İtalyan bilim insanları, depremi 60 saniye önce bildiren erken uyarı sistemi geliştirdi

Napoli Federico II Üniversitesi’nden bir grup sismolog, erken deprem uyarı sistemi geliştirdi ve bu sistemi 6 Şubat 2023’te Türkiye’de meydana gelen ilk depremdeki verilerle geriye dönük olarak test etti.

Orta düzey bir sismik şiddet eşiği dikkate alındığında sistem, merkez üssünden 20 ila 300 kilometre uzaklıktaki bölgelerde 10 ila 60 saniye önceden uyarı verebileceğini ve yanlış alarm oranının oldukça düşük olduğunu gösterdi.

Daha yüksek bir şiddet eşiği esas alındığında ise sistemin 20 ila 40 saniye önceden uyarı verebildiği, ancak bunun yalnızca merkez üssünden 100 kilometreden daha uzak noktalar için geçerli olduğu tespit edildi. Test sonuçları Communications Earth & Environment dergisinde yayımlandı.

Çalışmada incelenen ilk deprem, sabah saat 04.00’te Pazarcık yakınlarında meydana geldi ve büyüklüğü 7,8 olarak ölçüldü. Dokuz saat sonra ise Elbistan yakınlarında, yaklaşık 100 kilometre daha kuzeyde, 7,6 büyüklüğünde ikinci bir deprem oldu. İki sarsıntı yaklaşık 350 bin kilometrekarelik geniş bir alanı etkiledi; burada 14 milyon kişi yaşıyordu. Türkiye ve Suriye’de doğrulanan can kaybı 59 bin oldu. Birleşmiş Milletler, yaklaşık 1,5 milyon kişinin evsiz kaldığını tahmin etti.

Erken deprem uyarı sistemleri

Erken deprem uyarı sistemleri, birkaç saniyeden birkaç on saniyeye kadar değişen bir süre öncesinden tehlikeli bir depremin gelişini öngörmeyi amaçlar. Böylece insanlar korunma önlemleri alabilir, tesis ve altyapı yöneticileri de güvenlik önlemlerini devreye sokabilir.

Bu zaman avantajı, depremlerin yer kabuğundaki kırılmalardan kaynaklanan iki farklı sismik dalga üretmesinden doğar. Boyuna dalgalar (P dalgaları), kabuğu yayılma yönünde sıkıştırıp gerer. Enine dalgalar (S dalgaları) ise yukarı-aşağı salınım yaratır ve en büyük hasara neden olan dalgalardır. P dalgaları S dalgalarından daha hızlı yayılır; saniyede 6-7 kilometre hızla ilerlerken S dalgaları 3-4 kilometre hızla yayılır.

Dalgalar merkez üssünden yayıldıkça daha uzak bölgelerdeki sismik istasyonlar önce P dalgalarını algılar. Bu sinyal analiz edilerek yıkıcı bir S dalgasının gelip gelmeyeceği tahmin edilmeye çalışılır ve gerekirse alarm verilir. Ancak sinyal süresi uzadıkça tahminin güvenilirliği artar. Bu nedenle etkili bir erken uyarı sistemi tasarlamak oldukça zordur. Ne kadar hızlı olunmak istenirse, yoğun sarsıntının yaşanacağı bazı noktalarda alarm verememe riski o kadar artar.

İlk saniyelerde şiddeti tahmin etmek

Araştırmacılar, Türkiye’nin İçişleri Bakanlığı’na bağlı Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı’nın (AFAD) işlettiği 110 sismik istasyondan elde edilen verileri kullandı. İstasyonlar merkez üssünden 20 ila 300 kilometre mesafede bulunuyordu.

Çalışmayı koordine eden Aldo Zollo, “İstasyonlardan kaydedilen sinyallerin gerçek zamanlı iletimini yeniden ürettik; sanki depremi canlı izliyormuşuz gibi,” dedi.

