Método VAN - VAN method

El método VAN , que lleva el nombre de P. Varotsos , K. Alexopoulos y K. Nomicos, autores de los artículos de 1981 que lo describen, mide señales eléctricas de baja frecuencia, denominadas "señales eléctricas sísmicas" (SES), mediante las cuales Varotsos y varios colegas afirmaron que han predicho con éxito terremotos en Grecia. Tanto el método en sí como la manera en que se afirmaron las predicciones exitosas han sido severamente criticadas. Los partidarios de VAN han respondido a las críticas, pero los críticos no se han retractado de sus puntos de vista.

Desde 2001, el grupo VAN ha introducido un concepto que denominan "tiempo natural", aplicado al análisis de sus precursores. Inicialmente se aplica en SES para distinguirlos del ruido y relacionarlos con un posible terremoto inminente. En caso de verificación (clasificación como "actividad SES"), el análisis de tiempo natural se aplica adicionalmente a la sismicidad general posterior del área asociada a la actividad SES, con el fin de mejorar el parámetro de tiempo de la predicción. El método trata el inicio de un terremoto como un fenómeno crítico .

Después de 2006, VAN dice que todas las alarmas relacionadas con la actividad de SES se han hecho públicas mediante su publicación en arxiv.org . Uno de esos informes se publicó el 1 de febrero de 2008, dos semanas antes del terremoto más fuerte en Grecia durante el período 1983-2011. Este terremoto ocurrió el 14 de febrero de 2008, con magnitud (Mw) 6,9. El informe de VAN también se describió en un artículo del periódico Ethnos el 10 de febrero de 2008. Sin embargo, Gerassimos Papadopolous se quejó de que los informes de VAN eran confusos y ambiguos, y que "ninguna de las afirmaciones de predicciones de VAN exitosas está justificada", pero esto La queja fue respondida sobre el mismo tema.

Descripción del método VAN

La predicción de terremotos con este método se basa en la detección, registro y evaluación de señales eléctricas sísmicas o SES. Estas señales eléctricas tienen un componente de frecuencia fundamental de 1 Hz o menos y una amplitud cuyo logaritmo escala con la magnitud del terremoto . Según los defensores de VAN, los SES son emitidos por rocas sometidas a tensiones causadas por fuerzas tectónicas de placas. Hay tres tipos de señales eléctricas informadas:

  • Señales eléctricas que ocurren poco antes de un gran terremoto. Las señales de este tipo se registraron 6,5 horas antes del terremoto de Kobe de 1995 en Japón, por ejemplo.
  • Señales eléctricas que ocurren algún tiempo antes de un gran terremoto.
  • Una variación gradual en el campo eléctrico de la Tierra algún tiempo antes de un terremoto.

Se han propuesto varias hipótesis para explicar el SES:

  • Fenómenos relacionados con el estrés: las señales eléctricas sísmicas se atribuyen quizás al comportamiento piezoeléctrico de algunos minerales , especialmente el cuarzo , oa efectos relacionados con el comportamiento de defectos cristalográficos bajo estrés o deformación. Las series de SES, denominadas actividades de SES (que se registran antes de los grandes terremotos), pueden aparecer unas semanas o unos meses antes de un terremoto cuando la tensión mecánica alcanza un valor crítico. La generación de señales eléctricas por minerales sometidos a una gran tensión que conducen a la fractura se ha confirmado con experimentos de laboratorio.
  • Fenómenos termoeléctricos: alternativamente, los investigadores chinos propusieron un mecanismo que se basa en el efecto termoeléctrico en la magnetita.
  • Fenómenos de las aguas subterráneas: Se han propuesto tres mecanismos que dependen de la presencia de aguas subterráneas en la generación de SES. El efecto electrocinético está asociado con el movimiento del agua subterránea durante un cambio en la presión de los poros. El efecto dínamo sísmico está asociado con el movimiento de iones en el agua subterránea en relación con el campo geomagnético cuando una onda sísmica crea un desplazamiento. La polarización circular sería característica del efecto dínamo sísmico, y esto se ha observado tanto para eventos sísmicos artificiales como naturales. También puede estar activo un efecto de ionización del radón, causado por la liberación de radón y la posterior ionización del material en las aguas subterráneas. El principal isótopo del radón es radiactivo con una vida media de 3,9 días, y se sabe que la desintegración nuclear del radón tiene un efecto ionizante en el aire. Muchas publicaciones han informado de un aumento de la concentración de radón en las proximidades de algunas fallas tectónicas activas unas semanas antes de los fuertes eventos sísmicos. Sin embargo, no se ha demostrado una fuerte correlación entre las anomalías del radón y los eventos sísmicos.

