Seismic velocity changes associated with a flash flood crisis as a proxy for slope instability

हमारे पैरों के नीचे की जमीन शायद ही कभी शांत होती है। भले ही सतह को कोई भूकंप न हिला रहा हो, फिर भी पृथ्वी एक निरंतर, निम्न-स्तरीय कंपन के साथ गूंजती रहती है, जो तटों से टकराने वाली समुद्री लहरों, पेड़ों से गुजरती हवा और मानवीय गतिविधियों की दैनिक लय के कारण उत्पन्न होती है। दशकों से, भूकंपविज्ञानी इस पृष्ठभूमि की गूंज (जिसे 'एम्बिएंट नॉइज़' कहा जाता है) को पृथ्वी की गहरी संरचना का मानचित्रण करने के लिए सुनते आए हैं। हाल ही में, वैज्ञानिकों ने महसूस किया है कि यह गूंज पृथ्वी की पपड़ी (क्रस्ट) के लिए एक संवेदनशील थर्मामीटर के रूप में भी कार्य कर सकती है, जो मिट्टी और चट्टानों के माध्यम से भूकंपीय तरंगों के चलने की गति में होने वाले सूक्ष्म परिवर्तनों को प्रकट करती है। जब जमीन अधिक गीली, अधिक खंडित या तनावपूर्ण होती है, तो इन तरंगों की गति थोड़ी बदल जाती है। समय के साथ इन सूक्ष्म गति परिवर्तनों को ट्रैक करके, शोधकर्ता संभावित रूप से ढलान के स्वास्थ्य को "सुन" सकते हैं, जिससे यह पता चल सकता है कि कब पानी मिट्टी को संतृप्त कर रहा है और जमीन की यांत्रिक स्थिति को बदल रहा है।

सितंबर 2022 में, मध्य इटली के मार्चे क्षेत्र में एक विनाशकारी तूफान ने प्रहार किया, जिसमें कम समय में अत्यधिक वर्षा हुई और इसके परिणामस्वरूप हजारों भूस्खलन और गंभीर अचानक बाढ़ आ गई। इस आपदा ने नेपल्स फेडरिको II विश्वविद्यालय के एंड्रिया अल्बानो और माउरो पालो के नेतृत्व वाली शोधकर्ताओं की एक टीम के लिए एक दुर्लभ, वास्तविक दुनिया की प्रयोगशाला प्रदान की। वे यह देखना चाहते थे कि क्या भूकंपीय तरंग की गति में होने वाले सूक्ष्म बदलाव हाइड्रो-जियोलॉजिकल संकटों के लिए एक संकेतक (प्रॉक्सी) के रूप में कार्य कर सकते हैं। पूरे क्षेत्र में सिस्मोमीटर के नेटवर्क द्वारा रिकॉर्ड किए गए निरंतर पृष्ठभूमि शोर का विश्लेषण करके, टीम यह ट्रैक करने में सक्षम थी कि जमीन ने इस भारी वर्षा के प्रति कैसी प्रतिक्रिया दी, जिससे ढलान की स्थिरता की निगरानी करने का एक नया तरीका सामने आया, जिसके लिए खतरनाक पहाड़ियों पर छेद करने या सेंसर लगाने की आवश्यकता नहीं है।

शोधकर्ताओं ने अपना ध्यान तूफान के आसपास की अवधि पर केंद्रित किया, जो 15 सितंबर, 2022 को शुरू हुआ था। उन्होंने 'सिस्मिक इंटरफेरोमेट्री' नामक एक तकनीक का उपयोग किया, जो अनिवार्य रूप से निरंतर पृष्ठभूमि शोर को विभिन्न सिस्मोमीटर स्टेशनों के बीच तरंगों के यात्रा समय को मापने के लिए एक संकेत के रूप में मानती है। इन यात्रा समयों की दिन-प्रतिदिन तुलना करके, वे सापेक्ष भूकंपीय वेग (वेलोसिटी) में परिवर्तन की गणना कर सके, जो एक ऐसा मान है जो यह दर्शाता है कि जमीन नरम हुई है या अधिक तनावग्रस्त हुई है। अध्ययन में लगभग 550 वर्ग किलोमीटर का एक विशिष्ट क्षेत्र शामिल था जिसे तूफान के बाद भूस्खलन के उच्चतम घनत्व वाले क्षेत्र के रूप में पहचाना गया था। यह क्षेत्र पर्वतीय इलाकों के केंद्र में स्थित था जहाँ वर्षा सबसे तीव्र थी, विशेष रूप से मेटौरो, सेसानो, मिसा और एसिनो नदियों के बेसिनों में।

