El método VAN —llamado así por P. Varotsos , K. Alexopoulos y K. Nomicos , autores de los artículos de 1981 que lo describen [ 1 ] [ 2 ] — mide señales eléctricas de baja frecuencia, denominadas "señales eléctricas sísmicas" (SES), mediante las cuales Varotsos y varios colegas afirmaron haber predicho con éxito terremotos en Grecia. [ 3 ] [ 4 ] Tanto el método en sí como la forma en que se afirmaron las predicciones exitosas han sido severamente criticados. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Los defensores de VAN han respondido a las críticas, pero los críticos no han retirado sus opiniones. [ 8 ] [ 9 ]
Desde 2001, el grupo VAN ha introducido un concepto que denominan "tiempo natural", aplicado al análisis de sus precursores. Inicialmente, se aplica a los SES para distinguirlos del ruido y relacionarlos con un posible terremoto inminente. En caso de verificación (clasificación como "actividad SES"), el análisis del tiempo natural se aplica adicionalmente a la sismicidad general subsiguiente del área asociada con la actividad SES, con el fin de mejorar el parámetro temporal de la predicción. El método trata el inicio del terremoto como un fenómeno crítico . [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]
Después de 2006, VAN afirma que todas las alarmas relacionadas con la actividad del SES se han hecho públicas mediante su publicación en arxiv.org . Uno de estos 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 una magnitud (Mw) de 6,9. El informe de VAN también se describió en un artículo del periódico Ethnos el 10 de febrero de 2008. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] Sin embargo, Gerassimos Papadopoulos se quejó de que los informes de VAN eran confusos y ambiguos, y que "ninguna de las afirmaciones sobre predicciones exitosas de VAN está justificada", [ 18 ] pero esta queja fue respondida sobre el mismo tema. [ 19 ]
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 . [ 20 ] Según los defensores de VAN, las SES son emitidas por rocas bajo tensiones causadas por fuerzas tectónicas de placas. Hay tres tipos de señales eléctricas reportadas: [ 4 ]
- Señales eléctricas que se producen poco antes de un gran terremoto. Por ejemplo, se registraron señales de este tipo 6,5 horas antes del terremoto de Kobe de 1995 en Japón. [ 21 ]
- Señales eléctricas que se producen 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 nivel socioeconómico:
- Fenómenos relacionados con el estrés: Las señales eléctricas sísmicas se atribuyen quizás al comportamiento piezoeléctrico de algunos minerales , especialmente el cuarzo , o a efectos relacionados con el comportamiento de defectos cristalográficos bajo tensión o deformación. Las series de SES, denominadas actividades SES (que se registran antes de grandes terremotos), pueden aparecer desde unas pocas semanas hasta unos pocos meses antes de un terremoto cuando la tensión mecánica alcanza un valor crítico. [ 2 ] [ 22 ] La generación de señales eléctricas por minerales bajo alta tensión que conduce a la fractura se ha confirmado con experimentos de laboratorio. [ 23 ]
- Fenómenos termoeléctricos: Alternativamente, investigadores chinos propusieron un mecanismo que se basa en el efecto termoeléctrico en la magnetita . [ 24 ]
- Fenómenos de aguas subterráneas: Se han propuesto tres mecanismos que dependen de la presencia de aguas subterráneas para generar SES. El efecto electrocinético se asocia con el movimiento de las aguas subterráneas durante un cambio en la presión de poros. [ 25 ] El efecto de dinamo sísmica se asocia con el movimiento de iones en las aguas subterráneas con respecto al campo geomagnético cuando una onda sísmica crea un desplazamiento. La polarización circular sería característica del efecto de dinamo sísmica, y esto se ha observado tanto para eventos sísmicos artificiales como naturales. [ 26 ] Un efecto de ionización de radón, causado por la liberación de radón y la posterior ionización del material en las aguas subterráneas, también puede estar activo. El isótopo principal 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 en la concentración de radón en las proximidades de algunas fallas tectónicas activas unas semanas antes de eventos sísmicos fuertes. [ 27 ] Sin embargo, no se ha demostrado una fuerte correlación entre las anomalías de radón y los eventos sísmicos. [ 28 ]
Si bien el efecto electrocinético puede ser compatible con la detección de señales a decenas o cientos de kilómetros de distancia, los otros mecanismos requieren un segundo mecanismo para explicar la propagación:
