Metoda VAN - VAN method

The Metoda VAN - pojmenoval podle P. Varotsos K. Alexopoulos a K. Nomicos, autoři článků z roku 1981, kteří to popisují^[1][2] - měří nízkofrekvenční elektrické signály, nazývané „seismické elektrické signály“ (SES), kterými Varotsos a několik kolegů tvrdili, že úspěšně předpokládané zemětřesení v Řecku.^[3][4] Jak samotná metoda, tak způsob, jakým byly nárokovány úspěšné předpovědi, byly ostře kritizovány.^[5][6][7] Zastánci VAN reagovali na kritiku, ale kritici nezrušili své názory.^[8][9]

Od roku 2001 zavedla skupina VAN koncept, kterému říkají „přirozený čas“, aplikovaný na analýzu jejich předchůdců. Zpočátku se aplikuje na SES, aby se odlišil od hluk a uvést je do souvislosti s možným blížícím se zemětřesením. V případě ověření (klasifikace jako „aktivita SES“), přirozená časová analýza se dále aplikuje na obecnou následnou seismicitu oblasti spojené s aktivitou SES, aby se zlepšil časový parametr predikce. Tato metoda zachází se zemětřesením jako s kritický jev.^{[10][11][12][13]}

Po roce 2006 VAN uvádí, že všechny alarmy související s aktivitou SES byly zveřejněny zveřejněním na adrese arxiv.org. Jedna taková zpráva byla zveřejněna 1. února 2008, dva týdny před nejsilnějším zemětřesením v Řecku v období 1983–2011. K tomuto zemětřesení došlo 14. února 2008 o síle (Mw) 6,9. Zpráva VAN byla také popsána v článku v noviny Ethnos 10. února 2008.^{[14][15][16][17]} Gerassimos Papadopolous si však stěžoval, že zprávy VAN jsou matoucí a nejednoznačné a že „žádný z požadavků na úspěšné předpovědi VAN není oprávněný“,^[18] ale tato stížnost byla zodpovězena ve stejné záležitosti^[19]

Popis metody VAN

Predikce zemětřesení touto metodou je založena na detekci, záznamu a vyhodnocení seismických elektrických signálů nebo SES. Tyto elektrické signály mají zásadní význam frekvence složka 1 Hz nebo menší a amplituda, jejíž logaritmus se mění s velikost zemětřesení.^[20] Podle navrhovatelů VAN jsou SES emitovány horninami pod nimi zdůrazňuje způsobené deskovými tektonickými silami. Existují tři typy hlášeného elektrického signálu:^[4]

• Elektrické signály, které se vyskytují krátce před velkým zemětřesením. Signály tohoto typu byly zaznamenány 6,5 hodiny před 1995 zemětřesení v Kóbe například v Japonsku.^[21]
• Elektrické signály, které se vyskytují nějakou dobu před velkým zemětřesením.
• Postupná změna elektrického pole Země nějakou dobu před zemětřesením.

Pro vysvětlení SES bylo navrženo několik hypotéz:

• Jevy související se stresem: Seismické elektrické signály jsou pravděpodobně připisovány piezoelektrické chování některých minerály, zvláště křemen, nebo účinky související s chováním krystalografické vady pod tlakem nebo napětím. Série aktivit SES, označovaných jako aktivity SES (zaznamenávané před velkými zemětřeseními), se mohou objevit několik týdnů až několik měsíců před zemětřesením, když mechanické napětí dosáhne kritické hodnoty.^[2][22] Generování elektrických signálů minerály pod vysokým napětím vedoucím k lomu bylo potvrzeno laboratorními experimenty.^[23]
• Termoelektrické jevy: Čínští vědci alternativně navrhli mechanismus, který se opírá o termoelektrický jev v magnetitu.^[24]
• Fenomény podzemní vody: Byly navrženy tři mechanismy, které se spoléhají na přítomnost podzemní vody při výrobě SES. Elektrokinetický účinek je spojen s pohybem podzemní vody během změny tlaku pórů.^[25] Efekt seismického dynama je spojen s pohybem iontů v podzemních vodách vzhledem ke geomagnetickému poli, protože seismická vlna vytváří posun. Kruhová polarizace by byla charakteristická pro efekt seismického dynama, což bylo pozorováno u umělých i přirozených seismických událostí.^[26] Aktivní může být také ionizační účinek radonu, způsobený uvolňováním radonu a následnou ionizací materiálu v podzemní vodě. Hlavní izotop radonu je radioaktivní s poločasem rozpadu 3,9 dne a je známo, že jaderný rozpad radonu má ionizující účinek na vzduch. Mnoho publikací uvádí zvýšenou koncentraci radonu v blízkosti některých aktivních tektonických poruch několik týdnů před silnými seismickými událostmi.^[27] Silná korelace mezi anomáliemi radonu a seismickými událostmi však nebyla prokázána.^[28]

