Dataforskere og seismologer bruger dyb tremor til at forudsige kraftige jordskælv

Forskere har længe haft god grund til at tro, at jordskælv i sagens natur er uforudsigelige. Men et nyt fund fra Northwestern University kan være et seismisk skift for den gamle måde at tænke på.

Et tværfagligt team opdagede for nylig, at "langsomme jordskælv, "som frigiver energi over en periode på timer til måneder, potentielt kan føre til nærliggende "almindelige jordskælv." Fundet kan hjælpe seismologer med bedre at forudsige nogle kraftige jordskælv, der vil forekomme inden for et vist tidsrum, muliggør advarsler og andre præparater, der kan redde liv.

"Mens opbygningen af ​​stress i jordskorpen er stort set forudsigelig, stressfrigivelse via almindelige jordskælv er mere kaotisk i naturen, hvilket gør det udfordrende at forudsige, hvornår de kan forekomme, " sagde Kevin Chao, en datavidenskabsforsker ved Northwestern Institute on Complex Systems. "Men i de senere år, mere og mere forskning har fundet ud af, at store jordskælv i subduktionszoner ofte er forudgået af forchok og langsomme jordskælv."

Støttet af National Science Foundation, forskningen blev offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Solid Earth . Chao, som også er medlem af Northwesterns Center for Optimering og Statistisk Læring, fungerede som avisens første forfatter. Suzan van der Lee, en professor i jord- og planetvidenskab ved Northwesterns Weinberg College of Arts and Sciences, også bidraget til arbejdet.

Chao og hans kolleger begyndte deres arbejde for flere år siden ved at henvende sig til en region i Taiwan, hjemsted for cirka 100 seismiske stationer, der kontinuerligt har registreret jordens bevægelse i årevis. Det var der, holdet bemærkede dybe rystelser, en type langsomt jordskælv, der typisk gentager sig i dage- eller ugerlange cyklusser.

"Dyb tremor er meget følsom over for små stressændringer, " sagde Chao. "Så, vi besluttede at bruge dem som stressmålere til at overvåge lokale variationer i stressopbygning og frigivelse før og efter store jordskælv."

For at detektere og overvåge denne dybe tremoraktivitet, Chaos team udviklede et sofistikeret sæt algoritmer og anvendte det på data fra 10 seismiske stationer i Taiwan. De opdagede, at dyb rystelse begyndte at ændre sin adfærd omkring to måneder før forekomsten af ​​et jordskælv med en styrke på 6,4 i marts 2010 i det sydlige Taiwan. Rystens varighed, for eksempel, steg med det dobbelte før denne begivenhed og fortsatte med at stige efterfølgende.

Selvom dyb tremor først blev rapporteret i 2002, videnskabsmænd har ikke fundet mange tilfælde, hvor adfærd ændrede sig før store jordskælv. "Efter jordskælvet med en styrke på 6,4 opstod, vi bemærkede et potentiale til at studere dyb tremor nær begivenheden, " sagde Chao. "Vi identificerede stigningen i tremor-varigheden tre uger før jordskælvet, men vi kunne i første omgang ikke drage konklusioner, fordi rysten stiger hele tiden og af forskellige årsager.

Men tre år efter størrelsesordenen 6,4, Chao og hans kolleger bemærkede, at deres observationer af tremoraktivitet faldt sammen med en GPS-optagelse i nærheden, hvilket indikerede et flip i retning af jordens bevægelse nær tremorkilder.

Ved at kombinere data fra jordobservatorier, såsom GPS og seismiske stationer, med statistik og en række algoritmer, holdet viste, at ændringer i dybe rystelsesmønstre kunne signalere et forestående jordskælv i nærheden. For yderligere at teste resultatet, Chao undersøgte yderligere fire jordskælv og opdagede, at der eksisterede lignende forløbende mønstre. Han og Van der Lee håber, at dette arbejde vil inspirere til mere datadrevet forskning på det seismologiske område.

"Meget mere dataanalyse af disse små, men fascinerende tremorsignaler er nødvendig, " han sagde, "før mellem- og kortsigtede jordskælvsprognoser bliver pålidelige."