- Transmisión de señales a lo largo de fallas: En un modelo, las señales eléctricas sísmicas se propagan con una atenuación relativamente baja a lo largo de fallas tectónicas , debido al aumento de la conductividad eléctrica causado por la intrusión de agua subterránea en la(s) zona(s) de falla o por las características iónicas de los minerales. [ 29 ]
- Circuito de roca: En el modelo de defecto, la presencia de portadores de carga y huecos puede modelarse como la formación de un circuito extenso. [ 30 ]
Las señales eléctricas sísmicas se detectan en estaciones que constan de pares de electrodos (orientados norte-sur y este-oeste) insertados en el suelo, con amplificadores y filtros. Las señales se transmiten a los científicos del proyecto VAN en Atenas, donde se registran y evalúan. Actualmente, el equipo VAN opera 9 estaciones, mientras que en el pasado (hasta 1989) podía permitirse hasta 17. [ 31 ]
El equipo VAN afirmó que podía 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 un intervalo de tiempo que abarcaba desde varias horas hasta algunas semanas. Varios artículos confirmaron esta tasa de éxito, lo que condujo a una conclusión estadísticamente significativa. [ 32 ] Por ejemplo, hubo ocho terremotos de magnitud ≥ 5,5 en Grecia entre el 1 de enero de 1984 y el 10 de septiembre de 1995, y la red VAN predijo seis de ellos. [ 33 ]
El método VAN también se ha utilizado en Japón, [ 13 ] pero en los primeros intentos fue "difícil" lograr un éxito comparable al alcanzado en Grecia. [ 34 ] Una investigación preliminar de señales eléctricas sísmicas en Francia arrojó resultados alentadores. [ 35 ]
Predicción de terremotos mediante análisis de "tiempo natural"
Desde 2001, el equipo VAN ha intentado mejorar la precisión de la estimación del momento del próximo terremoto. Para ello, introdujeron el concepto de tiempo natural , una técnica de análisis de series temporales que otorga peso a un proceso basado en el orden de los eventos. [ 10 ] Dos términos caracterizan 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 razón Q k / Q total , que describe la energía fraccionaria liberada. Introducen un término crítico κ , la "varianza en el tiempo natural", que otorga un peso adicional al término de energía p k :
- dóndey
Su método actual considera válido el SES cuando κ = 0,070. Una vez que se considera válido el SES, se inicia un segundo análisis en el que se registran los eventos sísmicos subsiguientes (en lugar de los 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 alcanza su máximo en κ = 0,070, un evento sísmico crítico es inminente, es decir, ocurrirá en unos días o una semana aproximadamente, y se emite un informe. [ 36 ]
Resultados
El equipo VAN afirma que de siete sismos principales con magnitud Mw>=6.0 entre 2001 y 2010 en la región de latitud N 36° a N 41° y longitud E 19° a E 27°, todos menos uno pudieron clasificarse con actividad SES relevante identificada y reportada con anticipación a través del análisis de tiempo natural. Además, afirman que el momento de ocurrencia de cuatro de estos sismos principales con magnitud Mw>=6.4 se identificó dentro de "un rango estrecho, de unos pocos días a alrededor de una semana". [ 37 ] Estos informes se insertan en artículos alojados en arXiv, y se hacen y suben nuevos informes allí. [ 38 ] Por ejemplo, un informe previo 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. [ 14 ] Una descripción del método VAN actualizado fue recopilada en un libro publicado por Springer en 2011, titulado "Análisis del tiempo natural: La nueva visión del tiempo". [ 39 ]
El análisis del tiempo natural también afirma que la conexión física de las actividades SES con los terremotos es la siguiente: Tomando como punto de vista que la ocurrencia del terremoto es un cambio de fase (fenómeno crítico), donde la nueva fase es la ocurrencia del sismo principal, el término de varianza mencionado anteriormente κ es el parámetro de orden correspondiente. [ 39 ] El valor de κ calculado para una ventana que comprende una cantidad de eventos sísmicos comparable a la cantidad promedio de terremotos que ocurren en unos pocos meses, fluctúa cuando la ventana se desliza a través de un catálogo sísmico. El equipo VAN afirma que estas fluctuaciones de κ exhiben un mínimo unos meses antes de la ocurrencia de un sismo 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 se ha observado tal aparición simultánea de dos fenómenos precursores en conjuntos de datos independientes de diferentes observables geofísicos (mediciones