Método VAN - VAN method

O método VAN - nomeado após P. Varotsos , K. Alexopoulos e K. Nomicos, autores dos artigos de 1981 que o descrevem - mede sinais elétricos de baixa frequência, denominados "sinais elétricos sísmicos" (SES), pelos quais Varotsos e vários colegas afirmaram previram terremotos com sucesso na Grécia. Tanto o método em si quanto a maneira pela qual as previsões bem-sucedidas foram reivindicadas foram severamente criticados. Apoiadores do VAN responderam às críticas, mas os críticos não se retrataram.

Desde 2001, o grupo VAN introduziu um conceito que chamam de "tempo natural", aplicado à análise de seus precursores. Inicialmente é aplicado no SES para distingui-los do ruído e relacioná-los a um possível terremoto iminente. Em caso de verificação (classificação como "atividade SES"), a análise do tempo natural é adicionalmente aplicada à sismicidade geral subsequente da área associada à atividade SES, a fim de melhorar o parâmetro de tempo da previsão. O método trata o início do terremoto como um fenômeno crítico .

Depois de 2006, a VAN disse que todos os alarmes relacionados à atividade SES foram tornados públicos postando em arxiv.org . Um desses relatórios foi publicado em 1º de fevereiro de 2008, duas semanas antes do mais forte terremoto na Grécia durante o período de 1983-2011. Este terremoto ocorreu em 14 de fevereiro de 2008, com magnitude (Mw) 6,9. O relatório da VAN também foi descrito em um artigo no jornal Ethnos em 10 de fevereiro de 2008. No entanto, Gerassimos Papadopolous reclamou que os relatórios da VAN eram confusos e ambíguos e que "nenhuma das alegações de previsões bem-sucedidas da VAN é justificada", mas isso reclamação foi respondida sobre o mesmo problema

Descrição do método VAN

A previsão de terremotos com este método é baseada na detecção, registro e avaliação de sinais elétricos sísmicos ou SES. Esses sinais elétricos têm um componente de frequência fundamental de 1 Hz ou menos e uma amplitude cujo logaritmo é dimensionado com a magnitude do terremoto . De acordo com os proponentes do VAN, os SES são emitidos por rochas sob tensões causadas por forças de placas tectônicas. Existem três tipos de sinal elétrico relatado:

  • Sinais elétricos que ocorrem pouco antes de um grande terremoto. Sinais desse tipo foram registrados 6,5 horas antes do terremoto de Kobe, em 1995, no Japão, por exemplo.
  • Sinais elétricos que ocorrem algum tempo antes de um grande terremoto.
  • Uma variação gradual no campo elétrico da Terra algum tempo antes de um terremoto.

Várias hipóteses foram propostas para explicar o SES:

  • Fenômenos relacionados ao estresse: sinais elétricos sísmicos são talvez atribuídos ao comportamento piezoelétrico de alguns minerais , especialmente quartzo , ou a efeitos relacionados ao comportamento de defeitos cristalográficos sob estresse ou deformação. Séries de SES, chamadas de atividades SES (que são registradas antes de grandes terremotos), podem aparecer algumas semanas a alguns meses antes de um terremoto, quando o estresse mecânico atinge um valor crítico. A geração de sinais elétricos por minerais sob alto estresse levando à fratura foi confirmada com experimentos de laboratório.
  • Fenômenos termoelétricos: Alternativamente, pesquisadores chineses propuseram um mecanismo que depende do efeito termoelétrico na magnetita.
  • Fenômenos da água subterrânea: Três mecanismos foram propostos com base na presença de água subterrânea na geração de SES. O efeito eletrocinético está associado ao movimento da água subterrânea durante uma mudança na pressão dos poros. O efeito dínamo sísmico está associado ao movimento de íons na água subterrânea em relação ao campo geomagnético, pois uma onda sísmica cria deslocamento. A polarização circular seria característica do efeito dínamo sísmico, e isso tem sido observado tanto para eventos sísmicos artificiais quanto naturais. Um efeito de ionização de radônio, causado pela liberação de radônio e subsequente ionização de material em águas subterrâneas, também pode estar ativo. O principal isótopo do radônio é radioativo com meia-vida de 3,9 dias, e o decaimento nuclear do radônio é conhecido por ter um efeito ionizante no ar. Muitas publicações relataram aumento da concentração de radônio nas proximidades de algumas falhas tectônicas ativas algumas semanas antes de eventos sísmicos fortes. No entanto, uma forte correlação entre anomalias de radônio e eventos sísmicos não foi demonstrada.

