Dieci anni dopo l'inizio dei lavori su un sistema di allerta precoce per i terremoti, scienziati e ingegneri stanno mettendo a punto un prototipo della costa occidentale degli Stati Uniti che potrebbe essere di uso pubblico limitato nel 2018.

In due articoli pubblicati il ​​6 dicembre in Lettere di ricerca sismologica , i ricercatori descrivono i componenti chiave e la piattaforma di test per il prototipo del sistema ShakeAlert, ora in fase di test in California, Oregon e Washington.

Lo sviluppo di ShakeAlert ha mostrato che una fitta rete di stazioni sismiche, trasferimento rapido dei dati sismici a una stazione centrale di elaborazione e allerta, percorsi rapidi per la distribuzione delle informazioni di allerta agli utenti, e l'istruzione e la formazione su come utilizzare gli allarmi sono tutte necessarie per un solido sistema di allerta precoce, ha detto Monica Kohler, un membro della facoltà di ricerca Caltech presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Civile.

Sebbene ShakeAlert sia stato sviluppato per la costa occidentale, un sistema simile potrebbe essere utilizzato per l'allerta precoce dei terremoti in luoghi come l'Alaska, Hawaii e persino in luoghi come l'Oklahoma dove i terremoti indotti sono la principale fonte di danno sismico. "Abbiamo ricevuto domande sulla falsariga di 'possiamo provare il tuo sistema dove viviamo?' o 'possiamo portare il tuo sistema?'", ha detto Kohler. "La risposta in teoria è sì, ma ci devono essere questi alcuni elementi chiave in atto."

Più stazioni, velocità più elevate

ShakeAlert è stato sviluppato utilizzando i dati sismici raccolti dall'Advanced National Seismic System (ANSS), una raccolta nazionale di reti sismiche supportata dall'U.S. Geological Survey. Circa 760 stazioni sismiche ora contribuiscono a ShakeAlert. Una delle priorità "in cima alla lista" per migliorare l'allerta precoce della costa occidentale, disse Kohler, sarebbe l'aggiunta di quasi 1000 stazioni in più in queste reti.

"Parti di Los Angeles e San Francisco sono coperte abbastanza bene dalle stazioni della rete regionale, ma molte zone della California, Washington e l'Oregon non sono coperti molto bene, " ha spiegato Kolher. "Ci sono dei finanziamenti in corso per ottenere alcune nuove stazioni sul posto, ma in questo momento non è sufficiente completare gli array regionali necessari per l'allerta sismica nella sua forma più robusta".

Per rimediare ad alcune di queste carenze, il sistema ShakeAlert sta testando l'uso di accelerometri "volontari", principalmente nella zona di Los Angeles, che sono abbastanza sensibili da rilevare i terremoti e possono essere collegati a un'azienda o a casa, aggirando le più costose autorizzazioni e installazioni necessarie per una stazione sismica a grandezza naturale.

Anche nei luoghi dove già esiste una fitta rete di stazioni, alcune stazioni mancano di telemetria affidabile e ad alta velocità, le capacità di comunicazione dati che includono tutto, dalle onde radio al satellite e a Internet commerciale per inviare segnali sismici a un centro di elaborazione dati centrale in tempo reale. "Con l'allerta terremoto, il nome del gioco è veloce, " ha detto Kohler. "I segnali per l'elaborazione centrale devono essere veloci, e il centro di elaborazione a sua volta deve essere in grado di inviare avvisi ai suoi utenti abbastanza velocemente da essere utile. Alcuni dei finanziamenti necessari per l'allerta precoce dei terremoti devono essere destinati all'aggiornamento della telemetria esistente".

Algoritmi migliorati

Gli algoritmi di ShakeAlert ora stimano una "sorgente puntiforme" per un terremoto, ma "stiamo lavorando sulla capacità di incorporare algoritmi in grado di gestire terremoti molto grandi che si verificano in un modo che non può essere approssimato a un singolo punto, " ha detto Kohler.

La versione attuale del sistema, lei disse, ha meno successo nel fornire avvisi utili sui terremoti che rompono una lunga sezione di una faglia e si evolvono nel tempo, come il terremoto di Tohoku M9.1 del 2011 in Giappone.

Il team di ShakeAlert ha anche testato il sistema contro eventi sismici passati e in tempo reale, considerando la sua capacità di determinare parametri come la magnitudo del terremoto, epicentro e tempo di origine, e quanto tempo è il ritardo tra l'inizio del terremoto e il momento in cui un utente riceve un avviso. "Ma ciò che interessa davvero agli utenti finali è quanto grave sarà il tremolio del terreno nella loro posizione, quindi stiamo anche testando algoritmi che potrebbero fornire questi dati, " Kohler ha detto. "Ci aspettiamo che una futura iterazione di ShakeAlert avrà una valutazione del terremoto come una delle parti più basilari dell'allarme".

Quando ShakeAlert si è espanso dalla California per includere Washington e Oregon nell'aprile 2017, gli sviluppatori hanno anche creato un unico insieme di algoritmi che potrebbero essere utilizzati nel nord-ovest del Pacifico e nella California settentrionale e meridionale. La sfida, disse Kohler, era quello di sviluppare un insieme standard di algoritmi che potessero spiegare i diversi ambienti tettonici in ogni regione, compresa la zona di subduzione offshore nel nord-ovest del Pacifico e le faglie per lo più onshore in California.

Cosa vogliono gli utenti

Dall'inizio, ShakeAlert ha avuto un gruppo costante di utenti beta, che vanno dalle agenzie governative alle aziende, che hanno aiutato il team con preziosi feedback per il sistema.

Ad esempio, il team ShakeAlert sta imparando di più dai suoi utenti beta su quanta incertezza gli utenti tollereranno negli avvisi e quanto velocemente rispetto a quanto accurati vogliono che siano quegli avvisi. ShakeAlert collabora con società terze per decidere come diffondere gli avvisi, quale forma dovrebbero assumere gli avvisi, e che tipo di informazioni sono contenute negli avvisi, e non esiste un approccio valido per tutti, ha notato Kohler.

Ad esempio, una scuola può avere una maggiore tolleranza per i falsi allarmi - gli studenti perderanno qualche minuto di istruzione nascondendosi sotto i banchi - ma una ferrovia o una catena di montaggio di macchinari potrebbe voler chiudere le operazioni solo per gli avvisi più sicuri.

"Stiamo imparando qual è la loro tolleranza del tempo di allerta rispetto alla precisione, " disse Kohler. "Perché prima vuoi l'avviso, meno preciso sarà. Se aspetti più dati per produrre l'avviso, più preciso sarà".

Mentre ShakeAlert si muove verso un uso pubblico più ampio, Kohler e i suoi colleghi sperano che i loro documenti SRL servano come un buon promemoria di tutti gli elementi necessari per i sistemi di allerta precoce dei terremoti.

"A volte c'è l'errata percezione che tutto ciò di cui hai bisogno sia un buon algoritmo, o tutto ciò di cui hai bisogno è una piccola serie di sismometri nella tua regione di interesse, ma uno di questi o anche entrambi non ti porteranno molto lontano in termini di produzione di un sistema robusto su una vasta area sismicamente attiva, " ha detto Kohler.