Fusakichi Omori

1.1. Thời thơ ấu và Hoàn cảnh gia đình

Ōmori Fusakichi sinh ngày 30 tháng 10 năm 1868 (theo lịch cũ là ngày 15 tháng 9 năm Minh Trị nguyên niên) tại khu nhà trọ Shin-yashiki Hyakken Nagaya, dưới chân Thành Fukui thuộc Tỉnh Echizen (nay là Teyori 2-chome, Thành phố Fukui, Tỉnh Fukui). Ông là con trai thứ năm trong gia đình võ sĩ cấp thấp của Ōmori Tousuke. Gia đình ông rất nghèo, với tám anh chị em. Ōmori nhập học tại Trường Tiểu học Asahi mới thành lập. Đến năm lớp ba, ông cùng gia đình chuyển lên Tokyo. Năm 1877, ông chuyển đến học tại lớp năm của Trường Sakamoto Quốc lập (nay là Trường Tiểu học Sakamoto thuộc quận Chuo). Năm 1881, ông tiếp tục học tại Trường Kyōritsu (nay là Trường Trung học Phổ thông Kaisei). Năm 1883, ông vào học tại Trường Dự bị Đại học Tokyo.

1.2. Học tập tại Đại học Đế quốc Tokyo

Năm 1887, Ōmori nhập học Khoa Vật lý tại Đại học Đế quốc Tokyo (nay là Khoa Khoa học, Đại học Tokyo). Sau khi tốt nghiệp khoa Vật lý vào năm 1890, ông tiếp tục theo học cao học chuyên ngành Khí tượng học và Địa chấn học. Tại đây, ông được hướng dẫn bởi John Milne, một nhà địa chấn học người Anh được mời sang Nhật Bản làm giáo sư. Dưới sự chỉ bảo của Milne, Ōmori đã thực hiện các nghiên cứu ban đầu về dư chấn của Động đất Mino-Owari xảy ra vào năm 1891.

Cùng với Sekiya Seikei, người trở thành giáo sư địa chấn học đầu tiên tại Đại học Đế quốc Tokyo vào năm 1880, Ōmori đã công bố bản ghi rõ ràng đầu tiên về một trận động đất gây thiệt hại lớn, thu được từ các thiết bị đo đạc của họ tại trường đại học. Năm 1886, Sekiya được bổ nhiệm làm chủ nhiệm khoa địa chấn học và thư ký của Ủy ban Điều tra Động đất Đế quốc. Đến khi Sekiya qua đời một thập kỷ sau đó, Nhật Bản đã có gần 1000 trạm ghi địa chấn để nghiên cứu hoạt động địa chấn ở Nhật Bản. Năm 1891, Ōmori được bổ nhiệm làm trợ lý cho Sekiya, và năm 1893, ông trở thành giảng viên địa chấn học tại Đại học Đế quốc.

1.3. Du học Châu Âu

Năm 1894, Ōmori được cử đi du học tại Đức và Ý trong ba năm. Trên đường trở về Nhật Bản vào tháng 9 năm 1896, ông cũng đã ghé thăm Anh một thời gian ngắn. Trong thời gian du học, ông đã tiếp xúc với những nghiên cứu địa chấn học tiên tiến nhất ở châu Âu, mở rộng tầm nhìn và kiến thức chuyên môn của mình, chuẩn bị cho vai trò lãnh đạo ngành địa chấn học tại Nhật Bản.

