Γενικά ο όρος "πρόγνωση σεισμών" σημαίνει ότι ο χώρος, ο χρόνος αλλά και το μέγεθος θα υπολογισθούν με κάποια μέθοδο σε κάμποσο χρόνο πρίν από την εκδήλωσή του. Ανεξάρτητα από την μέθοδο που θα χρησιμοποηθεί, η "πρόγνωση σεισμών" χαρακτηρίζεται, ανάλογα με το χρονικό παράθυρο της πρόγνωσης, σαν "μακροπρόθεσμη", "μεσοπρόθεσμη", και "βραχείας" διάρκειας. Στην πρώτη περίπτωση το χρονικό παράθυρο της πρόγνωσης είναι μερικών δεκαετιών. Σε αυτή την περίπτωση εντάσσονται ορισμένες περιοχές του Ελληνικού χώρου όπου ο χρόνος επανάληψης μεγάλων σεισμών είναι της τάξεως των 20 - 30 ετών. Η περίπτωση της μεσοπροθέσμου πρόγνωσης αναφέρεται σε χρονικό παράθυρο μερικών ετών, ενώ η βραχυπρόθεσμη πρόγνωση αναφέρεται σε οτι δήποτε μικρότερο χρονικό παράθυρο, πιθανόν και μέχρι μερικές ώρες.
Η γενικη θέση της επιστημονικής κοινότητας απέναντι στο θέμα της πρόγνωσης των σεισμών είναι ότι - η γή είναι ένα πολύπλοκο μη γραμμικό σύστημα - η λιθόσφερα μπορεί να ενεργοποιηθεί σεισμικά με πολύ μικρές αποκλίσεις των όλλων ενεργοποιημένων συνθηκών - λείπει ένα γενικώς αποδεκτό φυσικό μοντέλο που να δικαιολογεί την πολύπλοκη και μη γραμμική σεισμικότητα - η τυχαιότητα στην ενεργοποίηση μεγάλων διαρρήξεων (σεισμών) καλύπτει την δυνατότητα χρήσεως μικρών χρονικών παραθύρων- η εκδήλωση των σεισμών είναι στην πράξη στοχαστικό (τυχαίο) γεγονός και συνεπώς προσπάθειες για αναλυτική πρόγνωση φαίνονται απραγματοποιητες -τα ρήγματα αλλά και τα συστήματα ρηγμάτων είναι ανομοιογενή - η σεισμικότητα σχεδόν σε όλες τις κλίμακες είναι σχεδόν απούσα σε όλα τα ρήγματα πρίν από την εκδήλωση κάποιου μεγάλου σεισμού σε αυτό το ρήγμα - οι σεισμοί αντιδρούν στις μετεβολές των τάσεων από προηγούμενους σεισμούς αλλά η αντίδραση αυτή είναι πολύπλοκη - οι μεγάλοι σεισμοί συμβαίνουν με με πολύ μικρή συχνότητα ώστε να προβλεφθούν στατιστικά με ικανό βαθμό στατιστικών προϋποθέσεων - δεν υπάρχει ακόμη ικανοποιητική θεωρία σχετικά με την αρχική γέννεση ενός σεισμού - υπάρχει μόνο μία υποτυπώδης κατανόηση της φυσικής της διάρρηξης των πετρωμάτων κατά την διάρκεια ενός σεισμού - πρόγνωση σεισμών σημαίνει κατανόηση του φυσικού υποβάθρου του φαινομένου " (Natures debate on earthquake prediction, 1999) αξιόπιστα προγνωστικά φαινόμενα είναι όχι μόνο δύσκολο να προσδιορισθούν αλλά και ανύπαρκτα με μέσα στα συγκεκριμμένα πλαίσια της φυσικής - (Leary, 1997). Μία λεπτομερής βιβλιογραφική αναδρομή στο θέμα της πρόγνωσης των σεισμών έχει παρουσιασθεί από τον Geller (1997) ο οποίος καταλήγει ότι φαίνεται ότι η εκδήλωση συγκεκριμμένων (μεγάλων) σεισμών είναι αδύνατο να προβλεφθεί".
