Hệ thống cảnh báo sớm động đất không dự báo được động đất trước; nó phát hiện sóng địa chấn đầu tiên (sóng P) khi trận động đất vừa bắt đầu, tính nhanh vị trí và độ lớn, rồi gửi cảnh báo đi bằng tín hiệu điện tử, nhanh hơn sóng rung mạnh đang lan tới. Người ở xa tâm chấn có thể nhận được từ vài giây đến vài chục giây báo trước. Cảnh báo sóng thần có nhiều thời gian hơn, từ vài chục phút đến vài giờ, nhờ mạng phao và trạm đo mực nước bắt được những thay đổi rất nhỏ của mặt biển ngoài khơi.
Cuộc đua giữa ánh sáng và đá
Khi một đứt gãy trượt, nó phát ra nhiều loại sóng. Sóng P (sóng sơ cấp, sóng nén) đi nhanh nhất, trong vỏ Trái Đất khoảng 6 km mỗi giây, nhưng thường gây rung nhẹ. Sóng S (sóng thứ cấp, sóng cắt) đi chậm hơn, khoảng 3,5 km mỗi giây, và cùng với sóng mặt mới là thứ làm nhà cửa rung lắc mạnh.
Khoảng chênh giữa hai loại sóng chính là cơ hội. Một trạm địa chấn gần tâm chấn bắt được sóng P, hệ thống tính toán trong vài giây, rồi tín hiệu cảnh báo đi qua mạng điện thoại, truyền hình, Internet gần như tức thời. Với một thành phố cách tâm chấn 100 km, sóng S cần gần 30 giây mới tới. Trừ đi thời gian phát hiện và xử lý, người dân còn một khoảng ngắn để núp dưới bàn, tàu điện kịp phanh, thang máy dừng ở tầng gần nhất, bác sĩ phẫu thuật nhấc dao.
Nhược điểm cố hữu là "vùng mù": khu vực rất gần tâm chấn, nơi sóng S tới gần như cùng lúc với cảnh báo hoặc trước cả cảnh báo. Đó cũng thường là nơi rung mạnh nhất. Không có công nghệ nào xoá được vùng này, vì không gì truyền nhanh hơn chính trận động đất ở ngay tại chỗ nó xảy ra.
Một tín hiệu lệch giữa biển nhiễu
Trạm địa chấn ghi rung động liên tục, cả ngày lẫn đêm. Xe tải chạy qua, sóng biển đập bờ, công trường đóng cọc, gió lay cột anten đều để lại dấu vết. Việc của hệ thống là nhận ra trong dòng nhiễu ấy khoảnh khắc sóng P đầu tiên của một trận động đất thật. Đây là một bài toán phát hiện bất thường kinh điển.
Một phương pháp lâu đời và vẫn dùng rộng rãi là so tỉ số STA/LTA: biên độ trung bình trong cửa sổ thời gian ngắn (vài phần giây đến một giây) chia cho biên độ trung bình trong cửa sổ dài (vài chục giây). Khi tỉ số vọt lên vượt ngưỡng, nghĩa là tín hiệu vừa thay đổi đột ngột so với mức nền gần đây. Các hệ thống hiện đại bổ sung thuật toán nhận dạng hình dạng sóng và cả mô hình học máy.
Để tránh báo động giả, hệ thống thường chờ ít nhất hai hoặc vài trạm cùng phát hiện trước khi phát cảnh báo công khai. Một chiếc xe tải chỉ làm rung một trạm; một trận động đất thật làm rung cả mạng lưới theo thứ tự khoảng cách. Đánh đổi ở đây rõ ràng: chờ thêm trạm thì chắc chắn hơn nhưng mất thêm vài giây quý giá.
