A Log-Gaussian Cox process framework for zone-free probabilistic seismic hazard assessment in Sumatra
यह शोध पत्र सुमात्रा के लिए एक ज़ोन-मुक्त संभाव्य भूकंपीय खतरा मूल्यांकन ढांचे का प्रस्ताव करता है जो टेक्टोनिक सहचरों (tectonic covariates) के साथ एक लॉग-गॉसियन कॉक्स प्रक्रिया और एक ईटीएएस (ETAS) आफ्टरशॉक मॉडल को एकीकृत करता है, यह प्रदर्शित करते हुए कि यह दृष्टिकोण मनमाने स्रोत क्षेत्र सीमाओं को समाप्त करके वर्तमान इंडोनेशियाई कोड की तुलना में काफी उच्च डिज़ाइन त्वरण (design accelerations) प्रदान करता है।
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भूकंप हमारे ग्रह के सबसे विनाशकारी बलों में से एक हैं, और दशकों से, इंजीनियरों ने ऐसी इमारतों को डिजाइन करने के लिए एक विशिष्ट पद्धति का उपयोग किया है जो उनसे बच सकें। यह पद्धति, जिसे संभाव्य भूकंपीय खतरा विश्लेषण (प्रोबेबिलिस्टिक सिस्मिक हैजर्ड एनालिसिस) कहा जाता है, यह अनुमान लगाने का प्रयास करती है कि एक लंबी अवधि में किसी विशिष्ट स्थान पर जमीन का कंपन कितना मजबूत होगा। पारंपरिक रूप से, वैज्ञानिकों ने इसे एक क्षेत्र को बड़े, निश्चित क्षेत्रों में विभाजित करके देखा है, जैसे कि मानचित्र पर बॉक्स खींचना। प्रत्येक बॉक्स के भीतर, वे यह मान लेते हैं कि भूकंप का जोखिम हर जगह समान है और भूकंप एक-दूसरे से स्वतंत्र और यादृच्छिक रूप से होते हैं। हालांकि, उन स्थानों पर जहाँ विशाल टेक्टोनिक प्लेटें आपस में टकराती हैं और रगड़ खाती हैं, ये धारणाएं अक्सर विफल हो जाती हैं। जमीन के नीचे बनता हुआ तनाव एक खींचे गए बॉक्स के किनारों पर अचानक नहीं रुकता; यह परिदृश्य में सुचारू रूप से बहता है। इसके अलावा, जब एक विशाल भूकंप आता है, तो यह अलग-थलग नहीं होता; यह छोटे, क्लस्टर्ड आफ्टरशॉक्स (भूकंप के बाद के झटकों) की एक लंबी श्रृंखला को सक्रिय करता है जो सरल यादृच्छिकता से भिन्न पैटर्न का पालन करते हैं।
इंडोनेशिया के सुमात्रा द्वीप पर केंद्रित एक नए अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने इन कठोर बॉक्सों से आगे बढ़ने का एक तरीका प्रस्तावित किया है। जोखिम को पूर्व-निर्धारित क्षेत्रों में थोपने के बजाय, उन्होंने एक लचीले गणितीय ढांचे का उपयोग किया जो इस बात की अनुमति देता है कि जोखिम का मानचित्र जमीन की भौतिक वास्तविकता से स्वयं उभर कर आए। दशकों के भूकंप के रिकॉर्ड का विश्लेषण करके और उन्हें इस माप के साथ जोड़कर कि टेक्टोनिक प्लेटें आपस में कितनी मजबूती से जुड़ी हुई हैं, टीम ने भूकंपीय खतरे का एक निरंतर, प्रवाहित मानचित्र तैयार किया। इस दृष्टिकोण ने खुलासा किया कि जोखिम पहले की तुलना में कुछ क्षेत्रों में कहीं अधिक केंद्रित है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जो लंबे समय से शांत रहे हैं लेकिन वास्तव में अपार ऊर्जा संचित कर रहे हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि इस क्षेत्र में वर्तमान भवन निर्माण नियम (बिल्डिंग कोड) उस कंपन को काफी कम आंक सकते हैं जो हो सकता है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहाँ जमीन सबसे अधिक मजबूती से जुड़ी हुई है और फिसलने के लिए तैयार है।