Si bien el efecto electrocinético puede ser consistente con la detección de señales a decenas o cientos de kilómetros de distancia, los otros mecanismos requieren un segundo mecanismo para tener en cuenta la propagación:

  • Transmisión de señales a lo largo de las fallas: en un modelo, las señales eléctricas sísmicas se propagan con una atenuación relativamente baja a lo largo de las fallas tectónicas , debido al aumento de la conductividad eléctrica causada por la intrusión de agua subterránea en la (s) zona (s) de falla o por las características iónicas de los minerales. .
  • Circuito de roca: en el modelo de defecto, la presencia de portadores de carga y agujeros se puede modelar como un circuito extenso.

Las señales eléctricas sísmicas se detectan en estaciones que consisten en pares de electrodos (orientados NS y EW) insertados en el suelo, con amplificadores y filtros. Luego, las señales se transmiten a los científicos de VAN en Atenas, donde se registran y evalúan. Actualmente, el equipo de VAN opera 9 estaciones, mientras que en el pasado (hasta 1989) podían permitirse hasta 17.

El equipo de VAN afirmó que pudieron predecir terremotos de magnitud superior a 5, con una incertidumbre de 0,7 unidades de magnitud, dentro de un radio de 100 km, y en una ventana de tiempo que va desde varias horas hasta algunas semanas. Varios artículos confirmaron esta tasa de éxito, lo que llevó a una conclusión estadísticamente significativa. Por ejemplo, hubo ocho terremotos M ≥ 5.5 en Grecia desde el 1 de enero de 1984 hasta el 10 de septiembre de 1995, y la red VAN pronosticó seis de ellos.

El método VAN también se ha utilizado en Japón, pero en los primeros intentos fue "difícil" lograr un éxito comparable al logrado en Grecia. Una investigación preliminar de las señales eléctricas sísmicas en Francia arrojó resultados alentadores.

Predicción de terremotos mediante análisis de "tiempo natural"

Desde 2001, el equipo de VAN ha intentado mejorar la precisión de la estimación de la hora del próximo terremoto. Para ello, introdujeron el concepto de tiempo natural , una técnica de análisis de series de tiempo que da peso a un proceso basado en el ordenamiento de eventos. Dos términos caracterizan a cada evento, el "tiempo natural" χ , y la energía Q . χ se define como k / N , donde k es un número entero (el k -ésimo evento) y N es el número total de eventos en la secuencia temporal de datos. Un término relacionado, p k , es la relación Q k / Q total , que describe la fracción de energía liberada. Introducen un término crítico κ , la "varianza en el tiempo natural", que otorga un peso extra al término energético p k :

donde y

Su método actual considera que el SES es válido cuando κ = 0.070. Una vez que los SES se consideran válidos, se inicia un segundo análisis en el que se anotan los eventos sísmicos posteriores (en lugar de eléctricos) y la región se divide como un diagrama de Venn con al menos dos eventos sísmicos por rectángulo superpuesto. Cuando la distribución de κ para las regiones rectangulares tiene su máximo en κ = 0.070, un evento sísmico crítico es inminente, es decir, ocurrirá en unos pocos días a una semana aproximadamente, y se emite un informe.

Resultados

El equipo de VAN afirma que de siete choques principales con magnitud Mw> = 6.0 desde 2001 hasta 2010 en la región de latitud N 36 ° a N 41 ° y longitud E 19 ° a E 27 °, todos menos uno podrían clasificarse con SES relevante actividad identificada e informada de antemano a través del análisis de tiempo natural. Además, afirman que el tiempo de ocurrencia de cuatro de estos choques principales con magnitud Mw> = 6.4 se identificó dentro de "un rango estrecho, de unos pocos días a alrededor de una semana". Estos informes se insertan en documentos alojados en arXiv, y allí se elaboran y cargan nuevos informes. Por ejemplo, un informe anterior al terremoto más fuerte en Grecia durante el período 1983-2011, que ocurrió el 14 de febrero de 2008, con magnitud (Mw) 6,9, fue publicado en arXiv casi dos semanas antes, el 1 de febrero de 2008. Una descripción del método VAN actualizado se recopiló en un libro publicado por Springer en 2011, titulado "Análisis del tiempo natural: la nueva visión del tiempo".