Các hệ thống cảnh báo động đất đang hoạt động
| Hệ thống | Nơi | Mốc |
|---|---|---|
| SASMEX | Mexico | Bắt đầu hoạt động năm 1991, cảnh báo cho thủ đô Mexico City trước các trận động đất từ bờ biển Thái Bình Dương cách hàng trăm km |
| Cảnh báo sớm của Cơ quan Khí tượng Nhật Bản (JMA) | Nhật Bản | Phát cho công chúng từ ngày 1/10/2007 qua truyền hình, phát thanh, điện thoại di động |
| ShakeAlert (USGS) | Bờ Tây nước Mỹ | Bắt đầu gửi cảnh báo công khai ở California năm 2019, sau đó mở rộng sang Oregon và Washington |
Ngoài ra, hệ điều hành Android của Google cũng có tính năng cảnh báo động đất dựa trên cảm biến gia tốc của hàng triệu điện thoại, coi mỗi chiếc máy như một trạm đo tí hon. Độ tin cậy của cách làm này vẫn đang được cộng đồng khoa học theo dõi và đánh giá.
Trận Tōhoku 2011: thành công và giới hạn
Trong trận động đất ngày 11/3/2011 ngoài khơi Đông Bắc Nhật Bản, hệ thống cảnh báo sớm đã phát tín hiệu trước khi rung mạnh tới nhiều nơi, và các đoàn tàu cao tốc Shinkansen đang chạy trong vùng được hệ thống phát hiện động đất riêng của ngành đường sắt cắt điện, hãm phanh kịp thời; không có hành khách nào trên tàu thiệt mạng. Nhưng trận động đất cũng phơi ra giới hạn: độ lớn ước tính ban đầu thấp hơn nhiều so với giá trị cuối cùng 9,0, vì một trận động đất cực lớn kéo dài nhiều phút và đứt gãy còn đang lan khi hệ thống đã phải đưa ra con số. Sau đó, Nhật Bản đã điều chỉnh cách ước tính và cách phát cảnh báo sóng thần.
Sóng thần: đo những thay đổi nhỏ của mặt biển
Ở biển sâu, sóng thần đi rất nhanh: tốc độ xấp xỉ căn bậc hai của gia tốc trọng trường nhân độ sâu, với biển sâu 4.000 m là khoảng 700 km/h, ngang máy bay phản lực. Nhưng chiều cao sóng ngoài khơi có thể chỉ vài chục centimét, tàu thuyền đi qua không nhận ra. Khi tới vùng nước nông gần bờ, sóng chậm lại và dâng cao.
Để bắt được sóng thần giữa đại dương, Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia Mỹ (NOAA) vận hành mạng trạm DART: một cảm biến áp suất đặt dưới đáy biển đo trọng lượng cột nước phía trên, truyền âm thanh lên phao nổi trên mặt, phao gửi dữ liệu qua vệ tinh. Theo NOAA, hệ thống nhận ra được thay đổi mực nước cỡ một centimét ở biển sâu. Phần khó là tách tín hiệu sóng thần khỏi thuỷ triều và sóng thường, lại một bài toán phát hiện bất thường: thuỷ triều dự đoán được rất chính xác, nên người ta trừ nó ra và xem phần dư còn lại có gì lạ.
Trung tâm Cảnh báo Sóng thần Thái Bình Dương được Mỹ lập năm 1949, sau trận sóng thần năm 1946 từ quần đảo Aleut tràn vào Hawaii. Ấn Độ Dương thì không có hệ thống tương tự cho tới sau thảm hoạ ngày 26/12/2004 làm khoảng 230.000 người thiệt mạng ở nhiều nước. Dưới sự điều phối của Uỷ ban Hải dương học Liên chính phủ thuộc UNESCO, hệ thống cảnh báo sóng thần Ấn Độ Dương được xây dựng và đi vào hoạt động bước đầu từ năm 2006.
Việt Nam theo dõi động đất và sóng thần thế nào
Ở Việt Nam, Viện Vật lý Địa cầu thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vận hành mạng trạm địa chấn và Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần, có nhiệm vụ theo dõi và phát tin về các trận động đất trong nước và các trận lớn trong khu vực có thể gây sóng thần. Các nghiên cứu đánh giá nguy cơ thường chỉ ra đới hút chìm rãnh Manila ở phía đông Biển Đông là nguồn có khả năng gây sóng thần đáng kể nhất đối với bờ biển miền Trung. Một số địa phương ven biển miền Trung cũng đã được lắp trạm cảnh báo sóng thần có còi và loa phát tin cho người dân.