2.1. Người sáng lập ngành Địa chấn học Nhật Bản

Sau khi Sekiya Seikei qua đời vào ngày 9 tháng 1 năm 1896, Ōmori được bổ nhiệm làm chủ nhiệm khoa địa chấn học tại Đại học Đế quốc Tokyo và thư ký của Ủy ban Điều tra Động đất Đế quốc. Ủy ban này được thành lập bởi Bộ Giáo dục sau trận Động đất Mino-Owari năm 1891. Với vai trò này, Ōmori đã đặt nền móng vững chắc cho ngành địa chấn học ở Nhật Bản và dẫn dắt các nghiên cứu động đất cấp quốc gia trong nhiều năm. Ông được công nhận rộng rãi là "Cha đẻ của ngành Địa chấn học Nhật Bản". Ōmori có khả năng đọc và viết bằng tiếng Anh, tiếng Đức, tiếng Ý và tiếng Nhật, duy trì thư từ với nhiều nhà địa chấn học quốc tế và xuất bản các bài báo khoa học bằng cả bốn ngôn ngữ này.

2.2. Định luật Omori (Quy luật suy giảm dư chấn)

Năm 1894, Ōmori Fusakichi đã công bố và chính thức hóa "Định luật Omori", một quy luật kinh nghiệm mô tả sự suy giảm dần tần suất dư chấn theo thời gian sau một trận động đất chính. Ông đã phát hiện ra quy luật này dựa trên dữ liệu ban đầu từ trận Động đất Mino-Owari năm 1891.

Biểu thức toán học của Định luật Omori được thể hiện như sau:
`n(t) = k / (c+t)`
Trong đó, `n(t)` là tần suất dư chấn tại thời điểm `t` sau trận động đất chính, còn `k` và `c` là các hằng số thay đổi tùy theo từng trận động đất.

Sau này, vào năm 1961, nhà địa chấn học người Nhật Utsu Tokuji đã sửa đổi và phát triển định luật này thành "Định luật Utsu-Omori", có dạng:
`n(t) = k / (c+t)^p`
Trong đó, `p` là một hằng số bổ sung để điều chỉnh tốc độ suy giảm dư chấn, thường có giá trị từ 0,7 đến 1,5.

Theo các phương trình này, tỷ lệ xảy ra dư chấn giảm nhanh chóng theo thời gian. Tỷ lệ dư chấn tỷ lệ nghịch với thời gian sau trận động đất chính, cho phép ước tính xác suất xảy ra dư chấn trong tương lai. Ví dụ, xác suất xảy ra dư chấn vào ngày hôm sau sẽ bằng một nửa so với ngày đầu tiên, và xác suất vào ngày thứ mười sẽ bằng một phần mười so với ngày đầu tiên. Định luật Omori là một quy luật kinh nghiệm, do đó các hằng số của nó được hiệu chỉnh từ dữ liệu thu thập được sau trận động đất chính và không thể suy ra từ các định luật vật lý tổng quát.

Định luật Utsu-Omori cũng có thể được suy ra về mặt lý thuyết từ các giải pháp của phương trình vi phân, dựa trên ý tưởng rằng đứt gãy gây ra trận động đất chính sẽ trở nên không hoạt động. Ngoài ra, định luật này cũng được rút ra từ quá trình hình thành hạt nhân trong quá trình xảy ra động đất. Các phương trình này cho thấy sự phân bố không gian và thời gian của dư chấn có thể được chia thành hai phần: phụ thuộc vào không gian và phụ thuộc vào thời gian. Gần đây hơn, nó cũng có thể được suy ra bằng cách giải các nghiệm hữu tỉ của phương trình vi phân phản ứng, trong đó mô hình luật lũy thừa kép cho thấy tần suất dư chấn giảm theo nhiều hướng khác nhau, bao gồm cả dạng của Định luật Utsu-Omori.

2.3. Phát triển Địa chấn kế kiểu Omori

Năm 1898, Ōmori Fusakichi đã phát triển "Địa chấn kế kiểu Omori" (hay còn gọi là con lắc ghi ngang), là thiết bị ghi địa chấn liên tục đầu tiên trên thế giới. Các địa chấn kế được sử dụng rộng rãi vào những năm 1890 và đầu những năm 1900, như địa chấn kế G.M.E. (Gray-Milne-Ewing), có nhược điểm là không thể ghi lại sóng P (sóng sơ cấp) vì chúng chỉ bắt đầu ghi khi cảm biến hoạt động. Ōmori đã cải tiến địa chấn kế G.M.E. bằng cách sử dụng phương pháp ghi bằng muội than trên một trống hình trụ được cuộn giấy ghi, di chuyển chậm bằng lò xo, cho phép ghi liên tục. Điều này giúp phân biệt rõ ràng các sóng P, sóng S (sóng thứ cấp) và sóng L (sóng bề mặt).