Zatímco elektrokinetický efekt může být v souladu s detekcí signálu desítky nebo stovky kilometrů daleko, ostatní mechanismy vyžadují druhý mechanismus, který zohledňuje šíření:

• Přenos signálu podél poruch: V jednom modelu se seizmické elektrické signály šíří s relativně nízkým útlumem po tektonických poruchy, kvůli zvýšenému elektrická vodivost způsobené buď vniknutím podzemní vody do zlomové zóny (zón), nebo iontovými vlastnostmi minerálů.^[29]
• Skalní obvod: V modelu defektu lze přítomnost nosičů náboje a otvorů modelovat jako vytvoření rozsáhlého okruhu.^[30]

Seismické elektrické signály jsou detekovány na stanicích, které se skládají z párů elektrod (orientovaných NS a EW) vložených do země se zesilovači a filtry. Signály jsou poté předány vědcům VAN v Aténách, kde jsou zaznamenány a vyhodnoceny. V současné době provozuje tým VAN 9 stanic, zatímco v minulosti (do roku 1989) si mohly dovolit až 17.^[31]

Tým VAN tvrdil, že byli schopni předpovědět zemětřesení o síle větší než 5, s nejistota o velikosti 0,7 jednotky v okruhu 100 km a v časovém okně od několika hodin do několika týdnů. Několik článků tuto úspěšnost potvrdilo, což vedlo ke statisticky významnému závěru.^[32] Například v Řecku od 1. ledna 1984 do 10. září 1995 došlo k osmi zemětřesením M ≥ 5,5 a síť VAN předpovídala šest z nich.^[33]

Metoda VAN byla také použita v Japonsku,^[13] ale v počátečních pokusech bylo „obtížné“ dosáhnout úspěchu srovnatelného s úspěchem dosaženým v Řecku.^[34] Předběžné vyšetřování seismických elektrických signálů ve Francii vedlo k povzbudivým výsledkům.^[35]

Predikce zemětřesení pomocí analýzy „přirozeného času“

Od roku 2001 se tým VAN pokoušel zlepšit přesnost odhadu času nadcházejícího zemětřesení. Za tímto účelem zavedli koncept přirozený čas, technika analýzy časových řad, která váží na proces založený na řazení událostí.^[36] Dva termíny charakterizují každou událost, „přirozený čas“ χa energie Q. χ je definován jako k/N, kde k je celé číslo ( k-tá událost) a N je celkový počet událostí v časové posloupnosti dat. Související výraz, str_k, je poměr Q_k / Q_celkový, který popisuje uvolněnou frakční energii. Zavádějí kritický termín κ„odchylka v přirozeném čase“, která klade větší důraz na energetický termín str_k:

${ displaystyle kappa = sum _ {k = 1} ^ {N} p_ {k} ( chi _ {k}) ^ {2} - { bigl (} sum _ {k = 1} ^ { N} p_ {k} chi _ {k} { bigr)} ^ {2}}$

kde ${ displaystyle textstyle chi _ {k} = k / N}$ a ${ displaystyle textstyle p_ {k} = { frac {Q_ {k}} { sum _ {n = 1} ^ {N} Q_ {n}}}}$