Động đất ở Việt Nam phần lớn có độ lớn nhỏ đến trung bình. Khu vực Kon Tum cũ (nay thuộc tỉnh Quảng Ngãi) những năm gần đây ghi nhận nhiều trận động đất nhỏ liên tiếp, được các nhà khoa học theo dõi sát. Thông tin chính thức về động đất được công bố trên trang của Viện Vật lý Địa cầu.
Góc nhìn hôm nay: cảnh báo tốt nhất vẫn là hiểu dấu hiệu
Máy móc giúp rất nhiều, nhưng người dân sống ven biển được khuyến cáo nhớ những "cảnh báo tự nhiên" mà UNESCO, NOAA và các cơ quan quản lý thiên tai đều nhấn mạnh:
- Rung mạnh hoặc rung kéo dài khi đang ở gần biển: đừng chờ thông báo, đi ngay lên chỗ cao hoặc vào sâu trong đất liền.
- Nước biển rút bất thường, để lộ đáy biển: đây là dấu hiệu nguy hiểm, không phải lúc ra nhặt cá.
- Tiếng gầm lớn từ phía biển, giống tiếng tàu hoả hay máy bay.
- Sóng thần thường đến thành nhiều đợt, đợt sau có thể lớn hơn đợt đầu; chỉ trở về khi cơ quan chức năng thông báo an toàn.
Khi rung lắc trong nhà, khuyến cáo phổ biến là "cúi xuống, núp dưới vật chắc chắn, bám chặt", tránh xa cửa kính và vật treo, không chạy ra ngoài khi đang rung. Biết trước lối thoát và điểm tập kết của khu mình ở là việc làm được ngay hôm nay.
Câu hỏi thường gặp
Cảnh báo sớm động đất có dự báo được động đất không?
Không. Hệ thống chỉ phát hiện trận động đất khi nó vừa bắt đầu, dựa vào sóng P đi nhanh nhưng yếu, rồi cảnh báo trước khi sóng S và sóng mặt gây rung mạnh tới nơi. Hiện chưa có phương pháp khoa học nào dự báo được thời điểm và địa điểm động đất trước nhiều ngày.
Cảnh báo sớm động đất cho bao nhiêu giây?
Tuỳ khoảng cách tới tâm chấn, từ vài giây đến vài chục giây. Càng xa tâm chấn càng có nhiều thời gian nhưng rung cũng yếu hơn. Khu vực rất gần tâm chấn gần như không có thời gian báo trước.
Sóng thần đi nhanh như thế nào?
Ở biển sâu khoảng 4.000 m, sóng thần đi với tốc độ khoảng 700 km/h. Gần bờ, nước nông làm sóng chậm lại nhưng dâng cao. Vì vậy sóng thần từ xa có thể tới bờ trong vài chục phút đến vài giờ.
Phao DART phát hiện sóng thần ra sao?
Cảm biến áp suất đặt dưới đáy biển đo sự thay đổi trọng lượng cột nước khi sóng thần đi qua, rồi truyền dữ liệu lên phao nổi và gửi qua vệ tinh về trung tâm cảnh báo. Theo NOAA, hệ thống nhận ra thay đổi mực nước cỡ một centimét. Thuỷ triều được trừ đi để tìm phần tín hiệu bất thường.
Việt Nam có nguy cơ sóng thần không?
Nguy cơ được đánh giá là thấp nhưng có thật, chủ yếu với bờ biển miền Trung. Các nghiên cứu thường coi đới hút chìm rãnh Manila ở phía đông Biển Đông là nguồn đáng lưu ý nhất. Viện Vật lý Địa cầu có Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần theo dõi liên tục.
