Langsomme jordskælv i Cascadia er forudsigelige

Hvis der er et ord, du ikke skal bruge, når du diskuterer alvorlig jordskælvsvidenskab, det er "forudsige". Seismologer kan ikke forudsige jordskælv; i stedet beregner de, hvor sandsynligt det er, at større jordskælv vil forekomme langs en bestemt forkastning over en given periode.

Det er et spørgsmål om debat blandt seismologer, om den proces, der driver jordskælv - belastningen af ​​belastning langs en forkastning efterfulgt af den pludselige, skarp frigivelse af energi, når to tektoniske plader kværner mod hinanden - er en stokastisk (tilfældig) proces, for hvilke der kun kan foretages et estimat af sandsynligheden for forekomst, eller om det er en deterministisk, og potentielt forudsigelige, behandle.

Seismologer ved Caltech studerede ti års værdi af såkaldte "slow-slip begivenheder, "som er et resultat af episodisk fejlglidning som almindelige jordskælv, men kun genererer knapt mærkbare rystelser, i Cascadia-regionen i Pacific Northwest. Deres analyse viser, at denne særlige type seismisk hændelse er deterministisk og potentielt kan være forudsigelige dage eller endda uger i forvejen.

En artikel om arbejdet blev offentliggjort i tidsskriftet Videnskab fremskridt den 1. juli.

"Deterministiske kaotiske systemer, på trods af navnet, har en vis forudsigelighed. Denne undersøgelse er et proof of concept for at vise, at friktion i naturlig skala opfører sig som et kaotisk system, og har derfor en vis grad af forudsigelighed, " siger Adriano Gualandi, papirets hovedforfatter og tilsvarende forfatter. Gualandi var postdoc i laboratoriet hos Jean-Philippe Avouac, Earle C. Anthony professor i geologi og mekanik og anlægsteknik, mens du arbejder med denne forskning. Gualandi og Avouac samarbejdede med Sylvain Michel, som arbejdede på dette projekt som kandidatstuderende ved Caltech, og Davide Faranda fra Institut Pierre Simon Laplace i Frankrig om undersøgelsen.

Langsomt glidende hændelser blev først bemærket for omkring to årtier siden af ​​geovidenskabsmænd, der sporede ellers umærkelige skift i jorden ved hjælp af global positioning system (GPS) teknologi. Begivenhederne opstår, når tektoniske plader kværner utroligt langsomt mod hinanden, som et jordskælv i slowmotion. En hændelse med langsom udskridning, der opstår i løbet af uger, kan frigive den samme mængde energi som et et minut langt jordskælv med en styrke på 7,0. Imidlertid, fordi disse jordskælv frigiver energi så langsomt, den deformation, de forårsager ved overfladen, er på skalaen millimeter, på trods af at det påvirker områder, der kan spænde over tusindvis af kvadratkilometer.

Som sådan, slow-slip hændelser blev først opdaget, da GPS-teknologien blev raffineret til det punkt, at den kunne spore de meget små skift. Slow-slip hændelser forekommer heller ikke langs hver forkastning; indtil nu, de er blevet set på kun en håndfuld steder, herunder Pacific Northwest, Japan, Mexico, og New Zealand.

Slow-slip hændelser er nyttige for forskere, fordi de opbygges og gentages ofte, gør det muligt at studere, hvordan belastninger belaster og frigiver langs en fejl. Over en 10-årig periode, 10 magnitude 7,0 eller større langsomt glidende jordskælv kan forekomme langs en given forkastning. Derimod de fleste regelmæssige jordskælv af den størrelsesorden gentager sig kun i størrelsesordenen hundreder af år. På grund af denne tidsforskydning mellem almindelige store jordskælv og manglen på instrumentelle optegnelser fra hundreder af år siden, det er umuligt præcist at sammenligne tidligere begivenheder med nyere.

På trods af deres navn, slow-slip-begivenheder tilbyder seismologer en måde at trykke "hurtigt frem" på lastning/glidning-processen, der driver jordskælv. På en kort tidsramme på omkring 10 år, Seismologer, der bruger avanceret GPS-udstyr, kan observere cyklussen gentage sig selv flere gange.

Slow-slip hændelser repræsenterer, hvad der er kendt som et "tvunget ikke-lineært dynamisk system." Bevægelsen af ​​de tektoniske plader er den kraft, der driver systemet, mens friktionen mellem pladerne, hvilket får pres til at opbygge sig og derefter til sidst udløses i en skridhændelse, gør systemet ikke-lineært; i et ikke-lineært system, ændringen i output er ikke proportional med ændringen i input. På trods af at både bevægelsen og friktionen kan modelleres ved hjælp af fuldt deterministiske differentialligninger, systemets startbetingelser - hvor meget belastning fejlen allerede er under, for eksempel – have en betydelig indvirkning på langsigtede resultater. Ikke at kende de nøjagtige startbetingelser er en af ​​de mulige årsager til, at det samlede system er uforudsigeligt i det lange løb. Imidlertid, en undersøgelse af fejlskridningshistorien kan afsløre, hvor ofte og hvor længe lignende mønstre gentages over tid. På denne måde holdet var i stand til at vurdere forudsigelighedshorisonten for slow-slip hændelser.

"Dette resultat er meget opmuntrende, " siger Gualandi. "Det viser, at vi er på rette vej, og hvis det lykkes os at få mere præcise data, vi kunne prøve nogle forudsigelseseksperimenter i realtid for langsomme jordskælv."

Gualandi sammenligner den potentielle forudsigelse af en hændelse med langsom udskridning med den nuværende videnskab om at forudsige vejret, som også involverer forudsigelser om et kompleks, kaotisk proces (og falder tilsvarende af i nøjagtighed efter en uge eller deromkring). "Vi ved allerede, at der cirka hver 12. til 14. måned vil være et nyt langsomt jordskælv, men vi ved ikke præcist hvornår det sker. Det, vi har vist, er, at det ser ud til at være muligt at afgøre, hvornår fejlen vil glide nogle dage før den sker, svarende til den måde, vejret kan varsles ret præcist et par dage i forvejen."

Et centralt spørgsmål er, om resultaterne for langsomt glidende jordskælv kan oversættes til de regelmæssige jordskælv, der ryster byer og bringer liv og ejendom i fare. Sidste år Michel, Avouac, og Gualandi rapporterede beviser for, at jordskælv med langsom glidning er en god analog til deres mere destruktive fætre.

"Hvis analogien, som vi trækker mellem langsomme jordskælv og almindelige jordskælv, er korrekt, så er almindelige jordskælv forudsigelige, " siger Avouac. "Men selvom almindelige jordskælv er deterministiske, forudsigelighedshorisonten kan være meget kort, muligvis i størrelsesordenen nogle få sekunder, som kan være af begrænset nytte. Vi ved det ikke endnu."

Avisen har titlen "Det forudsigelige kaos af langsomme jordskælv."