Jejich současná metoda považuje SES za platnou, když κ = 0,070. Jakmile je SES považováno za platné, je zahájena druhá analýza, ve které jsou zaznamenány následné seismické (spíše než elektrické) události a oblast je rozdělena jako Vennův diagram s alespoň dvěma seismickými událostmi na překrývající se obdélník. Při distribuci κ pro obdélníkové oblasti má maximum na κ = 0,070, kritická seismická událost je bezprostřední, tj. Dojde k ní za několik dní až jednoho týdne a bude vydána zpráva.^[37]

Výsledek

Tým VAN tvrdí, že ze sedmi hlavních šoků s velikostí Mw> = 6,0 od roku 2001 do roku 2010 v oblasti zeměpisné šířky N 36 ° až N 41 ° a délky E 19 ° až E 27 ° mohly být všechny kromě jedné klasifikovány s příslušným SES aktivita identifikována a nahlášena předem prostřednictvím přirozené časové analýzy. Dále tvrdí, že doba výskytu čtyř z těchto hlavních šoků s velikostí Mw> = 6,4 byla identifikována v rámci „úzkého rozmezí, několika dní až přibližně jednoho týdne“.^[38] Tyto zprávy jsou vloženy do dokumentů umístěných v arXiv a jsou zde vytvářeny a nahrávány nové zprávy.^[39] Například zpráva předcházející nejsilnějšímu zemětřesení v Řecku v období 1983–2011, ke kterému došlo 14. února 2008, s velikostí (Mw) 6,9, byla v arXiv zveřejněna téměř dva týdny předtím, 1. února 2008.^[40] Popis aktualizované metody VAN byl shromážděn v knize vydané Springerem v roce 2011 s názvem „Přirozená analýza času: Nový pohled na čas“.^[41]

Přirozená časová analýza rovněž tvrdí, že fyzické spojení činností SES se zemětřesením je následující: Vzhledem k tomu, že výskyt zemětřesení je fázová změna (kritický jev), kde novou fází je výskyt hlavního otřesu, výše zmíněný variační termín κ je odpovídající parametr objednávky.^[41] Hodnota κ vypočítaná pro okno zahrnující řadu seismických událostí srovnatelných s průměrným počtem zemětřesení, ke kterým dojde během několika měsíců, kolísá, když okno prochází seizmickým katalogem. Tým VAN tvrdí, že tyto fluktuace κ vykazují minimálně několik měsíců před výskytem hlavního šoku a navíc toto minimum nastává současně se zahájením odpovídající aktivity SES a že je to poprvé v literatuře, kdy se tento současný výskyt byly pozorovány dva prekurzory v nezávislých souborech dat různých geofyzikálních pozorovatelností (elektrická měření, seismicita).^[42] Tým VAN dále tvrdí, že jejich přirozená časová analýza seismického katalogu Japonska v období od 1. ledna 1984 do výskytu zemětřesení Tohoku o síle 9,0 dne 11. března 2011 odhalila, že se objevila tak jasná minima kolísání κ před všemi významnými zemětřeseními o síle 7,6 nebo větší. K nejhlubšímu z těchto minim došlo údajně 5. ledna 2011, tedy téměř dva měsíce před výskytem zemětřesení v Tohoku.^[43] A konečně, rozdělením japonského regionu na malé oblasti, tým VAN uvádí, že některé malé oblasti vykazují minimální fluktuace κ téměř současně s velkou oblastí pokrývající celé Japonsko a takové malé oblasti se shlukují v rozmezí několika set kilometrů od skutečného epicentra hrozící velké zemětřesení.^[44][45]

Kritika VAN

Historicky byla užitečnost metody VAN pro predikci zemětřesení předmětem debaty. Pozitivní i negativní kritika starší koncepce metody VAN je shrnuta v knize „A Critical Review of VAN“ z roku 1996, kterou vydal Sir James Lighthill.^[46] Kritický přehled statistické metodologie publikoval Y. Y. Kagan z UCLA v roce 1997.^[47] Tyto kritiky předcházejí metodám analýzy časových řad zavedeným skupinou VAN v roce 2001. Hlavními body kritiky byly:

