Trận động đất lớn tiếp theo sẽ xảy ra khi nào?

"Big One" được các nhà khoa học sử dụng để chỉ một trận động đất lớn xảy ra, có thể theo chu kỳ. 

Những trận động đất chết người gần đây ở  Nhật Bản, Maroc và Thổ Nhĩ Kỳ là lời nhắc nhở khoa học cần nỗ lực hơn trong việc dự đoán những hiện tượng phức tạp này, ngay cả khi các thiết bị đo lường ngày càng được cải tiến.

Ngày 6/2/2023, hai trận động đất xảy ra ở Thổ Nhĩ Kỳ và Syria khiến hơn 50.000 người thiệt mạng và hàng nghìn tòa nhà bị phá hủy.

Hay trận động đất kinh hoàng ngày 1/9/1923 tại Nhật Bản khiến 2 triệu người dân trở thành vô gia cư và 142.000 người chết. Một trăm năm sau, Tokyo phải luôn cảnh giác khi chờ đợi "Big One" tiếp theo. 

Theo một nghiên cứu của Cơ quan Khí tượng Nhật Bản, có 70% nguy cơ xảy ra một trận động đất lớn trong vòng 30 năm. Mối lo ngại cũng diễn ra ở bang California, Mỹ. Đặc biệt là khu vực San Francisco, nơi xảy ra trận động đất lớn cuối cùng vào năm 1906. 

Theo Cơ quan Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ (USGS), tần suất xảy ra một thảm họa như vậy là khoảng 200 năm một lần. Nhưng USGS ước tính, xác suất xảy ra một sự kiện cấp 7 trong 30 năm tới là 67%.

Việc tìm hiểu nguồn gốc của những hiện tượng này đã có từ hơn nửa thế kỷ trước với việc phát hiện ra kiến tạo mảng. Nó chính là phần bên ngoài của địa cầu - thạch quyển - được tạo thành từ các mảng chuyển động tương đối với nhau. 

Ở Nhật Bản và California, động đất thường xuyên xảy ra vì những khu vực này nằm trên ranh giới của nhiều mảng kiến tạo.

Lực ma sát đã ngăn cản những tấm này chuyển động, khiến chúng bị kẹt cho đến khi năng lượng tích lũy gây ra sự đứt gãy, thường là dọc theo một đứt gãy đã tồn tại từ trước.

Năng lượng sau đó được giải phóng dưới dạng sóng địa chấn hay còn gọi là trận động đất. 

Giáo sư kiến tạo Richard Walker, Đại học Oxford (Anh) giải thích: "Sau trận động đất, hầu hết các vết đứt gãy sẽ đóng lại. Sau đó, lực căng sẽ bắt đầu tăng lên cho đến khi trận động đất tiếp theo xảy ra, đó là lý do tại sao chúng ta nói về một chu kỳ địa chấn".

Công nghệ dự báo động đất mới

Dữ liệu lịch sử rất cần thiết để phân tích tần suất động đất và đánh giá các mối nguy hiểm địa chấn.

Trong 30 năm qua, thiết bị vệ tinh đã cách mạng hóa thế giới địa chấn. Nhờ dữ liệu GPS và giao thoa kế radar (InSAR), các nhà khoa học có thể theo dõi chuyển động của các mảng và sự biến dạng lớp vỏ xung quanh các đứt gãy đến từng milimet.

Họ có quyền truy cập vào dữ liệu ngày càng chính xác để đánh giá ứng suất cơ học tích lũy trong một đứt gãy, đây là một chỉ báo tốt về rủi ro địa chấn.

Những công nghệ này cũng cho phép họ phát hiện ra một hiện tượng không ngờ tới, lần đầu tiên được quan sát thấy ở Nhật Bản vào năm 1999 đó là động đất chậm. 

Nhà địa chấn học Harold Tobin, Đại học Washington, Mỹ cho biết: "Đây là kiểu chuyển động giống như một trận động đất thông thường, nhưng nó xảy ra trong vài ngày hoặc vài tuần và không tạo ra bất kỳ sóng địa chấn nguy hiểm nào". 

Do đó các nhà khoa học đặt ra những câu hỏi mới: Cái gì kiểm soát ma sát ở một đứt gãy? Tại sao đôi khi nó bị vỡ hay trượt chậm? 

Để hiểu được cơ chế này, các nhà địa chất đào sâu vào các đứt gãy để thu thập mẫu đá và đo trực tiếp lực căng.

Kết quả cho thấy rằng, phần lớn các trận động đất xảy ra ở ranh giới mảng kiến tạo, nơi tập trung phần lớn ứng suất. Các trận động đất mạnh nhất xảy ra ở Vành đai lửa Thái Bình Dương, đặc trưng bởi các đới hút chìm. 

Hiếm gặp hơn, động đất cũng có thể xảy ra bên trong các mảng, đặc biệt ở những nơi có các đứt gãy cũ chưa được phát hiện. 