परिणामों ने एक स्पष्ट और नाटकीय पैटर्न का खुलासा किया। वर्षा के चरम पर पहुँचने के लगभग दो दिन बाद, भूस्खलन से प्रभावित क्षेत्र से गुजरने वाली भूकंपीय तरंगें काफी धीमी होने लगीं। वेग लगभग 0.2 प्रतिशत गिर गया, एक ऐसा परिवर्तन जो लगभग एक किलोमीटर की गहराई तक फैला हुआ था। यह मंदी तत्काल नहीं थी; पानी को जमीन में रिसने और चट्टान एवं मिट्टी के छिद्रों के भीतर दबाव को बदलने में समय लगा। यह विसंगति प्रभावित क्षेत्र के मध्य भाग में सबसे अधिक स्पष्ट थी, ठीक वहीं जहाँ वर्षा सबसे भारी रही थी और जहाँ अधिकांश भूस्खलन हुए थे। अगले पांच दिनों में, धीमी भूकंपीय तरंगों वाला यह क्षेत्र फैल गया, और अंततः भूस्खलन की आशंका वाले क्षेत्र के लगभग 40 प्रतिशत हिस्से को कवर कर लिया, और फिर धीरे-धीरे सामान्य स्तर पर वापस आ गया क्योंकि जमीन स्थिर हो गई थी।

इस स्थानिक-कालिक व्यवहार (स्पैटियो-टेम्पोरल व्यवहार) ने पुख्ता सबूत दिए कि वेग में गिरावट जमीन के नीचे पानी की गति के कारण संचालित थी। शोधकर्ताओं ने गणना की कि पानी का दबाव स्थानीय भूविज्ञान के अनुरूप जमीन में नीचे और बाहर की ओर फैल रहा था। महत्वपूर्ण रूप से, टीम ने ऐसे परिवर्तनों के अन्य सामान्य कारणों को खारिज कर दिया। उन्होंने वायुमंडलीय दबाव और तापमान के उतार-चढ़ाव का विश्लेषण किया, जो ज्ञात है कि कभी-कभी भूकंपीय गति को प्रभावित करते हैं, लेकिन पाया कि ये कारक देखे गए गिरावट की तीव्रता की व्याख्या करने के लिए बहुत छोटे थे। उन्होंने यह भी नोट किया कि वेग परिवर्तन भारी बारिश और भूस्खलन वाले क्षेत्र तक ही सीमित थे, जबकि वायुमंडलीय दबाव परिवर्तन पूरे क्षेत्र में समान थे। इसने पुष्टि की कि यह संकेत हाइड्रो-जियोलॉजिकल संकट की सीधी प्रतिक्रिया थी, न कि क्षेत्रीय मौसम का प्रभाव।

अध्ययन सुझाव देता है कि इन सापेक्ष वेग परिवर्तनों की निगरानी करना ढलान की अस्थिरता का आकलन करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हो सकता है। पारंपरिक तरीकों के विपरीत, जो रेन गेज या पीज़ोमीटर की एक सीमित संख्या पर निर्भर करते हैं, जो केवल विशिष्ट बिंदुओं पर स्थितियाँ मापते हैं, भूकंपीय वेग विश्लेषण जमीन की यांत्रिक स्थिति का निरंतर, क्षेत्र-व्यापी दृश्य प्रदान करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि महत्वपूर्ण वेग गिरावट का अनुभव करने वाले क्षेत्र का अंश, ढलान की समग्र नाजुकता के लिए एक प्रॉक्सी के रूप में कार्य कर सकता है। इस विशिष्ट घटना में, वेग की गिरावट वर्षा के चरम पर पहुँचने के लगभग दो दिन बाद उभरी और कई दिनों तक बनी रही, जो गहन संतृप्ति और अस्थिरता की अवधि के साथ मेल खाती है।

हालाँकि यह अध्ययन यह दावा नहीं करता है कि भूकंपीय वेग परिवर्तन सटीक रूप से यह भविष्यवाणी कर सकते हैं कि किसी विशिष्ट भूस्खलन का क्षण कब आएगा, न ही यह व्यक्तिगत भूस्खलन घटनाओं और वेग परिवर्तनों के बीच सीधा कारण संबंध दर्शाता है, लेकिन यह प्रदर्शित करता है कि ये माप उपसतह स्थितियों की एक मूल्यवान, गैर-आक्रामक खिड़की प्रदान करते हैं जो विफलता की ओर ले जाती हैं। यह विधि पूरी तरह से मौजूदा भूकंपीय नेटवर्कों पर निर्भर करती है, जो अक्सर भूकंप की निगरानी के लिए पहले से ही स्थापित होते हैं, जिससे यह वर्तमान खतरा मूल्यांकन ढांचों में एक लागत प्रभावी और टिकाऊ जुड़ाव बन जाता है। पृथ्वी की सूक्ष्म गूंज के धीमे होने को सुनकर, वैज्ञानिक जल्द ही ढलान की अस्थिरता के संकेतों का पता लगाने में सक्षम हो सकते हैं, जिससे समुदायों को अचानक आने वाली बाढ़ और भूस्खलन के खतरों के लिए तैयार होने के लिए अधिक समय मिल सकता है, जो कि तीव्र मौसम की घटनाओं के इस युग में अत्यंत आवश्यक है।