Prediktivní úspěch

Kritici tvrdí, že metodě VAN brání nedostatečné statistické testování platnosti hypotézy, protože vědci neustále mění parametry ( pohyb branek ) technika).^[48]

VAN tvrdila, že na záznamové stanici v Aténách zaznamenala perfektní záznam vzájemné korelace mezi SES a zemětřesením o síle ≥ 2,9, ke kterému došlo o 7 hodin později v celém Řecku.^[49] Max Wyss však uvedl, že seznam zemětřesení použitý pro korelaci byl falešný. Ačkoli VAN ve svém článku uvedla, že seznamem zemětřesení byl seznam Bulletin of the Athénská národní observatoř (NOA), Wyss zjistil, že 37% zemětřesení skutečně uvedených v bulletinu, včetně toho největšího, nebylo na seznamu používaném VAN k vydání jejich žádosti. Kromě toho 40% zemětřesení, o nichž VAN tvrdila, že k nim došlo, nebylo v bulletinu NOA.^[50] Zkoumání korelace pravděpodobnosti náhody další sady 22 žádostí o úspěšné předpovědi VAN o M> 4,0 od 1. ledna 1987 do 30. listopadu 1989 ^[51] bylo zjištěno, že 74% bylo falešných, 9% korelovalo náhodou a u 14% byla korelace nejistá. Žádná jednotlivá událost nekorelovala s pravděpodobností větší než 85%, zatímco úroveň požadovaná ve statistikách pro přijetí testu hypotézy jako pozitivního by byla častěji 95%.^[52]

V reakci na Wyssovu analýzu nálezů NOA VAN uvedla, že kritika byla založena na nedorozuměních.^[53] VAN uvedla, že výpočty navržené Wyssem by při použití na ideální metodu předpovědi zemětřesení vedly k paradoxu, tj. K hodnotám pravděpodobnosti větším než jednota.^[54] Další nezávislá hodnocení uvedla, že VAN získala statisticky významné výsledky.^[32][33]

Mainstreamoví seismologové nejsou přesvědčeni žádným vyvrácením VAN. V roce 2011 ICEF dospěla k závěru, že schopnost optimistické predikce požadovanou VAN nemohla být ověřena.^[55] Většina seismologů považuje VAN za „zjevně odhalenou“.^[56]

Uyeda a další v roce 2011 však použití této techniky podpořili.^[57] V roce 2018 statistická významnost metody byla znovu posouzena skupinou VAN s využitím moderních technik, jako je analýza náhodnosti událostí (ECA)^[58] a provozní charakteristika přijímače (ROC)^[59], které interpretovali, aby ukázali, že SES vykazuje prekurzivní informace daleko za hranicí náhody.^[60]

Navrhovaný mechanismus šíření SES

Analýza propagačních vlastností SES v zemské kůře ukázala, že je nemožné, aby signály s amplitudou hlášenou VAN mohly být generovány malými zemětřeseními a přenášeny na několik stovek kilometrů mezi epicentrem a přijímací stanicí.^[61] Ve skutečnosti, pokud je mechanismus založen na piezoelektřině nebo elektrickém nabíjení deformací krystalů se signálem pohybujícím se po poruchách, pak žádné ze zemětřesení, o nichž tvrdila VAN, předcházela SES, sama nevygenerovala SES. VAN odpověděl, že taková analýza vlastností šíření SES je založena na zjednodušeném modelu vodorovně vrstvené Země a že se výrazně liší od skutečné situace, protože zemská kůra obsahuje nehomogenity. Když vezmeme v úvahu posledně jmenované, například když vezmeme v úvahu, že poruchy jsou elektricky znatelně vodivější než okolní médium, VAN věří, že elektrické signály vysílané ve vzdálenostech řádově sto kilometrů mezi epicentrem a přijímací stanicí mají amplitudy srovnatelné těm, které nahlásila VAN.^[29]

