موجات التسونامي في هاواي، وتبادل المزيد من البيانات المتعلقة بتهديدات ضربات التسونامي المحتملة. ولكن عندما يكون مركز الزلزال في البحار بالقرب من اليابان، كما حدث في عام 2011، فلا تزال المشكلة الحقيقية تكمن في كيفية تحذير الناس وتقليل الخسائر خلال الفترة القصيرة نسبيًا قبل أن تضرب الموجة فعليًا.

صعوبة التنبؤ بضربات التسونامي

لماذا نجد صعوبة بالغة عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بموجات التسونامي؟ الإجابة باختصار لأنه من الصعب تحديد مكان وكيفية بدايتها. فإذا علمنا أين وبأي طريقة يبدأ التسونامي، فيمكننا استخدام محاكاة بالحاسوب لتقدير مدى تقدمه بسرعة وبدقة.

واعتقد أن الكثير منا واجه صعوبات في الواجبات المنزلية في المرحلة الثانوية كتلك المبينة أدناه:

س: إذا تم إسقاط كرة من ارتفاع معين، فكم من الوقت ستستغرق للارتطام بالأرض، وكم ستكون سرعتها عند لحظة الاصطدام؟

حتى أولئك الذين ليسوا على دراية بالفيزياء سيعرفون أنه لا يمكنك الإجابة على هذا السؤال دون معرفة الارتفاع الأولي للكرة. فإذا كنت على علم بالارتفاع، فإن معرفة الإجابة ستكون مسألة بسيطة في الفيزياء النيوتونية (نسبة إلى العالم الشهير إسحاق نيوتن)

ولتقريب الصورة مع مسألة التنبؤ بأمواج التسونامي، فإن معرفة الحالة الأولية لموجات التسونامي هي نفسها محاولة معرفة مقدار ارتفاع الكرة. فإذا استطعنا معرفة كيفية بداية التسونامي، أو بعبارة أخرى، أين وإلى أي مدى ارتفع سطح البحر في مركز الزلزال بعد وقوع الزلزال مباشرة، فيمكننا استخدام محاكاة دقيقة للتنبؤ بحجمه وحركته.

قاعدة البيانات التقديرية للتنبؤ بالتسونامي

إلا أن الأمر ليس بهذه السهولة لتحديد تلك البداية. فمسألة استخدام الأقمار الصناعية للحفاظ على مساحات شاسعة من البحر تحت المراقبة البصرية المستمرة من أجل اكتشاف موجات تسونامي يمكن أن تظهر هنا أو هناك وفي أي وقت أمرٌ يمثل تحديًا كبيرًا من حيث التكنولوجيا المستخدمة والتكلفة.

وهناك أيضًا قيود على مناهج التنبؤ المعتمدة الحالية. حيث تعتمد الطريقة التقليدية للتنبؤ بنطاق انتشار موجات التسونامي على الحساب العكسي لمركز الزلزال ودرجة شدته. وهناك نوعان من الموجات الزلزالية: موجات (P) (موجات الضغط أو الموجات الأولية)، التي تسير بسرعة 7 كيلومترات في الثانية، وموجات (S) (موجات القص أو الموجة الثانوية)، التي تسير بسرعة 4 كيلومترات في الثانية. ويسمح قياس هذه الموجات والفاصل بينهما من نقاط مراقبة متعددة بحساب مركز الزلزال ودرجة شدته في غضون دقائق.

وقد قامت هيئة الأرصاد الجوية بعمل تقديرات لوقوع موجات تسونامي محتملة من خلال عشرات الآلاف من المواقع المحتملة وتوليفها مع درجات شدة مختلفة. ومن خلال مقارنة مركز أحد الزلازل الفعلية ودرجة شدته مع المعلومات الموجودة في ملف البيانات، يمكن أن نحصل على تنبؤات بكيفية انتشار موجات التسونامي من نقطة البداية.

ومع ذلك، فإن هذه الطريقة محدودة باعتمادها على حسابات مركز الزلزال ودرجة شدته من خلال الموجات الأولية والثانوية المتاحة، وهي طريقة دقيقة فقط للزلازل التي تصل درجة قوتها حتى 8 درجات على مقياس العزم الزلزالي. ونظرًا لأن قوة الزلازل الضخمة ككارثة الحادي عشر من مارس/ آذار 2011 لا يمكن حسابها بسرعة ودقة باستخدام هذه الطريقة، أخطأت تقديرات التسونامي الأولية التي صدرت عن هيئة الأرصاد الجوية في تقدير حجم الخطر، حيث اعتمدت في تقييمها على زلزال بقوة 8 درجات.