Embora o efeito eletrocinético possa ser consistente com a detecção de sinal a dezenas ou centenas de quilômetros de distância, os outros mecanismos requerem um segundo mecanismo para contabilizar a propagação:

  • Transmissão de sinal ao longo das falhas: Em um modelo, os sinais elétricos sísmicos se propagam com atenuação relativamente baixa ao longo das falhas tectônicas , devido ao aumento da condutividade elétrica causada pela intrusão de água subterrânea na (s) zona (s) de falha ou pelas características iônicas dos minerais .
  • Circuito de rocha: no modelo com defeito, a presença de portadores de carga e orifícios pode ser modelada como formando um circuito extenso.

Os sinais sísmicos elétricos são detectados em estações compostas por pares de eletrodos (orientados NS e EW) inseridos no solo, com amplificadores e filtros. Os sinais são então transmitidos aos cientistas da VAN em Atenas, onde são gravados e avaliados. Atualmente a equipe VAN opera 9 estações, enquanto no passado (até 1989) eles podiam pagar até 17.

A equipe da VAN afirmou que foi capaz de prever terremotos de magnitude maior que 5, com uma incerteza de 0,7 unidades de magnitude, em um raio de 100 km e em uma janela de tempo variando de várias horas a algumas semanas. Vários artigos confirmaram essa taxa de sucesso, levando a uma conclusão estatisticamente significativa. Por exemplo, houve oito terremotos M ≥ 5,5 na Grécia de 1º de janeiro de 1984 a 10 de setembro de 1995, e a rede VAN previu seis deles.

O método VAN também foi usado no Japão, mas nas primeiras tentativas o sucesso comparável ao alcançado na Grécia foi "difícil" de obter. Uma investigação preliminar de sinais elétricos sísmicos na França levou a resultados encorajadores.

Previsão de terremotos usando análise de "tempo natural"

Desde 2001, a equipe da VAN tem tentado melhorar a precisão da estimativa do tempo do terremoto que se aproxima. Para tanto, introduziram o conceito de tempo natural , uma técnica de análise de séries temporais que atribui peso a um processo baseado na ordenação dos eventos. Dois termos caracterizar cada evento, o "tempo natural" χ , ea energia Q . χ é definido como k / N , onde k é um número inteiro (o k- ésimo evento) e N é o número total de eventos na sequência de tempo dos dados. Um termo relacionado, p k , é a razão Q k / Q total , que descreve a energia fracionada liberada. Eles introduzem um termo crítico κ , a "variação no tempo natural", que coloca um peso extra no termo de energia p k :

onde e

Seu método atual considera SES válido quando κ = 0,070. Uma vez que o SES é considerado válido, uma segunda análise é iniciada na qual os eventos sísmicos subsequentes (em vez de elétricos) são anotados, e a região é dividida como um diagrama de Venn com pelo menos dois eventos sísmicos por retângulo sobreposto. Quando a distribuição de κ para as regiões retangulares tem seu máximo em κ = 0,070, um evento sísmico crítico é iminente, ou seja, ocorrerá em alguns dias a uma semana ou mais, e um relatório será emitido.

Resultados

A equipe VAN afirma que de sete tremores principais com magnitude Mw> = 6,0 de 2001 a 2010 na região de latitude N 36 ° a N 41 ° e longitude E 19 ° a E 27 °, todos, exceto um, poderiam ser classificados com SES relevante atividade identificada e relatada com antecedência por meio de análise de tempo natural. Além disso, eles afirmam que o tempo de ocorrência de quatro desses choques principais com magnitude Mw> = 6,4 foram identificados dentro de "uma faixa estreita, de alguns dias a cerca de uma semana ou mais." Esses relatórios são inseridos em papéis alojados no arXiv, e novos relatórios são feitos e carregados lá. Por exemplo, um relatório que antecedeu o mais forte terremoto na Grécia durante o período de 1983-2011, ocorrido em 14 de fevereiro de 2008, com magnitude (Mw) 6,9, foi publicado no arXiv quase duas semanas antes, em 1º de fevereiro de 2008. Uma descrição do método VAN atualizado foi coletado em um livro publicado pela Springer em 2011, intitulado "Análise do tempo natural: a nova visão do tempo".