eléctricas, sismicidad). [ 40 ] Además, el equipo VAN afirma que su análisis del tiempo natural del catálogo sísmico de Japón durante el período comprendido entre el 1 de enero de 1984 y la ocurrencia del terremoto de Tohoku de magnitud 9.0 el 11 de marzo de 2011, reveló que tales mínimos claros de las fluctuaciones κ aparecieron antes de todos los terremotos importantes con magnitud 7.6 o superior. Se dijo que el mínimo más profundo de estos mínimos ocurrió el 5 de enero de 2011, es decir, casi dos meses antes de la ocurrencia del terremoto de Tohoku. [ 41 ] Finalmente, al dividir la región japonesa en áreas pequeñas, el equipo VAN afirma que algunas áreas pequeñas muestran mínimos de las fluctuaciones κ casi simultáneamente con el área grande que cubre todo Japón y dichas áreas pequeñas se agrupan dentro de unos pocos cientos de kilómetros del epicentro real del inminente gran terremoto. [ 42 ] [ 43 ]
Críticas a VAN
Históricamente, la utilidad del método VAN para la predicción de terremotos ha sido objeto de debate. Tanto las críticas positivas como las negativas sobre una concepción anterior del método VAN se resumen en el libro de 1996 «A Critical Review of VAN», editado por Sir James Lighthill . [ 44 ] Una revisión crítica de la metodología estadística fue publicada por YY Kagan de UCLA en 1997. [ 45 ] Cabe señalar que estas críticas son anteriores a los métodos de análisis de series temporales introducidos por el grupo VAN en 2001. Los puntos principales de la crítica fueron:
Éxito predictivo
Los críticos afirman que el método VAN se ve obstaculizado por la falta de pruebas estadísticas de la validez de la hipótesis, ya que los investigadores cambian constantemente los parámetros (la técnica de cambiar las reglas del juego ). [ 46 ]
VAN afirmó haber observado en una estación de registro en Atenas un registro perfecto de una correlación uno a uno entre los SES y terremotos de magnitud ≥ 2,9 que ocurrieron 7 horas después en toda Grecia. [ 47 ] Sin embargo, Max Wyss afirmó 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 descubrió que el 37 % de los terremotos que figuraban en el boletín, incluido el de mayor magnitud, no estaban en la lista utilizada por VAN para emitir su afirmación. Además, el 40 % de los terremotos que VAN afirmó que habían ocurrido no estaban en el boletín del NOA. [ 48 ] Al examinar la probabilidad de correlación casual de otro conjunto de 22 afirmaciones de predicciones exitosas de VAN de M > 4.0 desde el 1 de enero de 1987 hasta el 30 de noviembre de 1989 [ 49 ] se encontró que el 74% eran falsas, el 9% estaban correlacionadas por casualidad y para el 14% la correlación era incierta. Ningún evento individual se correlacionó con una probabilidad mayor al 85%, mientras que el nivel requerido en estadística para aceptar una prueba de hipótesis como positiva sería más comúnmente del 95%. [ 50 ]
En respuesta al análisis de Wyss sobre los hallazgos de la NOA, VAN afirmó que las críticas se basaban en malentendidos. [ 51 ] VAN indicó que los cálculos sugeridos por Wyss conducirían a una paradoja, es decir, a valores de probabilidad mayores que la unidad, al aplicarse a un método ideal de predicción de terremotos. [ 52 ] Otras evaluaciones independientes señalaron que VAN obtuvo resultados estadísticamente significativos. [ 32 ] [ 33 ]
Los sismólogos convencionales siguen sin estar convencidos por ninguna de las refutaciones de VAN. En 2011, el ICEF concluyó que la capacidad de predicción optimista que afirmaba VAN no podía validarse. [ 53 ] La mayoría de los sismólogos consideran que VAN ha sido "rotundamente desacreditado". [ 54 ]
Sin embargo, en 2011, Uyeda y otros apoyaron el uso de la técnica. [ 55 ] En 2018, el grupo VAN revisó la significancia estadística del método empleando técnicas modernas, como el análisis de coincidencia de eventos (ECA) [ 56 ] y la curva ROC ( característica operativa del receptor ), [ 57 ] que interpretaron para demostrar que los SES exhiben información precursora mucho más allá del azar. [ 58 ]
Mecanismo de propagación SES propuesto