وهكذا، على الرغم من النطاق الواسع للبيانات المتاحة لهيئة الأرصاد الجوية، انتهى بها الأمر إلى التقليل من حجم التسونامي بنسبة كبيرة من حيث قوته. فزلزال بقوة 9 درجات يطلق طاقة تعادل تقريبا 30 مرة زلزال بقوة 8 درجات، وقد أدى ذلك الفشل في حساب التقديرات المناسبة إلى جعل مسألة التنبؤ الدقيق بأمواج التسونامي أمرًا مستحيلاً. لذلك نجد أنه عندما ضرب زلزال شرق اليابان الكبير، كان الفشل في الوصول إلى قياسات دقيقة فورية مرتبطًا بتحذيرات غير كافية عن التسونامي. وبناءً على المعلومات التي كانت بحوزتهم، قدر سكان المناطق الساحلية بأن أمواج التسونامي القادمة لن تتخطى الجدران البحرية الموجودة. الأمر الذي أدى إلى تباطؤ أوامر الإخلاء، وبالتالي زيادة أعداد الضحايا في نهاية المطاف.

آليات التنبؤ بالتسونامي في أعقاب كارثة 2011

منذ زلزال شرق اليابان الكبير، أنشأ معهد الأبحاث الوطني لعلوم الأرض ومكافحة الكوارث التابع للهيئة الوطنية للبحث والتطوير المشروع (S-net) (إس-نت) وهو عبارة عن خندق محيطي في أعماق المياه يعمل كشبكة لرصد الزلازل والتسونامي، وهو يمتد قبالة شبه جزيرة بوسو في محافظة تشيبا إلى المنطقة الإدارية توكاتشي التابعة لمحافظة هوكايدو، في محاولة لتفادي حدوث وفيات جراء وقوع أي تسونامي مستقبلي. والمشروع قيد التشغيل بالفعل. وتجمع مرافق القياس الخاصة به بين أجهزة استشعار الزلازل والتسونامي، ويتم توصيلها بما مجموعه 5,500 كيلومترًا من كابلات الألياف الضوئية تحت سطح البحر لتبادل البيانات في الوقت الفعلي على مدار 24 ساعة في اليوم. واستعدادًا لزلزال حوض نانكاي المتوقع حدوثه في غضون 30 عامًا، بدأت الهيئة الوطنية أيضًا في مشروع (N-Net) (إن-نت) وهو عبارة عن نشر شبكة في قاع بحر حوض نانكاي لرصد الزلازل والتسونامي قبالة ساحل جزيرة شيكوكو.

ويستخدم المشروع (N-Net) معدات تم تركيبها في مناطق من المحتمل أن تصبح مركزًا للزلازل المستقبلية، وحيث أنها تصل مباشرة إلى قاع البحر، فهي معدات قوية للغاية. ولكن نظرًا لأن الكابلات تحتاج إلى وضعها في قاع البحر وتوصيلها مباشرة بالمعدات، فإن تكاليف التركيب مرتفعة، ناهيك عن عمليات الصيانة.

وقد ألهمت مشاكل التكلفة هذه أحد الباحثين للتفكير في طريقةٍ سريعة لحساب وتقدير نطاق موجات التسونامي، حيث تطوع البروفيسور المشارك إنازو دايسكى في جامعة طوكيو للعلوم البحرية والتكنولوجيا وأظهر أن البيانات الصادرة من نظام التعريف الآلي (AIS) الذي لابد وأن تكون جميع السفن مزودة قد سمح بالحساب العكسي لحالة وقوع موجات تسونامي أولية بناءً على التغيرات التي ظهرت في سرعة السفن الناجمة عن مرور موجات تسونامي بها وقت وقوع زلزال شرق اليابان الكبير.

وينقل نظام التعريف الآلي (AIS) المعلومات في الوقت الفعلي من معظم السفن في نطاق عشرات الكيلومترات من الشاطئ، وفي المستقبل القريب ستسمح الأقمار الصناعية بنقل هذه البيانات من السفن التي تقع خارج نطاق الساحل. وبعبارة أخرى، ستتمكن كل سفينة في البحر بأن تصبح أداة لقياس التسونامي. وقد يكون الأمر غير دقيق إلى حد ما حيث أن عدد السفن وأماكن توزيعها غير ثابت، ولكن حقيقة أن النظام يستخدم فقط البنية التحتية الحالية أمر يمثل فائدة حقيقية.

تحديد موقع موجات التسونامي من الفضاء

هناك أيضًا أبحاث من أجل اكتشاف موقع موجات التسونامي من الفضاء، وليس من على سطح المحيطات، وهي تلك الأبحاث التي أشارك فيها بشكل شخصي.

تدفع ضخامة الحجم التي تكون عليها موجات التسونامي على سطح البحر الهواء إلى أعلى، مما يولد موجات صوتية بطيئة في نطاق الترددات تحت الصوتية. تصل هذه الموجات الصوتية إلى ارتفاع 300 كيلومترًا في حوالي ثماني دقائق.

وعند هذا الارتفاع، يؤين الإشعاع الشمسي جزءًا من الغلاف الجوي الرقيق لخلق حالة من المادة تسمى البلازما. وتعمل أيضًا هذه الموجات تحت الصوتية المتولدة عند منشأ موجات التسونامي على ذبذبة مادة البلازما، وإذا تمكنا من قياس هذا التذبذب، فسوف نتمكن من المراقبة غير المباشرة لحالة البداية التي كان عليها التسونامي.