Το μεγαλύτερο μέρος της έρευνας, μέχρι σήμερα, στο θέμα αυτό, έχει επικεντρωθεί στην "χρονική πρόβλεψη" με την χρήση στατιστικών μεθόδων και μελετών του χρόνου επανάληψης μεγάλων σεισμών ενός σεισμογόνου χώρου. Με εξαίρεση ορισμένα περιορισμένα θετικά αποτελέσματα που αναφέρονται στην μακροπρόθεσμη πρόγνωση, η σχετική έρευνα δεν έχει προχωρήσει πολύ. Ο κύριος λόγος της δυσκολίας της έρευνας δικαιολογείται από το φυσικό μοντέλο του "ελατηρίου" (σχ. 1) που έχει προταθεί από τους Shimazaki και Nakata, (1980)
Fig. 1. Το μοντέλο τάσεως "ελατηρίου"(από Shimazaki και Nakata, 1980)
Σε πραγματικές συνθήκες μηχανικού φορτίου τάσεων και αντιστοίχου διάρρηξης ενός πετρώματος στον εστιακό χώρο ενός σεισμού, όλα τα προηγούμενα μηχανικά μοντέλα μπορούν να συνυπάρχουν και να εναλλάσονται σε μικρές χρονικές περιόδους έτσι ώστε η ολοκληρωμένη (μακροσκοπική) μηχανική συμπεριφορά του εστιακού χώρου να είναι πολύ πολύπλοκη ώστε να μελετηθεί ακόμη και με στατιστικές μεθόδους. Ως εκ τούτου ο χαοτικός χαρακτήρας της γέννεσης ενός σεισμού έχει γίνει αποδεκτός από την πλειοψηφία των σεισμολόγων κυρίως, και κατά συνέπεια στην προσπάθεια της έρευνας για την χρονική πρόγνωση των σεισμών έχουν εισαχθεί και εφαρμοσθει στατιστικές κυρίως μέθοδοι.
Για να γίνει μία πρόβλεψη ενός σεισμού απαιτείται και οι τρείς παράμετροι (χώρος, χρόνος, μέγεθος) να υπολογισθούν πρίν από την εκδήλωσή του μέσα σε ορισμένα και αποδεκτά όρια σφάλματος.
Για τον σκοπό αυτό έχουν εφαρμοσθεί πολλές και διαφορετικές ερευνητικές προσπάθειες. Εν τούτοις πρέπει να τονισθεί ότι η πλειονότητα στην βιβλιογραφία της πρόγνωσης των σεισμών αναφέρεται μόνο στην μία παράμετρο, αυτή του χρόνου εκδήλωσης του σεισμού. Ο υπολογισμός του επικέντρου ενός επικειμένου σεισμού έχει μελετηθεί σε πολύ λιγότερες περιπτώσεις, ενώ σε πάρα πολύ λίγες έχει μελετηθεί το μέγεθος του επικειμένου σεισμού.
Μελέτες χρόνου γέννεσης (χρονική πρόγνωση) ενός μεγάλου σεισμού έχουν γίνει κυρίως με στατιστικές μεθόδους, προϋποθέτοντας ένα ελάχιστο όριο μεγέθους σεισμών και μία συγκεκριμμένη σεισμογόνο περιοχή, σε μία προσπάθεια να υπολογισθεί ο χρόνος επανάληψης σεισμών τέτοιου μεγέθους για τον χώρο αυτό.
Για τους λόγους που αναφέρθηκαν προηγουμένως (μοντέλο "ελατηρίου") οι μέθοδοι αυτές απεδείχθη ότι δεν μπορούν να δώσουν αξιόπιστα αποτελέσματα.
Μελέτες επικεντρικής περιοχής έγιναν κυρίως με στατιστικές μεθόδους που εφαρμόστηκαν σε συγκεκριμμένες τεκτονικές δομές ευρύτερων σεισμογόνων χώρων. Στενές ζώνες διάρρηξης που στο παρελθόν είχαν εκδηλώσει σεισμική δραστηριότητα, μελετήθηκαν στατιστικά σε μία προσπάθεια να εντοπισθεί το τμήμα της διάρρηξης αυτής στο οποίο ενας μελλοντικός σεισμός μπορούσε να συμβεί. Τα αποτελέσματα της μεθοδολογίας αυτής δεν ήταν και τόσο ικανοποιητικά. Στατιστικοί αλγόριθμοι όπως ο CN (Keilis-Borok et al., 1990a) και ο M8 (Keilis-Borok et al., 1990b) μελετούν συγχρόνως τον πιθανό χρόνο γέννεσης σε συνδυασμό με την χωρική κατανομή της αυξημένης πιθανότητας TIPs (Time of Increased Probability) ενός μεγάλου επικείμενου σεισμού.
