Hvordan jordskælv deformerer tyngdekraften

Lyn - et, to, tre - og torden. I århundreder, mennesker har estimeret afstanden mellem et tordenvejr og tiden mellem lyn og torden. Jo større tidsforskel mellem de to signaler, jo længere væk er observatøren fra lynets placering. Dette er fordi lynet formerer sig med lysets hastighed med næsten ingen tidsforsinkelse, mens torden breder sig ved den meget langsommere lydhastighed på omkring 340 meter i sekundet.

Jordskælv sender også signaler ud, der formerer sig med lysets hastighed (300, 000 kilometer i sekundet) og kan registreres længe før de relativt langsomme seismiske bølger (ca. 8 kilometer i sekundet). Imidlertid, de signaler, der kører med lysets hastighed, ikke er lyn, men pludselige ændringer i tyngdekraften forårsaget af et skift i jordens indre masse. Først for nylig, disse såkaldte PEGS-signaler (PEGS =prompte elasto-tyngdekraftsignaler) blev detekteret ved seismiske målinger. Ved hjælp af disse signaler, det kan være muligt at opdage et jordskælv meget tidligt før ankomsten af ​​det destruktive jordskælv eller tsunamibølger.

Imidlertid, tyngdekraften af ​​dette fænomen er meget lille. Det udgør mindre end en milliarddel af jordens tyngdekraft. Derfor, PEGS -signaler kunne kun registreres for de stærkeste jordskælv. Ud over, processen med deres generation er kompleks:de genereres ikke kun direkte ved kilden til jordskælvet, men også kontinuerligt, da jordskælvsbølgerne formerer sig gennem jordens indre.

Indtil nu, der har ikke været nogen direkte og nøjagtig metode til pålideligt at simulere genereringen af ​​PEGS -signaler i computeren. Den algoritme, der nu foreslås af GFZ -forskerne omkring Rongjiang Wang, kan beregne PEGS -signaler med høj nøjagtighed og uden stor indsats for første gang. Forskerne kunne også vise, at signalerne gør det muligt at drage konklusioner om styrken, varighed og mekanisme for meget store jordskælv. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Earth and Planetary Science Letters .

Et jordskælv flytter pludselig stenpladerne i jordens indre, og ændrer dermed massefordelingen i jorden. Ved stærke jordskælv, denne forskydning kan udgøre flere meter. "Da tyngdekraften, der kan måles lokalt, afhænger af massefordelingen i nærheden af ​​målepunktet, hvert jordskælv genererer en lille, men øjeblikkelig ændring i tyngdekraften, "siger Rongjiang Wang, videnskabelig koordinator for det nye studie.

Imidlertid, hvert jordskælv genererer også bølger i selve jorden, som igen ændrer stenens tæthed og dermed tyngdekraften en lille smule i kort tid - jordens tyngdekraft svinger i nogen grad i takt med jordskælvet. Desuden, denne oscillerende tyngdekraft producerer en kortsigtet kraftvirkning på klippen, hvilket igen udløser sekundære seismiske bølger. Nogle af disse tyngdekraftsudløste sekundære seismiske bølger kan observeres allerede før ankomsten af ​​de primære seismiske bølger.

"Vi stod over for problemet med at integrere disse flere interaktioner for at lave mere præcise skøn og forudsigelser om signalernes styrke, "siger Torsten Dahm, leder af sektionen Physics of Earthquakes and Volcanoes ved GFZ. "Rongjiang Wang havde den geniale idé om at tilpasse en algoritme, vi tidligere havde udviklet til PEGS -problemet - og det lykkedes."

"Vi anvendte først vores nye algoritme på Tohoku -jordskælvet ud for Japan i 2011, hvilket også var årsagen til Fukushima -tsunamien, "siger Sebastian Heimann, programudvikler og dataanalytiker hos GFZ. "Der, målinger på styrken af ​​PEGS -signalet var allerede tilgængelige. Konsistensen var perfekt. Dette gav os sikkerhed for forudsigelsen af ​​andre jordskælv og potentialet for signaler til nye applikationer. "

I fremtiden, ved at evaluere ændringer i tyngdekraften mange hundrede kilometer væk fra epicentret for et jordskælv ud for kysten, denne metode kan bruges til at bestemme, selv under selve jordskælvet, om der er tale om et stærkt jordskælv, der kan udløse en tsunami, ifølge forskerne. "Imidlertid, der er stadig et stykke vej at gå, "siger Rongjiang Wang." Dagens måleinstrumenter er endnu ikke følsomme nok, og de miljøfremkaldte interferenssignaler er for store til, at PEGS -signalerne kan integreres direkte i et fungerende tsunami -varslingssystem. "