A análise do tempo natural também afirma que a conexão física das atividades SES com os terremotos é a seguinte: Considerando que a ocorrência do terremoto é uma mudança de fase (fenômeno crítico), onde a nova fase é a ocorrência do choque principal, o termo de variância mencionado acima κ é o parâmetro de ordem correspondente. O valor κ calculado para uma janela que compreende uma série de eventos sísmicos comparáveis ​​ao número médio de terremotos que ocorrem dentro de alguns meses, flutua quando a janela está deslizando através de um catálogo sísmico. A equipe VAN afirma que essas flutuações κ apresentam um mínimo de alguns meses antes da ocorrência de um choque principal e, além disso, esse mínimo ocorre simultaneamente com o início da atividade SES correspondente, e que esta é a primeira vez na literatura que tal aparecimento simultâneo de dois fenômenos precursores em conjuntos de dados independentes de diferentes observáveis ​​geofísicos (medições elétricas, sismicidade) foram observados. Além disso, a equipe VAN afirma que sua análise de tempo natural do catálogo sísmico do Japão durante o período de 1 de janeiro de 1984 até a ocorrência do terremoto de magnitude 9,0 Tohoku em 11 de março de 2011, revelou que tais mínimos claros das flutuações κ apareceram antes de todos os grandes terremotos com magnitude 7,6 ou maior. O mais profundo desses mínimos ocorreu em 5 de janeiro de 2011, ou seja, quase dois meses antes da ocorrência do terremoto de Tohoku. Finalmente, ao dividir a região japonesa em pequenas áreas, a equipe VAN afirma que algumas pequenas áreas mostram o mínimo das flutuações κ quase simultaneamente com a grande área que cobre todo o Japão e essas pequenas áreas agrupadas dentro de algumas centenas de quilômetros do epicentro real de o grande terremoto iminente.

Críticas à VAN

Historicamente, a utilidade do método VAN para previsão de terremotos tem sido motivo de debate. As críticas positivas e negativas a uma concepção mais antiga do método VAN estão resumidas no livro de 1996 "A Critical Review of VAN", editado por Sir James Lighthill. Uma revisão crítica da metodologia estatística foi publicada por YY Kagan da UCLA em 1997. Observe que essas críticas são anteriores aos métodos de análise de séries temporais introduzidos pelo grupo VAN em 2001. Os principais pontos das críticas foram:

Sucesso preditivo

Os críticos dizem que o método VAN é prejudicado pela falta de testes estatísticos de validade da hipótese porque os pesquisadores estão sempre mudando os parâmetros (a técnica de movimentação dos postes ).

A VAN afirmou ter observado em uma estação de gravação em Atenas um registro perfeito de uma correlação um-para-um entre SESs e terremoto de magnitude ≥ 2,9 que ocorreu 7 horas depois em toda a Grécia. No entanto, Max Wyss disse que a lista de terremotos usada para a correlação era falsa. Embora a VAN declarasse em seu artigo que a lista de terremotos era a do Boletim do Observatório Nacional de Atenas (NOA), Wyss descobriu que 37% dos terremotos realmente listados no boletim, incluindo o maior, não estavam na lista usado pela VAN para emitir sua reclamação. Além disso, 40% do terremoto que a VAN alegou ter ocorrido não constava do boletim da NOA. Examinando a probabilidade de correlação casual de outro conjunto de 22 afirmações de previsões bem-sucedidas por VAN de M> 4,0 de 1º de janeiro de 1987 a 30 de novembro de 1989, descobriu-se que 74% eram falsas, 9% correlacionadas ao acaso e para 14% a correlação era incerta. Nenhum evento único se correlacionou com uma probabilidade maior que 85%, enquanto o nível exigido nas estatísticas para aceitar um teste de hipótese como positivo seria mais comumente 95%.

Em resposta à análise de Wyss das descobertas da NOA, a VAN disse que as críticas foram baseadas em mal-entendidos. A VAN disse que os cálculos sugeridos por Wyss levariam a um paradoxo, ou seja, a valores de probabilidade maiores que a unidade, quando aplicados a um método ideal de previsão de terremotos. Outras avaliações independentes disseram que o VAN obteve resultados estatisticamente significativos.

Os principais sismólogos não estão convencidos de nenhuma das refutações da VAN. Em 2011, a ICEF concluiu que a capacidade de previsão otimista alegada pela VAN não poderia ser validada. A maioria dos sismólogos considera que o VAN foi "retumbantemente desmascarado".

Uyeda e outros em 2011, porém, apoiaram o uso da técnica. Em 2018, a significância estatística do método foi revisitada pelo grupo VAN empregando técnicas modernas, como a análise de coincidência de eventos (ECA) e a característica de operação do receptor (ROC), que eles interpretaram para mostrar que os SES exibem informações precursoras muito além do acaso.