Un análisis de las propiedades de propagación de las señales SES en la corteza terrestre demostró que es imposible que señales con la amplitud reportada por VAN pudieran haber sido generadas por pequeños terremotos y transmitidas a lo largo de los cientos de kilómetros entre el epicentro y la estación receptora. [ 59 ] En efecto, si el mecanismo se basa en la piezoelectricidad o la carga eléctrica de deformaciones cristalinas con la señal viajando a lo largo de fallas, entonces ninguno de los terremotos que VAN afirmó que fueron precedidos por señales SES generó una señal SES por sí mismo. VAN respondió que dicho análisis de las propiedades de propagación de las señales SES se basa en un modelo simplificado de una Tierra estratificada horizontalmente y que esto difiere enormemente de la situación real, ya que la corteza terrestre contiene inhomogeneidades. Cuando se tienen en cuenta estas últimas, por ejemplo, considerando que las fallas son eléctricamente apreciablemente 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 las reportadas por VAN. [ 29 ]
Problemas de compatibilidad electromagnética
Las publicaciones de VAN se ven aún más debilitadas por no abordar el problema de eliminar las numerosas y fuertes fuentes de cambio en el campo magnetoeléctrico que miden, como las corrientes telúricas derivadas del clima y la interferencia electromagnética (EMI) de señales artificiales. Un artículo crítico (Pham et al., 1998) correlaciona claramente un SES utilizado por el grupo VAN con transmisiones de radio digital realizadas desde una base militar. [ 60 ] En un artículo posterior, VAN afirmó que dicho ruido proveniente de transmisores de radio digital de la base de datos militar se ha distinguido claramente del verdadero SES siguiendo los criterios desarrollados por VAN. [ 61 ] Un trabajo posterior realizado en Grecia por Pham et al. en 2002 rastreó "señales eléctricas transitorias anómalas" similares a SES hasta fuentes humanas específicas y descubrió que dichas señales no se excluyen con los criterios utilizados por VAN para identificar SES. [ 62 ]
En 2003, 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 segundas señales no. [ 63 ] [ 64 ] Un trabajo publicado en 2020 [ 65 ] examinó la significancia estadística de los mínimos de las fluctuaciones del parámetro de orden κ1 de la sismicidad por análisis de coincidencia de eventos como un posible precursor de terremotos fuertes 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 desfase temporal era totalmente compatible con el hallazgo [ 40 ] de que estos mínimos son simultáneos con el inicio de las actividades SES, por lo que la distinción de estas últimas señales precursoras de las producidas por fuentes humanas es evidente.
Política pública
Finalmente, un requisito para cualquier método de predicción de terremotos es que, para que una predicción sea útil, debe predecir un terremoto futuro dentro de un plazo razonable, con un epicentro y una magnitud determinados. Si la predicción es demasiado vaga, no se puede tomar ninguna decisión viable (como evacuar a la población de una zona determinada durante un período de tiempo dado). En la práctica, el grupo VAN emitió una serie de telegramas en la década de 1980. Durante ese mismo período, la técnica también pasó por alto terremotos importantes, en el sentido de que [ 32 ] "para terremotos con Mb≥5,0, la proporción de los terremotos predichos con respecto al número total de terremotos es de 6/12 (50 %) y la tasa de éxito de la predicción también es de 6/12 (50 %) con una ganancia de probabilidad de un factor de 4. Con un nivel de confianza del 99,8 %, se puede rechazar la posibilidad de que esta tasa de éxito se explique mediante un modelo aleatorio de ocurrencia de terremotos que tenga en cuenta el factor regional que incluye una alta sismicidad en la zona de predicción". Este estudio concluye que "el examen estadístico de las predicciones del SES demostró altas tasas de éxito en la predicción y predijo eventos con alta probabilidad de ganancia. Esto sugiere una conexión física entre el SES y los terremotos subsiguientes, al menos para un evento de magnitud Ms≥5" . [ 32 ] Las predicciones del método VAN inicial llevaron a críticas públicas y el costo asociado con las falsas alarmas generó mala voluntad. [ 66 ] 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 . [ 67 ] [ 68 ]
Método VAN actualizado
Una revisión del método VAN actualizado en 2020 indica que sufre de una gran cantidad de falsos positivos y, por lo tanto, no es utilizable como protocolo de predicción. [ 69 ] El grupo VAN respondió señalando malentendidos en el razonamiento específico. [ 70 ]
Véase también
Notas
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Enlaces externos
- Debates sobre la naturaleza. ¿Es la predicción fiable de terremotos individuales un objetivo científico realista?
- Método de predicción de terremotos VAN .
- La bibliografía de P. Varotsos (la principal fuente de los artículos de "VAN").
- Mitigación de terremotos y riesgos sísmicos