ويصبح هذا ممكنًا مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، وهي تقنية تشكل جزءًا من الحياة اليومية للكثيرين مع ظهور أنظمة الملاحة في السيارات والهواتف الذكية. حيث تدور الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على ارتفاع 20,200 كيلومترًا، والعديد منها على مقربة من المجال الجوي الياباني في أي وقت. كما أقامت هيئة المعلومات الجغرافية المكانية في اليابان أكثر من 1,300 محطة مرجعية تعمل باستمرار لأغراض القياس الجيوديسي (علم تقسيم الأرض أو علم المساحة التطبيقية)، وتتلقى هذه النقاط عمليات إرسال مستمرة من الأقمار الصناعية لنظام تحديد المواقع العالمي، وتقوم بتجميع هذه البيانات في موقع مركزي واحد في وقت الحدوث الفعلي.

كما تحمل عمليات الإرسال الصادرة من نظام تحديد المواقع إلى كل محطة قاعدية المعلومات التي يتم التقاطها أثناء المرور عبر طبقة البلازما. ويمكن استخدام هذه المعلومات لقياس التغيرات في البلازما، مما يسمح بتحديد بداية التسونامي بدقة. وفي الوقت الحالي، يستغرق تسجيل تسونامي ناتج عن زلزال في نطاق 9 درجات على مقياس شدة الزلازل حوالي 20 دقيقة، ويجري حاليًا تطوير تقنيات لتقليص ذلك الوقت إلى حوالي 12 دقيقة.

والعائد الأكبرمن وراء هذه التقنية هو استخدامها الفعلي للبنية التحتية الحالية المتمثلة في نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) المتواجد بالفعل على أرض الواقع. ويمكننا إنشاء نظام لمراقبة كل تحركات التسونامي في المساحات البحرية المتواجدة بالقرب من اليابان من الفضاء دون الحاجة إلى أي تكاليف تركيب أولية. وعلاوة على ذلك يمكن أيضًا توسيع هذه التكنولوجيا لتشمل الدول التي تفتقر إلى الموارد المالية اللازمة لتنفيذ هذه البنية التحتية التكنولوجية بمفردها. وإذا تمكنا من تحقيق تنبؤات تسونامي دقيقة بتكلفة منخفضة ، فستكون هذه طريقة مناسبة حقًا لليابان للمساعدة في سداد التدفق الهائل للدعم العالمي الذي تلقته بعد كارثة تسونامي المأساوية.

العلم والتكنولوجيا والرغبة في إنقاذ الأرواح

وتمامًا كما فعل سابقينا من تحقيق تقدم في تقنيات التنبؤ بالعواصف بعد الخسائر الفادحة التي حلت جراء إعصار (إيسيوان)، فمن واجبنا نحن الباحثون اليوم دفع حركة البحث والتطوير لمنع تكرار الخسائر الفادحة التي نجمت عن زلزال شرق اليابان الكبير، في حالة ما إذا ضرب تسونامي هائل آخر الأراضي اليابانية.

ومنذ مارس/ آذار 2011، تم إطلاق العديد من مشاريع التنبؤ بالتسونامي بخلاف تلك المذكورة أعلاه. ولا تزال جميعها قيد التطوير، ولكن يبدو من الواضح ونظرًا لصعوبة التنبؤ الدقيق بالزلزال والتسونامي، فإن اتباع نهج متنوع يمزج أنظمة التنبؤ المختلفة، مع الاستفادة من نقاط القوة لكل منها، أمرٌ سيكون له فعالية أكثر. فمطابقة الأنظمة التكميلية يمكن أن يسمح لأحدهم بتغطية أوجه القصور الموجودة في النظام الآخر، وبالتالي يساعد الأمر في إنقاذ العديد من الأرواح.

وفي الوقت نفسه، يجب أن ندرك أنه لا توجد حتى الآن تقنية تنبؤ ”سحرية“. حيث لا يزال من الضروري للأفراد استخدام خبرتهم وحدسهم وإعدادهم اليومي للمساعدة في التخفيف من كوارث التسونامي. ويجب على الناس الذين يقطنون في المناطق الساحلية التحقق من موقع أقرب منطقة آمنة مرتفعة وأقرب مركز إخلاء. وإذا شعروا بهزة كبيرة، يجب أن يكونوا على دراية بإمكانية حدوث تسونامي في أعقابها والإسراع بعملية الإخلاء.

واليابان تقع في بؤرة زلزالية ساخنة، وبالتالي لا توجد طريقة لتجنب الضرر الناتج عن تسونامي نهائيا. لكن العديد من العلماء يوجهون جهودهم نحو الحد من الخسائر في الأرواح، حتى ولو بالقدر القليل.

(النص الأصلي نُشر باللغة اليابانية، والترجمة من اللغة الإنكليزية. صورة العنوان: منظر بالقرب من ميناء الصيد (ماتسوكاورا) في مدنية (سوما) بمحافظة فوكوشيما، بعد الأضرار التي نجمت عن كارثة تسونامي في الحادي عشر من مارس/ آذار 2011. الصورة مقدمة من مركز علوم الحرائق).