El análisis de tiempo natural también afirma que la conexión física de las actividades de SES con los terremotos es la siguiente: Considerando que la ocurrencia del terremoto es un cambio de fase (fenómeno crítico), donde la nueva fase es la ocurrencia del terremoto principal, el término de varianza mencionado anteriormente κ es el parámetro de orden correspondiente. El valor de κ calculado para una ventana que comprende un número de eventos sísmicos comparable al número promedio de terremotos que ocurren en unos pocos meses, fluctúa cuando la ventana se desliza a través de un catálogo sísmico. El equipo de VAN afirma que estas κ fluctuaciones exhiben un mínimo unos meses antes de que ocurra un choque principal y además este mínimo ocurre simultáneamente con el inicio de la actividad SES correspondiente, y que esta es la primera vez en la literatura que una aparición tan simultánea de Se han observado dos fenómenos precursores en conjuntos de datos independientes de diferentes observables geofísicos (mediciones eléctricas, sismicidad). Además, el equipo de VAN afirma que su análisis de tiempo natural del catálogo sísmico de Japón durante el período desde el 1 de enero de 1984 hasta la ocurrencia del terremoto de magnitud 9.0 en Tohoku el 11 de marzo de 2011, reveló que aparecieron mínimos tan claros de las fluctuaciones κ antes de todos los grandes terremotos de magnitud 7,6 o superior. Se dijo que el más profundo de estos mínimos ocurrió el 5 de enero de 2011, es decir, casi dos meses antes del terremoto de Tohoku. Finalmente, al dividir la región japonesa en áreas pequeñas, el equipo de VAN afirma que algunas áreas pequeñas muestran un mínimo de las fluctuaciones de κ casi simultáneamente con el área grande que cubre todo Japón y áreas tan pequeñas agrupadas a unos pocos cientos de kilómetros del epicentro real de el inminente gran terremoto.

Críticas a VAN

Históricamente, la utilidad del método VAN para la predicción de terremotos ha sido un tema de debate. Las críticas tanto positivas como negativas sobre una concepción más antigua del método VAN se resumen en el libro de 1996 "Una revisión crítica de VAN", editado por Sir James Lighthill. YY Kagan de UCLA publicó una revisión crítica de la metodología estadística en 1997. Nótese que estas críticas son anteriores a los métodos de análisis de series de tiempo introducidos por el grupo VAN en 2001. Los puntos principales de la crítica fueron:

Éxito predictivo

Los críticos dicen que el método VAN se ve obstaculizado por la falta de pruebas estadísticas de la validez de la hipótesis porque los investigadores siguen cambiando los parámetros (la técnica de mover los postes de la portería ).

VAN ha afirmado haber observado en una estación de registro en Atenas un registro perfecto de una correlación uno a uno entre los SES y el terremoto de magnitud ≥ 2,9 que ocurrió 7 horas después en toda Grecia. Sin embargo, Max Wyss dijo que la lista de terremotos utilizada para la correlación era falsa. Aunque VAN declaró en su artículo que la lista de terremotos era la del Boletín del Observatorio Nacional de Atenas (NOA), Wyss encontró que el 37% de los terremotos realmente enumerados en el boletín, incluido el más grande, no estaban en la lista. utilizado por VAN para emitir su reclamo. Además, el 40% del terremoto que VAN afirmó que había ocurrido no estaba en el boletín de la NOA. Al examinar la probabilidad de correlación aleatoria de otro conjunto de 22 afirmaciones de predicciones exitosas por VAN de M> 4.0 desde el 1 de enero de 1987 hasta el 30 de noviembre de 1989, se encontró que el 74% eran falsas, el 9% correlacionadas por azar y el 14% la correlación era incierta. Ningún evento individual se correlacionó con una probabilidad superior al 85%, mientras que el nivel requerido en las estadísticas para aceptar una prueba de hipótesis como positiva sería más comúnmente del 95%.

En respuesta al análisis de Wyss de los hallazgos de la NOA, VAN dijo que las críticas se basaban en malentendidos. VAN dijo que los cálculos sugeridos por Wyss conducirían a una paradoja, es decir, a valores de probabilidad mayores que la unidad, cuando se aplicaran a un método ideal de predicción de terremotos. Otras evaluaciones independientes dijeron que VAN obtuvo resultados estadísticamente significativos.

Los sismólogos convencionales siguen sin estar convencidos de ninguna de las refutaciones de VAN. En 2011, la ICEF concluyó que la capacidad de predicción optimista reclamada por VAN no podía validarse. La mayoría de los sismólogos consideran que VAN ha sido "rotundamente desacreditado".

Uyeda y otros en 2011, sin embargo, apoyaron el uso de la técnica. En 2018, la importancia estadística del método fue revisada por el grupo VAN empleando técnicas modernas, como el análisis de coincidencia de eventos (ECA) y la característica operativa del receptor (ROC), que interpretaron para mostrar que los SES exhiben información precursora mucho más allá del azar.