Problémy s elektromagnetickou kompatibilitou

Publikace VAN jsou dále oslabeny tím, že se neřeší problém eliminace mnoha a silných zdrojů změn v magneticko-elektrickém poli, které měřili, jako je telurické proudy z počasí a elektromagnetické rušení (EMI) z umělých signálů.^{[Citace je zapotřebí ]} Jeden kritický dokument (Pham et al 1998) jasně koreluje SES používaný skupinou VAN s digitálními rádiovými přenosy z vojenské základny.^[62] V následujícím příspěvku VAN uvedla, že takový šum vycházející z digitálních rádiových vysílačů vojenské databáze byl jasně odlišen od skutečného SES podle kritérií vyvinutých VAN.^[63] Další práce v Řecku, kterou provedli Pham et al v roce 2002, sledovala „anomální přechodné elektrické signály“ podobné SES zpět ke konkrétním lidským zdrojům a zjistila, že tyto signály nejsou vyloučeny kritérii používanými VAN k identifikaci SES.^[64]

V roce 2003 byly použity moderní metody statistické fyziky, tj. zkreslená fluktuační analýza (DFA), multifraktální DFA a vlnková transformace odhalil, že SES jsou jasně odlišeny od těch, které produkují lidské zdroje, protože první signály vykazují velmi silné korelace dlouhého dosahu, zatímco druhé signály nikoli.^[65][66] Práce publikovaná v roce 2020^[67] zkoumal statistickou významnost minim fluktuací řádu parametru κ1 seismicity pomocí analýzy shody událostí jako možného předchůdce silných zemětřesení na regionální i globální úrovni. Výsledky ukazují, že tato minima jsou skutečně statisticky významnými prekurzory zemětřesení. Zejména v regionálních studiích bylo zjištěno, že časové zpoždění je plně slučitelné s nálezem^[68] že tyto mimimy probíhají současně se zahájením aktivit SES, je tedy evidentní rozdíl mezi posledními prekurzory signálů od těch, které produkují lidské zdroje.

Veřejná politika

Konečně jedním požadavkem pro jakoukoli metodu předpovědi zemětřesení je, že aby byla jakákoli předpověď užitečná, musí předpovídat nadcházející zemětřesení v rozumném časovém rámci, epicentru a velikosti. Pokud je předpověď příliš vágní, nelze učinit žádné proveditelné rozhodnutí (například evakuovat populaci v určité oblasti po určitou dobu). V praxi skupina VAN vydala v 80. letech řadu telegramů. Ve stejném časovém rámci tato technika také vynechala velká zemětřesení v tom smyslu^[69] „u zemětřesení s Mb≥5,0 je poměr předpovídaného k celkovému počtu zemětřesení 6/12 (50%) a úspěšnost předpovědi je také 6/12 (50%) s pravděpodobností zvýšení faktoru ze 4. Při hladině spolehlivosti 99,8% lze možnost této úspěšnosti vysvětlit náhodným modelem výskytu zemětřesení s přihlédnutím k regionálnímu faktoru, který zahrnuje vysokou seismicitu v oblasti predikce, lze odmítnout “. Tato studie dospěla k závěru, že „statistické vyšetření předpovědí SES prokázalo vysokou míru predikce úspěchu a předpovězených událostí s vysokým ziskem pravděpodobnosti. To naznačuje fyzické spojení mezi SES a následnými zemětřeseními, přinejmenším pro událost o velikosti Ms≥5“.^[70] Předpovědi z rané metody VAN vedly k veřejné kritice a náklady spojené s falešnými poplachy vyvolaly špatnou vůli.^[71] Hlavními odpůrci VAN byli řečtí seismologové Vassilis Papazachos a G. Stavrakakis. Debata mezi Papazachos a týmem VAN opakovaně vyvolala pozornost veřejnosti v jejich domovské zemi Řecko a byla rozsáhle diskutována v řeckých médiích.^{[Citace je zapotřebí ]}

Viz také

• Předpověď zemětřesení
• Seismologie
• Seismo-elektromagnetické pole

Poznámky

Reference

externí odkazy

• Debaty o přírodě. Je spolehlivá předpověď jednotlivých zemětřesení realistickým vědeckým cílem?
• Metoda predikce zemětřesení VAN.
• Bibliografie P. Varotsose (hlavní zdroj článků „VAN“).