Αλλοι ερευνητές ακολούθησαν τελείως διαφορετική προσέγγιση στο θέμα αυτό. Σε παλαιότερες εργασίες των Thanassoulas (1982), Varotsos and Alexopoulos (1984a,b) και πιό πρόσφατες των Meyer και Teisseyre (1988) Thanassoulas και Tselentis (1993), έχει δειχθεί ότι πριν από μεγάλους σεισμούς, πολύ συχνά, προηγούνται ηλεκτρικά σήματα διαφόρων τύπων. Κατά συνέπεια, αντιστρέφοντας το αντίστοιχο ηλεκτρικό πεδίο που έχει την προέλευσή του στον ευρύτερο εστιακό χώρο, είναι δυνατόν να υπολογισθεί όχι μόνο η επικεντρική περιοχή (Thanassoulas 1991, 2001; Ifantis et al. 1993), με μία αποδεκτή ακρίβια αλλά και να περιορίσει το χρονικό παράθυρο μέχρι του ορίου μερικών μόνο ημερών. Αυτό προκύπτει από το γεγονός ότι τα ηλεκτρικά σήματα παράγονται από τους διαφόρους μηχανισμούς (Thanassoulas 1982, 1991) στον εστιακό χώρο, που ενεργοποιούνται κατά την τελευταία φάση (Mjachkin et al. 1975) της προετοιμασίας ενός μεγάλου σεισμού, και κατά συνέπεια περιορίζουν το χρονικό παράθυρο εκδήλωσης ενός σεισμού αντίστοιχα.
Οι μελέτες μεγέθους ενός επικειμένου μεγάλου σεισμού έχουν τον μικρότερο αριθμό στην σεισμολογική βιβλιογραφία. Η στατιστική μελέτη της σεισμικής προϊστορίας καθώς και η μελέτη των διαστάσεων των μελετομένων τεκτονικών δομών ενός σεισμογόνου χώρου, δίνουν μερικές πρωταρχικές ενδείξεις για το πιθανό μέγεθος ενός επικειμένου μεγάλου σεισμού.
Τελικά από την σεισμολογική κοινότητα λείπει παντελώς ένα φυσικό μοντέλο το οποίο θα μπορεί να δικαιολογήσει τον υπολογισμό των σεισμικών παραμέτρων πρόγνωσης ενός μεγάλου μελλοντικού σεισμού.
Το βασικό σημείο αυτής της μελέτης είναι ότι οι διαφορετικές παράμετροι πρόγνωσης ενός σεισμού πολύ πιθανά, απαιτούν την εφαρμογή διαφορετικών φυσικών μοντέλων για τον υπολογισμό τους. Επιπλέον τα φυσικά αυτά μοντέλα θα πρέπει να συμφωνούν μεταξύ τους.
Μέχρι σήμερα τα ακόλουθα φυσικά μοντέλα έχουν προταθεί και εφαρμοσθεί για τον υπολογισμό των διαφόρων προγνωστικών παραμέτρων:
Το φυσικό μοντέλο της ταλαντούμενης λιθοσφαιρικής πλάκας βάσει του οποίου γίνεται η χρονική πρόγνωση ενός μεγάλου σεισμού παρουσιάστηκε πρόσφατα από τον Thanassoulas et al. (2001). Ο χρόνος εκδήλωσης ενός μεγάλου σεισμού υπολογίζεται, σε συνδυασμό με την ύπαρξη των ηλεκτρικών σημάτων, με πολύ καλή ακρίβεια (+/- 1 ημέρα, +/- 1 ώρα) μερικές ημέρες πρίν από την εκδήλωση του σεισμού. Αυτό επιτυγχάνεται με την μελέτη των μεγίστων - ελαχίστων της φόρτισης τάσεων της λιθόσφαιρας που δημιουργούνται από την συνδυασμένη κίνηση των λιθοσφαιρικών πλακών και την εξηναγκασμένη ταλάντωση της λόγω των επιδράσεων των κυμάτων "tidal". Η εργασία αυτή συμπληρώνει τα αποτελέσματα παλαιοτέρων μελετών (Knopoff 1964, Ryabl et al. 1968, Shlien 1972, Molher 1980, Heaton 1982, Sounau et al. 1982, Shirley 1988) στην σεισμολογική έρευνα η οποία έδειξε ότι τα κύματα "tidal" έχουν μία επίδραση διέγερσης στη σεισμικότητα μιάς περιοχής και κατά συνέπεια εισαγάγουν το αντίστοιχο φυσικό μοντέλο. Ο πρόσφατα προταθείς μηχανισμός LURR (Load Unload Response Ratio, Xiang-chu et al. 1994, 1995, 1996) φαίνεται ότι έχει στενή σχέση με την λιθοσφαιρική ταλάντωση λόγω των κυμάτων "tidal" (Pararas-Karayannis, 2001) και ως εκ τούτου μπορεί να εφαρμοσθεί στις διάφορες φυσικές παραμέτρους που παρουσιάζουν τον ίδιο ταλαντούμενο χαρακτήρα.
Σαν αποτέλεσμα της επέκτασης της ταλαντούμενης λιθόσφαιρας προκύπτει το μοντέλο στο οποίο βασίζεται ο υπολογισμός του επικέντρου ενός επικειμένου σεισμού. Κατά τα μέγιστα/ελάχιστα του πλάτους της ταλάντωσης της λιθόσφαιρας, όταν η φόρτισης τάσεων της είναι κοντά στο μέγιστο, πρωτού εκδηλωθεί ένας μεγάλος σεισμός, ενεργοποιούνται πιεζοηλεκτρικά φαινόμενα (Thanassoulas et al. 1986, 1993). Τα δημιουργούμενα ηλεκτρικά πεδία μπορούν να καταγραφούν σε μεγάλες αποστάσεις, να αντιστραφούν και μετά από τριγωνισμό, χρησιμοποιόντας τουλάχιστον τρείς σταθμούς καταγραφής, να υπολογισθεί το επίκεντρο με πολύ καλή ακρίβεια (Thanassoulas, 1991).