Với những sửa đổi nhỏ của Công ty J&A Bosch ở Strassburg, thiết bị này được gọi là "Địa chấn kế Bosch-Omori". Các địa chấn kế Bosch-Omori đã được phân phối rộng rãi trên toàn thế giới và trở thành xương sống của mạng lưới địa chấn toàn cầu cho đến sau Thế chiến thứ hai. Nhiều phiên bản cải tiến khác như máy đo vi động (tremometer) và máy đo vi động đơn giản cũng được tạo ra và sử dụng rộng rãi cả trong và ngoài Nhật Bản. Địa chấn kế Bosch-Omori cuối cùng còn hoạt động, hiện đang hoạt động độc lập với mạng lưới địa chấn, được trưng bày tại Bảo tàng Ferndale ở California, Hoa Kỳ.

2.4. Điều tra địa chấn chính và Nghiên cứu thực địa

Ōmori Fusakichi nổi tiếng với phương pháp nghiên cứu dựa trên thực địa, bao gồm việc đích thân đến các địa điểm xảy ra động đất lớn để điều tra tình hình thiệt hại, thu thập và phân tích dữ liệu trực tiếp.

2.5. Nghiên cứu Địa chấn học Núi lửa

Từ một trong những bài báo đầu tiên của ông mô tả vụ phun trào Núi Azuma vào năm 1893 cho đến khi qua đời, Ōmori đã dành thời gian nghiên cứu các núi lửa ở Nhật Bản. Ông đã mô tả một số loại động đất núi lửa từ dữ liệu thu được trong các vụ phun trào định kỳ của Núi Asama ở miền trung Nhật Bản, vụ phun trào Núi Usu năm 1910 và vụ phun trào Sakurajima vào ngày 12 tháng 1 năm 1914. Trong hai vụ phun trào Usu và Sakurajima, những cảnh báo của ông đã giúp ngăn chặn thiệt hại về người lớn hơn.

Trong vụ phun trào núi Usu năm 1910, Ōmori đã tự mình lắp đặt một địa chấn kế thử nghiệm tại thị trấn Sobetsu để thực hiện các quan sát chi tiết về động đất núi lửa. Kết quả quan sát của ông đã mang lại những kiến thức mới cho ngành núi lửa học truyền thống, bao gồm việc ghi nhận đầu tiên trên thế giới về các rung động núi lửa. Năm 1911, ông đã phát biểu rằng "việc dự báo các vụ phun trào lớn trong một số trường hợp không phải là vấn đề quá khó khăn" và đề xuất thành lập các đài quan sát núi lửa thường xuyên để phục vụ công tác dự báo phun trào.

Vào sáng ngày 12 tháng 1 năm 1914, Ōmori nhận được báo cáo về việc nhiều trận động đất nhỏ liên tiếp xảy ra quanh Sakurajima từ ngày hôm trước. Ngay khi ông đang chuẩn bị gửi điện tín cảnh báo, vụ Đại phun trào Taishō của Sakurajima đã xảy ra. Vào ngày 16 tháng 1, Ōmori đã thị sát Sakurajima từ biển và cùng ngày, vào lúc 19 giờ, ông tuyên bố rằng thành phố Kagoshima sẽ không gặp nguy hiểm. Tuyên bố này đã giúp ổn định tình hình hỗn loạn trong thành phố lúc bấy giờ. Ông cũng nhận được lời mời gửi bài báo từ Ủy ban Giải thưởng Nobel Vật lý, nhưng ông đã không gửi bài.