Mecanismo de propagación propuesto de SES

Un análisis de las propiedades de propagación del SES en la corteza terrestre mostró que es imposible que señales con la amplitud reportada por VAN pudieran haber sido generadas por pequeños terremotos y transmitidas a lo largo de varios cientos de kilómetros entre el epicentro y la estación receptora. En efecto, si el mecanismo se basa en la piezoelectricidad o la carga eléctrica de las deformaciones del cristal con la señal que viaja a lo largo de las fallas, ninguno de los terremotos que, según VAN, fueron precedidos por SES, generó un SES en sí mismo. VAN respondió que tal análisis de las propiedades de propagación del SES se basa en un modelo simplificado de la Tierra en capas horizontales y que esto difiere mucho de la situación real ya que la corteza terrestre contiene inhomogeneidades. Cuando se tienen en cuenta estos últimos, por ejemplo, considerando que las fallas son eléctricamente sensiblemente más conductoras que el medio circundante, VAN cree que las señales eléctricas transmitidas a distancias del orden de cien kilómetros entre el epicentro y la estación receptora tienen amplitudes comparables. a los reportados por VAN.

Problemas de compatibilidad electromagnética

Las publicaciones de VAN se debilitan aún más por no abordar el problema de eliminar las muchas y fuertes fuentes de cambio en el campo magnetoeléctrico medido por ellos, como las corrientes telúricas del clima y la interferencia electromagnética (EMI) de las señales artificiales. Un artículo crítico (Pham et al 1998) relaciona claramente un SES utilizado por el grupo VAN con transmisiones de radio digital realizadas desde una base militar. En un artículo posterior, VAN dijo que dicho ruido proveniente de transmisores de radio digitales de la base de datos militar se ha distinguido claramente del verdadero SES siguiendo los criterios desarrollados por VAN. El trabajo adicional en Grecia por Pham et al en 2002 ha rastreado "señales eléctricas transitorias anómalas" similares a SES hasta fuentes humanas específicas, y encontró que tales señales no están excluidas por los criterios utilizados por VAN para identificar SES.

En 2003, los métodos modernos de física estadística, es decir, análisis de fluctuación sin tendencia (DFA), DFA multifractal y transformada wavelet revelaron que los SES se distinguen claramente de los producidos por fuentes humanas, ya que las primeras señales exhiben correlaciones de largo alcance muy fuertes, mientras que las últimas las señales no. Un trabajo publicado en 2020 examinó la significancia estadística de los mínimos de las fluctuaciones del parámetro de orden κ1 de la sismicidad mediante el análisis de coincidencia de eventos como posible precursor de fuertes terremotos tanto a nivel regional como global. Los resultados muestran que estos mínimos son de hecho precursores de terremotos estadísticamente significativos. En particular, en los estudios regionales se encontró que el lapso de tiempo era totalmente compatible con el hallazgo de que estos mimima son simultáneos con el inicio de las actividades de SES, por lo que es evidente la distinción de estas últimas señales precursoras de las producidas por fuentes humanas.

Política pública

Finalmente, un requisito para cualquier método de predicción de terremotos es que, para que cualquier predicción sea útil, debe predecir un próximo terremoto dentro de un marco de tiempo, epicentro y magnitud razonables. Si la predicción es demasiado vaga, no se puede tomar una decisión factible (como evacuar a la población de un área determinada durante un período de tiempo determinado). En la práctica, el grupo VAN emitió una serie de telegramas en los años ochenta. Durante el mismo período de tiempo, la técnica también pasó por alto terremotos importantes, en el sentido de que "para terremotos con Mb ≥ 5,0, la relación entre el número predicho y el número total de terremotos es 6/12 (50%) y la tasa de éxito del La predicción también es 6/12 (50%) con la ganancia de probabilidad de un factor de 4. Con un nivel de confianza del 99,8%, la posibilidad de que esta tasa de éxito se explique mediante un modelo aleatorio de ocurrencia de terremotos teniendo en cuenta el factor regional que incluye alta sismicidad en el área de predicción, puede ser rechazada ”. Este estudio concluye que "el examen estadístico de las predicciones de SES demostró altas tasas de predicción de éxito y eventos pronosticados con alta ganancia de probabilidad. Esto sugiere una conexión física entre SES y terremotos posteriores, al menos para un evento de magnitud de Ms≥5" . Las predicciones del método VAN temprano llevaron a la crítica pública y el costo asociado con las falsas alarmas generó mala voluntad. En 2016, la Unión de Físicos Griegos honró a P. Varotsos por su trabajo en VAN con un premio entregado por el presidente de Grecia .

Ver también

Notas

Referencias

enlaces externos