Το μοντέλο ενεργειακής ροής της λιθόσφαιρας. Αυτό που λείπει ακόμη είναι ένα φυσικό μοντέλο στο οποίο θα βασίζεται ο υπολογισμός της παραμέτρου του "μεγέθους" για την πρόγνωση ενός μεγάλου σεισμού. Το προτεινόμενο μοντέλο θα αναφέρεται στο εξής ως "λιθοσφαιρικό μοντέλο ροής ενέργειας". Στο μοντέλο αυτό στηρίζεται ο υπολογισμός του μεγέθους ενός επικειμένου σεισμού και συμπληρώνει τα δύο προηγούμενα μοντέλα, ολοκληρώνοντας έτσι την τριλογία του που (Thanassoulas 1991, η πρώτη εργασία), πότε (Thanassoulas et. al. 2001, η δεύτερη εργασία) και του τι μέγεθος (Thanassoulas et al. 2001, η τρίτη εργασία) για την πρόγνωση ενός μεγάλου σεισμού.
Το ερώτημα που τίθεται μετά από όλα αυτά είναι : Οι μεγάλοι σεισμοί είναι όλοι προβλέψιμοι? Η απάντηση δεν είναι απόλυτη. Γενικά για να απαντηθεί θετικά η προηγούμενη ερώτηση πρέπει ο επικείμενος σεισμός να έχει την δυνατότητα να δημιουργεί πρόδρομα φαινόμενα διακρίσιμα επάνω από τον θόρυβο του υποβάθρου, της μεθόδου που θα χρησιμοποιηθεί για προγνωστικούς σκοπούς. Αυτό προϋποθέτει αποθήκευση μεγάλης ενέργειας στον εστιακό χώρο. Σε μία τέτοια περίπτωση θα πρέπει τα πρόδρομα φαινόμενα να μπορούν μέσω της εφαρμοζομένης μεθοδολογίας να δώσουν απάντηση στα ερωτήματα του "που", "πότε" και με "τι μέγεθος" σχετικά με τον επικείμενο σεισμό. Μέχρι σήμερα δεν έχει παρουσιασθεί ούτε μία μεθοδολογία που να απαντά συγχρόνως και στα τρία ερωτήματα. Ακόμη οι σεισμοί που εκδηλώνονται σε διάφορα βάθη, λόγω των διαφορετικών ιδιοτήτων των πετρωμάτων στα διάφορα βάθη, συμπεριφέρονται διαφορετικά ως προς την δημιουργία προδρόμων φαινομένων. Οι σεισμοί που εκδηλώνονται μέσα στην λιθόσφαιρα και μέχρι ένα βάθος έως και 40 χιλιομέτρων περίπου, εκδηλώνουν διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες όσον αφορά τα προδρομα φαινόμενα από αυτούς που συμβαίνουν βαθύτερα.
Στην μεθοδολογία που θα παρουσιασθεί λαμβάνονται υπόψιν κυρίως οι σεισμοί που εκδηλώνονται σε αυτή την περιοχή της λιθόσφαιρας (τα πρώτα 40 Km) όπου οι ηλεκτρικές ιδιότητες είναι συγκεκριμμένες, διευκολύνουν την δημιουργία ηλεκτρικών προδρόμων φαινομένων καθώς και την εφαρμογή της μεθοδολογίας που θα παρουσιασθεί. Επιπλέον για την απάντηση κάθε ερωτήματος προγνωστικής παραμέτρου, απαιτείται ένα διαφορετικό φυσικό μοντέλο. Ετσι, στις σελίδες που θα ακολουθήσουν τα διαφορετικά αυτά φυσικά μοντέλα θα παρουσιασθούν καθώς και ο τρόπος που δίδουν απαντήσεις για την κάθε προγνωστική παράμετρο.
Με δύο λέξεις, θα δείξουμε ότι οι μεγάλοι σεισμοί (οι πιό πολλοί απο αυτούς) είναι δυνατόν να προβλεφθούν με μεγάλη ακρίβεια, για όλες τις παραμέτρους τους, με την χρήση αναλυτικών μεθόδων (σε αντίθεση με τις στατιστικές), ολίγης φυσικής και παρά τις αντιρήσεις των επιστημόνων του αντικειμένου που επιμένουν χρόνια τώρα περί του αντιθέτου.