शोधकर्ताओं ने इस नई पद्धति को सुमात्रा पर लागू किया, जो पृथ्वी की सबसे सक्रिय और खतरनाक प्लेट सीमाओं में से एक पर स्थित एक लंबा, संकीर्ण द्वीप है। यहाँ, विशाल इंडो-ऑस्ट्रेलियाई प्लेट, सुंडा प्लेट के नीचे धंसती है, जिससे तीव्र दबाव का क्षेत्र बनता है। टीम ने 1998 से 2024 के बीच दर्ज किए गए 5,000 से अधिक भूकंपों के कैटलॉग से शुरुआत की। वास्तविक पृष्ठभूमि जोखिम (बैकग्राउंड रिस्क) को समझने के लिए, उन्हें पहले मुख्य भूकंपों को उन आफ्टरशॉक्स से अलग करना था जो उनके बाद आते हैं, ठीक वैसे ही जैसे मुख्य घटना को उसके प्रतिध्वनि (इको) से अलग करना। एक बार जब उन्होंने मुख्य झटकों को अलग कर लिया, तो उन्होंने उन भौतिक कारकों की तलाश की जिन्होंने नियंत्रित किया कि ये भूकंप कहाँ हुए। उन्होंने दो प्रमुख चालक पाए: ग्रेट सुमात्रन फॉल्ट (एक प्रमुख दरार जो द्वीप के नीचे चलती है) से दूरी, और "इंटर-सिस्मिक कपलिंग", जो यह मापता है कि दोनों टेक्टोनिक प्लेटें उनकी सीमा पर कितनी मजबूती से जुड़ी हुई हैं।
इन भौतिक मापों का उपयोग करते हुए, टीम ने एक ऐसा मॉडल बनाया जो भूकंप के जोखिम को अलग-अलग क्षेत्रों के संग्रह के बजाय एक चिकनी, अदृश्य सतह के रूप में मानता है। इस मॉडल में, जोखिम वहां सबसे अधिक होता है जहां प्लेटें सबसे अधिक मजबूती से जुड़ी होती हैं और जहां फॉल्ट सबसे निकट होता है। इस दृष्टिकोण ने उन्हें वे पैटर्न देखने की अनुमति दी जो पारंपरिक तरीकों ने छोड़ दिए थे। उदाहरण के लिए, मॉडल ने मेंटवाई द्वीपों के तट पर एक "सिस्मिक गैप" (भूकंपीय अंतराल) को स्पष्ट रूप से पहचाना। इस क्षेत्र ने दो शताब्दियों से अधिक समय से कोई बड़ा विखंडन (रप्चर) नहीं देखा है, फिर भी वहां प्लेटें इतनी मजबूती से जुड़ी हुई हैं कि मॉडल भविष्य में एक विशाल भूकंप का बहुत उच्च जोखिम बताता है। क्योंकि मॉडल क्षेत्रों को परिभाषित करने के लिए पिछले भूकंपों के स्थानों पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए यह उन क्षेत्रों में उच्च जोखिम की भविष्यवाणी कर सकता है जो लंबे समय से शांत रहे हैं, बशर्ते कि भौतिक स्थितियाँ—जैसे प्लेटों का मजबूत जुड़ाव—सही हों।
जब शोधकर्ताओं ने इस नए, निरंतर जोखिम मानचित्र का उपयोग 475-वर्षीय रिटर्न पीरियड (एक मानक बेंचमार्क) के लिए अपेक्षित जमीनी त्वरण (ग्राउंड एक्सेलरेशन) की गणना करने के लिए किया, तो उन्होंने परिणाम पाए जो वर्तमान राष्ट्रीय भवन निर्माण नियमों से आश्चर्यजनक रूप से भिन्न थे। पाडांग शहर में, जो सीधे लॉक किए गए मेंटवाई गैप के ऊपर स्थित है, नए मॉडल ने वर्तमान कोड की आवश्यकता से लगभग तीन गुना अधिक ग्राउंड एक्सेलरेशन