Mecanismo de propagação SES proposto

Uma análise das propriedades de propagação do SES na crosta terrestre mostrou que é impossível que sinais com a amplitude relatada pelo VAN possam ter sido gerados por pequenos terremotos e transmitidos ao longo de várias centenas de quilômetros entre o epicentro e a estação receptora. Com efeito, se o mecanismo é baseado em piezoeletricidade ou carga elétrica de deformações de cristal com o sinal viajando ao longo das falhas, então nenhum dos terremotos que a VAN alegou ter sido precedido por SES gerou um SES. A VAN respondeu que tal análise das propriedades de propagação do SES é baseada em um modelo simplificado da Terra em camadas horizontais e que isso difere muito da situação real, uma vez que a crosta terrestre contém inomogeneidades. Quando estes últimos são levados em consideração, por exemplo, considerando que as falhas são eletricamente mais condutivas do que o meio circundante, a VAN acredita que os sinais elétricos transmitidos a distâncias da ordem de cem quilômetros entre o epicentro e a estação receptora têm amplitudes comparáveis àqueles relatados pela VAN.

Problemas de compatibilidade eletromagnética

As publicações da VAN são ainda mais enfraquecidas pelo fracasso em abordar o problema de eliminação das muitas e fortes fontes de mudança no campo magnetoelétrico medido por eles, como correntes telúricas do clima e interferência eletromagnética (EMI) de sinais feitos pelo homem. Um artigo crítico (Pham et al 1998) correlaciona claramente um SES usado pelo grupo VAN com transmissões de rádio digital feitas de uma base militar. Em um artigo subsequente, a VAN disse que esse ruído proveniente de transmissores de rádio digital do banco de dados militar foi claramente distinguido do SES verdadeiro, seguindo os critérios desenvolvidos pela VAN. Um trabalho adicional na Grécia por Pham et al em 2002 rastreou "sinais elétricos transitórios anômalos" do tipo SES de volta a fontes humanas específicas e descobriu que tais sinais não são excluídos pelos critérios usados ​​pela VAN para identificar SES.

Em 2003, métodos modernos de física estatística, ou seja, análise de flutuação destendida (DFA), DFA multifractal e transformada wavelet revelaram que SES são claramente distintos daqueles produzidos por fontes humanas, uma vez que os primeiros sinais exibem correlações de longo alcance muito fortes, enquanto os últimos sinais não. Um trabalho publicado em 2020 examinou a significância estatística dos mínimos das flutuações do parâmetro de ordem κ1 da sismicidade por análise de coincidência de eventos como um possível precursor de fortes terremotos em nível regional e global. Os resultados mostram que esses mínimos são realmente precursores de terremotos estatisticamente significativos. Em particular, nos estudos regionais a defasagem de tempo foi considerada totalmente compatível com a constatação de que esses mimima são simultâneos com o início das atividades de SES, portanto, a distinção dos últimos sinais precursores daqueles produzidos por fontes humanas é evidente.

Políticas públicas

Finalmente, um requisito para qualquer método de previsão de terremotos é que, para que qualquer previsão seja útil, ela deve prever um terremoto próximo dentro de um prazo, epicentro e magnitude razoáveis. Se a previsão for muito vaga, nenhuma decisão viável (como evacuar a população de uma determinada área por um determinado período de tempo) pode ser tomada. Na prática, o grupo VAN emitiu uma série de telegramas na década de 1980. Durante o mesmo período, a técnica também perdeu grandes terremotos, no sentido de que "para terremotos com Mb≥5,0, a proporção do previsto para o número total de terremotos é 6/12 (50%) e a taxa de sucesso do a previsão também é 6/12 (50%) com o ganho de probabilidade de um fator de 4. Com um nível de confiança de 99,8%, a possibilidade dessa taxa de sucesso ser explicada por um modelo aleatório de ocorrência de terremoto levando em consideração o fator regional que inclui alta sismicidade na área de previsão, pode ser rejeitada ". Este estudo conclui que "o exame estatístico das previsões do SES provou altas taxas de predição de sucesso e eventos previstos com alto ganho de probabilidade. Isso sugere uma conexão física entre o SES e os terremotos subsequentes, pelo menos para um evento de magnitude de Ms≥5" . As previsões do método VAN inicial levaram a críticas públicas e o custo associado a alarmes falsos gerou má vontade. Em 2016, o Sindicato dos Físicos Gregos homenageou P. Varotsos por seu trabalho na VAN com um prêmio entregue pelo Presidente da Grécia .

Veja também

Notas

Referências

links externos