Harold Tobin thông tin thêm: "Các lỗi không phải lúc nào cũng thể hiện những dấu hiệu rõ ràng trên bề mặt. Nhưng nhờ có Lidar, một phương pháp viễn thám bằng laser trên không cho phép đo địa hình Trái Đất đến từng chi tiết nhỏ nhất, các lỗi mới đã được phát hiện".

Nhà địa chấn học ngạc nhiên: "Với công nghệ Lidar, chúng tôi có thể nhìn xuyên qua thảm thực vật và do đó phát hiện ra những đứt gãy mà chúng tôi không biết đã tồn tại".

Đây là cách các nhà nghiên cứu Hàn Quốc phát hiện ra một đứt gãy chưa biết ở giữa rừng vào năm 2022.

Ngoài ra, các nhà địa chấn học đánh giá cường độ của các sự kiện trong quá khứ để xác định chính xác hơn các khu vực có nguy cơ.

Mặc dù thang Richter vẫn quen thuộc với công chúng, nhưng nó đã không được sử dụng trong cộng đồng khoa học từ  năm 1970, nhường chỗ cho khái niệm độ lớn, một thước đo phổ quát về lượng năng lượng được giải phóng. 

Harold Tobin giải thích: "Cường độ được đo theo thang logarit. Một trận động đất có cường độ 8 sẽ tạo ra sóng địa chấn mạnh gấp 10 lần so với trận động đất có cường độ 7 và giải phóng một lượng năng lượng lớn hơn 30 lần. 

Một trận động đất có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các tòa nhà từ  cường độ 6. Và ở cường độ 8, năng lượng giải phóng lớn hơn 900 lần".

Tuy nhiên, phép đo này vẫn chưa đủ để dự đoán tính chất hủy diệt của một trận động đất và các nhà khoa học cần bổ sung thêm địa chất cục bộ, khoảng cách từ tâm chấn cũng như độ sâu của tâm, nơi xảy ra chấn động. 

Những dữ liệu này giúp xác định cường độ của trận động đất. Càng ở gần nguồn động đất, chấn động sẽ càng mạnh và nguy hiểm hơn. 

Richard Walker nhấn mạnh: "Sóng địa chấn có sức tàn phá lớn nhất ở tần số cao, nhưng chúng tiêu tan nhanh chóng tùy thuộc vào khoảng cách truyền đi. Trong trường hợp xảy ra một trận động đất sâu hơn, một lượng lớn năng lượng sẽ bị suy giảm trước khi chạm tới tâm chấn". 

Ví dụ, tâm chấn của trận động đất xảy ra ở Maroc vào tháng 9/2023 nằm ở độ sâu 18km - được coi là rất nông - và tâm chấn, cách Marrakech, một trong những thành phố đông dân nhất ở Marrakech, 71km. 

Do đó, cường độ của trận động đất ở đó khá mạnh và đó là lý do tại sao nó bị thiệt hại nặng nề như vậy.

Dư chấn cũng có thể tàn phá

Ngoài ra, một trận động đất còn có thể trở nên tàn khốc hơn khi đi kèm với các dư chấn, tức là các chấn động thứ cấp. 

Chúng xảy ra khi chấn động của trận động đất chuyển ứng suất sang các phần liền kề của đứt gãy, gây ra các trận động đất khác.

Đây là những gì đã xảy ra ở Thổ Nhĩ Kỳ và Syria vào tháng 2/2023. Một cơn dư chấn mạnh 7,5 độ xảy ra vài phút sau trận động đất chính 7,8 độ. 

Đẩy nhanh việc phát hiện sớm sóng thần

Các trận động đất ở các quốc gia ven biển thường gây ra hàng loạt các đợt sóng có thể cao tới hơn 30 mét. Đây là một trong những thảm họa thiên nhiên có sức tàn phá mạnh nhất. 

Theo một nghiên cứu được các nhà địa chất Mỹ công bố vào năm 2022, sóng thần có nguồn gốc từ địa chấn chiếm 80%. Nhưng chúng cũng có thể được kích hoạt bởi các vụ lở đất dưới nước hoặc phun trào núi lửa.

Sóng thần chủ yếu xảy ra ở các đới hút chìm, nằm ở vùng nước nông. Kể từ trận sóng thần năm 2004 ở Ấn Độ Dương (230.000 người chết) và năm 2011 ở Nhật Bản (22.000 người chết), cộng đồng khoa học đã huy động nghiên cứu để giảm thiểu hậu quả của những thảm họa đó. 

Các chiến lược phát hiện sớm thiên tai này đã phát triển trong những năm gần đây, đặc biệt là nhờ những tiến bộ trong xử lý dữ liệu.

Ví dụ, Nhật Bản đã lắp đặt một mạng lưới đồng hồ đo áp suất rộng khắp dưới đáy biển ngoài khơi bờ biển của mình.

Các mô hình kỹ thuật số phân tích dữ liệu này theo thời gian thực và sau đó có thể nhanh chóng phát hiện nguy cơ một trận sóng thần xảy ra, thông tin có giá trị giúp cộng đồng có thời gian sơ tán.