की भविष्यवाणी की। बांदा आचे जैसे अन्य शहरों में, अंतर छोटा था, लेकिन फिर भी महत्वपूर्ण था। शोधकर्ताओं ने इस अंतर का पता दो विशिष्ट चयनों के माध्यम से लगाया: उन्होंने सबसे बड़े भूकंपों को काटे बिना संभावित भूकंपों के पूर्ण रेंज को शामिल किया, और उन्होंने इस बात की पूर्ण सांख्यिकीय परिवर्तनशीलता को शामिल किया कि जमीनी कंपन कैसे व्यवहार करता है, जो औसत अनुमानों की तुलना में उच्च शिखर (पीक्स) उत्पन्न करता है।
अध्ययन ने यह भी परीक्षण किया कि क्या यह नया मानचित्र भविष्य के भूकंपों की भविष्यवाणी कर सकता है। उन्होंने 1998 से 2015 तक के डेटा पर मॉडल को प्रशिक्षित किया और फिर 2016 से 2024 तक के भूकंपों के पैटर्न की भविष्यवाणी करने के लिए पूछा। मॉडल ने सफलतापूर्वक उन सामान्य स्थानों की भविष्यवाणी की जहाँ भूकंप होंगे, जिससे पुष्टि हुई कि उनके द्वारा उपयोग किए गए भौतिक कारक—प्लेट लॉकिंग और फॉल्ट की दूरी—विश्वसनीय मार्गदर्शक हैं कि कहाँ जमीन हिलने की संभावना है। हालाँकि, मॉडल ने वास्तव में हुए भूकंपों की तुलना में भूकंपों की कुल संख्या अधिक बताई। शोधकर्ताओं ने इसका स्पष्टीकरण देते हुए कहा कि प्रशिक्षण अवधि में 2004 के एक बड़े भूकंप के बाद की असामान्य रूप से उच्च गतिविधि का समय शामिल था, जिसने अस्थायी रूप से बैकग्राउंड रेट को बढ़ा दिया था। जैसे-जैसे यह क्षेत्र वापस सामान्य गति की ओर बढ़ता है, अनुमानित दरें घटने की उम्मीद है, लेकिन जहाँ जोखिम सबसे अधिक है, वहां का स्थानिक पैटर्न स्थिर रहता है।
इन निष्कर्षों के निहितार्थ भूकंप के प्रति संवेदनशील क्षेत्रों में सुरक्षा के बारे में हमारी सोच के लिए बहुत गहरे हैं। मानचित्र पर बॉक्स खींचने की पारंपरिक विधि उच्च-जोखिम वाले क्षेत्र के ठीक बाहर के क्षेत्रों में झूठी सुरक्षा पैदा कर सकती है, या उन शांत क्षेत्रों में खतरे को नजरअंदाज कर सकती है जो भौतिक रूप से विखंडन के लिए तैयार हैं। पृथ्वी की भौतिकी के साथ बहने वाले एक ढांचे का उपयोग करके, शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि सुमात्रा में जोखिम एकसमान और स्थिर नहीं है। उच्चतम खतरा मेंटवाई गैप में है, एक ऐसी जगह जो सदियों से शांत रही है लेकिन वर्तमान में प्लेट सीमा का सबसे मजबूती से जुड़ा हिस्सा है। अध्ययन सुझाव देता है कि भवन निर्माण नियमों को इस निरंतर, भौतिक-आधारित वास्तविकता को प्रतिबिंबित करने के लिए पुनर्मूल्यांकन करने की आवश्यकता है, ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि संरचनाओं को उनके नीचे की जमीन की वास्तविक क्षमता का सामना करने के लिए डिजाइन किया गया है। यह कार्य केवल एक नया मानचित्र प्रदान नहीं करता है; यह हमें पृथ्वी को देखने का एक नया तरीका प्रदान करता है, जो यह पहचानता है कि आपदा का जोखिम एक चिकना, बदलता हुआ परिदृश्य है न कि निश्चित सीमाओं का एक सेट।
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