Tidlige seismiske bølger holder ledetråden til hovedskælvets kraft

Forskere vil være i stand til at forudsige jordskælvets størrelse tidligere end nogensinde før takket være ny forskning fra Marine Denolle, adjunkt ved Institut for Jord- og Planetvidenskab (EPS).

"For jordskælv med store angreb som dem, der opstår på San Andreas-forkastningen, som sandsynligvis vil briste i omkring 50 sekunder, vi ville være i stand til at forudsige de endelige størrelser 2 til 5 sekunder efter at have modtaget den første seismiske bølge, sagde Denolle, seniorforfatter til undersøgelsen, der for nylig dukkede op i Geofysiske forskningsbreve .

Denolle deler forfatterskabet med Philippe Danré, den første forfatter og tidligere EPS-gæstende masterstuderende; Jiuxun Yin, en ph.d. kandidat i Graduate School of Arts and Sciences; og Brad Lipovsky, en EPS-forsker. Holdet beviste også, at aktiviteten af ​​jordskælv faktisk er organiseret, ikke kaotisk, som videnskabsmænd tidligere havde troet.

"Vores forskning, hvilket er teknisk ret simpelt, giver svar, der ikke kun er relevante for jordskælvsdynamik, men til forudsigelse af jordskælvets adfærd før jordskælvet slutter, " sagde Denolle. Selvom der stadig ikke er nogen måde at forudsige jordskælv, før de begynder, strømdetektionssystemer består af en række sensorer, der transmitterer signaler for at bestemme placeringen og størrelsen, når der sker hurtig rystelse.

Denolle og hendes team brugte dataprodukter og skabte numeriske modeller til at forudsige et jordskælvs endelige styrke 10 til 15 sekunder hurtigere end nutidens bedste algoritmer – sekunder, der kunne give folk nok tid til at forlade en bygning eller for embedsmænd til at stoppe trafikken, før rystelser starter.

Holdet begyndte med at undersøge mønstre af seismiske signaler - forbigående bølgeformer, der udstråler fra det første brud i en fejl, en tynd søm af knust sten, der adskiller to blokke af jordskorpen. Et jordskælv opstår, når blokkene bryder fri. Forskere læser disse bølger ved hjælp af et underjordisk instrument kaldet et seismometer, der oversætter bevægelser til en graf kaldet et seismogram. "Seismogrammer giver os information om, hvad der skete på fejlen på det sted, hvor jordskælvet fandt sted, sagde Denolle.

Denolle og hendes team kombinerede tidligere seismogrammer, som registrerede ændringer i bølgerne over tid, mens de rejste mellem seismometeret og fejlen. Dette dataprodukt, kendt som "kildetidsfunktion, " giver en mere nøjagtig aflæsning af bølgerne fra kilden over lange afstande.

Denolle og hendes team undersøgte et katalog over kildetidsfunktioner fra jordskælv rundt om på kloden mellem 1990 og 2017. De opdagede, at store jordskælv faktisk er sammensat af en række underbegivenheder, mindre begivenheder, hvis størrelse er næsten proportional med størrelsen af ​​den vigtigste. Holdet konkluderede, at de kunne forudsige den endelige størrelse af et jordskælv baseret på størrelsen af ​​de første par underbegivenheder.

"Selvorganiseringen af ​​jordskælvsbrud er godt forklaret af heterogenitet på fejlen, og vores nuværende viden om jordskælvsfysik kan forklare vores observationer, sagde Denolle.

Forskerne håber, at deres arbejde vil fortsætte med at udvikle sig og en dag kan hjælpe med at forbedre algoritmerne til tidlige advarsler om jordskælv. At gøre dette, de vil arbejde på at udvinde mere nøjagtige højfrekvente signaler fra jordskælv for at forstå mere om deres dynamik.

"Til sidst, vi håber, at undersøgelsen kan give nogle retningslinjer for korrekt modellering af store jordskælv, og tjene som et værktøj til tidlig varsling om jordskælv, især for regioner, der forventer store jordskælv, som Stillehavskysten og Japan, sagde Denolle.