Araştırmacılar, kaydedildikçe sismik sinyalleri analiz ederek depremin sonunda oluşacak maksimum yer ivmesini tahmin etmeye çalıştı. Bu parametre, insanların ve binaların maruz kalacağı etkileri ifade eden makrosismik şiddet ölçeklerine dönüştürülebilir. Bu ölçeklerden en bilinenlerinden biri, 1902’de İtalyan volkanolog Giuseppe Mercalli tarafından geliştirilen Mercalli ölçeği.

Yer ivmesi ile hasar arasındaki ilişki bölgeden bölgeye değişir; çünkü bu ilişki büyük ölçüde yapı stokunun kalitesine ve dayanıklılığına bağlı.

Alarm verilip verilmeyeceği, erken uyarı sistemi tarafından kapsanan alanda öngörülen makrosismik şiddete dayanır. Seçilen şiddet eşiği, sistem performansını önemli ölçüde etkiler.

Araştırmada test edilen yenilik, P dalgalarının işlenme biçiminde. 2023’te geliştirilen model iki yaklaşımı birleştiriyor. Sismik istasyon bulunan noktalarda maksimum yer ivmesi doğrudan P dalgası genliğinden tahmin ediliyor. İstasyon bulunmayan bölgelerde ise model, P dalgası genliğinden önce depremin hiposantırını (yer kabuğundaki kırılma noktası) ve büyüklüğünü tahmin ediyor; ardından bu parametreleri kullanarak, yerel jeolojik özelliklere bağlı ilişkiler aracılığıyla maksimum yer ivmesini hesaplıyor.

Bu ikinci yaklaşım daha az güvenilir olsa da geniş bir bölge için harita oluşturmak açısından zorunlu. Çünkü kırılmanın ilk anlarında, merkez üssünden uzak noktalar ya da istasyonsuz bölgeler henüz P dalgalarına maruz kalmamış oluyor.

Eşik ve denge

İki senaryo değerlendirildi. İlkinde alarm, öngörülen yer ivmesi makrosismik şiddet IV’ü (orta) aşarsa; ikinci senaryoda ise şiddet VI’yı (güçlü) aşarsa veriliyor.

Her iki senaryoda da kırılmanın ilk 9 saniyesinde alarm verilmiyor. Bu süre, en yakın 10 istasyona P dalgalarının ulaşması ve araştırmacıların büyüklük ile hiposantırı tahmin etmesi için gerekli.

9 saniyelik sürenin ardından ilk senaryoda sistemin doğru tahmin oranı hemen %85’e ulaştı ve 60 saniyeden sonra %100’e çıktı. İkinci senaryoda ise ilk 35 saniyede kaçırılan alarmlar daha fazlaydı; 60 saniyeden sonra doğru alarm oranı yanlış ve kaçırılan alarmları geçti.

Doğru tahmin edilen istasyonlarda uyarı süresi, merkez üssünden uzaklaştıkça artıyor ve daha düşük eşikte genellikle daha uzun oluyor. Yüksek eşik senaryosunda ise merkez üssünden 100-300 kilometre uzaklıktaki istasyonlar için 20-40 saniye önceden alarm verilebiliyor.

Zollo, “Depremin büyüklüğü, kırılmanın gerçekleştiği alanın büyüklüğüne ve blokların göreli yer değiştirmesine bağlıdır,” diyor. Aynı zamanda P sinyalinin süresi de kırılma alanının büyüklüğüne ve kırılma hızına bağlıdır. Bu nedenle büyüklük tahmini zamanla artar ve daha geniş sinyal bölümleri analiz edildikçe doygunluğa ulaşır. Düşük eşik daha erken aşılır ve daha fazla zaman kazandırır; yüksek eşik ise daha uzun bekleme gerektirir.

Dolayısıyla teknik bir denge söz konusu. Uygulanacak müdahale ve korunacak hedef (örneğin hızlı trenler ya da okullardaki öğrenciler) bu eşik seçiminde belirleyici olur.

ABD ve Japonya’daki deneyimlere göre, yanlış alarm kaçırılan alarmdan daha kabul edilebilir. Ancak en uygun eşik, yanlış ve kaçırılan alarmların maliyet ve olasılıklarını birlikte değerlendirerek riski en aza indirendir.