En ny måde at mærke jordskælv på kan hjælpe med at forbedre tidlige varslingssystemer

Hvert år, jordskælv verden over kræver hundredvis eller endda tusindvis af liv. Forvarsel giver folk mulighed for at søge sikkerhed, og et spørgsmål om sekunder kan betyde forskellen mellem liv og død. UTokyo-forskere har demonstreret en ny jordskælvsdetektionsmetode - deres teknik udnytter subtile afslørende gravitationssignaler, der rejser forud for rystelserne. Fremtidig forskning kan sætte skub i systemerne for tidlig varsling.

Chokket over Tohoku -jordskælvet i 2011 i det østlige Japan giver stadig genlyd for mange. Det forårsagede ufattelige ødelæggelser, men genererede også enorme mængder seismisk og andre former for data. År senere, forskere miner stadig disse data for at forbedre modeller og finde nye måder at bruge dem på, som kunne hjælpe mennesker i fremtiden. Et team af forskere fra University of Tokyos Earthquake Research Institute (ERI) fandt noget i disse data, der kunne fremme forskning om jordskælvsforudsigelser og måske endda redde liv en dag.

Det hele startede, da ERI-lektor Shingo Watada læste en interessant fysikopgave om et ikke-relateret emne af J. Harms fra Istituto Nazionale di Fisica Nucleare i Italien. Papiret foreslår gravimetre - sensorer, der måler styrken af ​​lokal tyngdekraft - teoretisk set kunne detektere jordskælv.

"Dette fik mig til at tænke, " sagde Watada. "Hvis vi har nok seismiske og gravitationsdata fra det tidspunkt og det sted, et stort jordskælv rammer, vi kunne lære at opdage jordskælv med gravimetre såvel som seismometre. Dette kan være et vigtigt værktøj til fremtidig forskning af seismiske fænomener."

Ideen virker sådan:Jordskælv opstår, når et punkt langs kanten af ​​en tektonisk plade, der består af Jordens overflade, foretager en pludselig bevægelse. Dette genererer seismiske bølger, der udstråler fra dette punkt med seks til otte kilometer i sekundet. Disse bølger transmitterer energi gennem Jorden og ændrer hurtigt tætheden af ​​det underjordiske materiale, de passerer igennem. Tæt materiale giver en lidt større tyngdekraftsattraktion end mindre tæt materiale. Når tyngdekraften forplanter sig ved lysets hastighed, Følsomme gravimetre kan opfange disse ændringer i tæthed forud for de seismiske bølgers ankomst.

"Det er første gang nogen har vist definitive jordskælvssignaler med sådan en metode. Andre har undersøgt ideen, endnu ikke fundet pålidelige signaler, " sagde ERI postgraduate Masaya Kimura. "Vores tilgang er unik, da vi undersøgte et bredere udvalg af sensorer, der var aktive under jordskælvet i 2011. Og vi brugte specielle behandlingsmetoder til at isolere stille gravitationssignaler fra de støjende data."

Japan er meget seismisk aktivt, så det er ingen overraskelse, at der er omfattende netværk af seismiske instrumenter til lands og til vands i regionen. Forskerne brugte en række seismiske data fra disse, samt superledende gravimetre (SG'er) i Kamioka, Gifu Prefecture, og Matsushiro, Nagano Prefecture, i det centrale Japan.

Signalanalysen, de udførte, var ekstremt pålidelig, hvad forskere betegner som en 7-sigma nøjagtighed, hvilket betyder, at der kun er én ud af en trillion chance for, at et resultat er forkert. Forskerne siger, at dette beviser konceptet og vil være nyttigt i kalibreringen af ​​fremtidige instrumenter bygget specifikt til at opdage jordskælv. Lektor Masaki Ando fra Institut for Fysik opfandt en ny slags gravimeter, torsionsstangantenne (TOBA), som sigter mod at være det første sådant instrument.

"SG'er og seismometre er ikke ideelle, når sensorerne i dem bevæger sig sammen med instrumentet, som næsten annullerer subtile signaler fra jordskælv, " forklarede ERI lektor Nobuki Kame. "Dette er kendt som en Einsteins elevator, eller ækvivalensprincippet. Imidlertid, TOBA vil overvinde dette problem. Den registrerer ændringer i tyngdegradienten på trods af bevægelse. Det blev oprindeligt designet til at detektere gravitationsbølger fra Big Bang, som 'jordskælv' i rummet, men vores formål er mere nede på jorden."

Holdet drømmer om et netværk af TOBA fordelt rundt om seismisk aktive regioner, et tidligt varslingssystem, der kunne advare folk 10 sekunder før de første jordrystende bølger ankommer fra et epicenter 100 kilometer væk. Mange jordskælvsdødsfald opstår, da folk bliver overrumplet inde i bygninger, der kollapser på dem. Forestil dig den forskel, 10 sekunder kunne gøre. Dette vil tage tid, men forskerne forbedrer løbende modeller for at forbedre nøjagtigheden af ​​metoden til eventuel brug i felten.