Sau khi gặp Thomas Jaggar của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), người đang lên kế hoạch xây dựng một đài quan sát núi lửa trên Đảo Lớn của Hawaii, Ōmori đã thiết kế nền móng và vị trí đặt địa chấn kế cho Phòng thí nghiệm Địa chấn Whitney, tòa nhà 29 gần Nhà Núi lửa, nay là một phần của Đài quan sát Núi lửa Hawaii. Năm 1912, Ōmori đã gửi đến Hawaii hai thiết bị: một máy đo vi động ngang kiểu Omori và một địa chấn kế, để đặt trên các nền móng được xây dựng đặc biệt. Một năm sau, hai địa chấn kế Bosch-Omori nữa đã được MIT tặng cho Đài quan sát Núi lửa Hawaii.

2.6. Nghiên cứu Kỹ thuật động đất và Tác động Thảm họa

Năm 1889, Ōmori đã hợp tác với John Milne để thực hiện các thí nghiệm tại trường Cao đẳng Kỹ thuật thuộc Đại học Tokyo nhằm nghiên cứu sự đổ vỡ và nứt vỡ của gạch và các cột khác do chuyển động ngang tác động. Trong nhiều năm, việc hiện đại hóa Nhật Bản trong thời Minh Trị Duy tân, thông qua việc thay thế các cấu trúc gỗ nhẹ truyền thống đặt trên đá bằng các tòa nhà gạch đỏ và cầu sắt, đã là một mối lo ngại lớn đối với Milne.

Ōmori sau đó tiếp tục nghiên cứu này và được công nhận trong kỹ thuật động đất là người đầu tiên nghiên cứu ảnh hưởng của động đất đối với các công trình nhân tạo bằng cách triển khai sử dụng bàn rung (shaking table). Ông đã so sánh kết quả thí nghiệm với các phép đo trong các trận động đất thực tế. Nghiên cứu của ông đã làm nổi bật tầm quan trọng của sự an toàn của các tòa nhà và giảm nhẹ thiên tai, liên quan trực tiếp đến an toàn xã hội. Tại trận Động đất Messina năm 1908, Ōmori đã ghi nhận số người thiệt mạng rất lớn, có lẽ lên tới 75.000 người, và nhận định rằng 99% trong số đó đã chết vì nhà cửa của họ không được xây dựng để chống chịu động đất.

5.1. Đánh giá về các Thành tựu Chính

Ōmori Fusakichi được công nhận rộng rãi với vai trò tiên phong là "Cha đẻ của ngành Địa chấn học Nhật Bản". "Định luật Omori" và "Địa chấn kế kiểu Omori" của ông đã có ảnh hưởng sâu sắc đến địa chấn học hiện đại, đặt nền tảng cho việc nghiên cứu và dự báo hoạt động địa chấn trên toàn thế giới. Những đóng góp khoa học của ông đã nhận được nhiều đánh giá tích cực. Ông từng nhận được lời mời gửi bài báo từ Ủy ban Giải thưởng Nobel Vật lý, tuy nhiên, ông đã không gửi bài.

5.2. Phê bình và Tranh cãi

Mặc dù có những đóng góp to lớn, hoạt động của Ōmori cũng vấp phải một số quan điểm phê bình hoặc tranh cãi xã hội. Thái độ thận trọng của ông đối với dự báo động đất và sự khác biệt quan điểm với Imamura Akitsune đã dẫn đến "Tranh cãi Omori-Imamura", một cuộc tranh luận học thuật quan trọng về vai trò và trách nhiệm của nhà khoa học trong việc cảnh báo công chúng. Ngoài ra, những vụ việc phân biệt chủng tộc mà ông gặp phải trong chuyến thăm San Francisco năm 1906 cũng là một khía cạnh đáng chú ý, cho thấy những thách thức xã hội mà các nhà khoa học quốc tế có thể đối mặt trong thời kỳ đó.