Eerst kwam het vuur, dan de regen - en ten slotte, de verwoestende modder.

In de nasleep van de grootste bosbrand in de geschiedenis van Californië, de Thomas Fire van december 2017, een krachtige storm stortte ongeveer vijf centimeter regen op de kale hellingen van Ventura County, veroorzaakte puinstromen op 9 januari waarbij 21 mensen omkwamen en honderden huizen in de Montecito en San Ysidro Creek-gebieden werden verwoest.

Seismologen van Caltech merkten op dat het gerommel en gebrul van de modderstroom werd gedetecteerd door een seismometer op ongeveer 1,5 kilometer afstand van de ergste schade. aanzienlijk, ze ontdekten dat het seismogram dat door de gebeurtenis werd gegenereerd informatie onthult over de stroomsnelheid van puin, de breedte van de stroom en de grootte van de rotsblokken die het droeg, en de locatie van het evenement - resultaten suggereren dat de huidige generatie seismometers in het veld kan worden gebruikt om een ​​vroege waarschuwing te geven voor een inkomende puinstroom aan bewoners in gebieden die gevoelig zijn voor modderstromen.

hun studie, die op 30 mei online werd gepubliceerd door Geofysische onderzoeksbrieven , toont aan dat seismometermetingen op 9 januari mogelijk een waarschuwing voor sommige inwoners van Montecito hadden kunnen bieden tussen 5 en 10 minuten.

Het onderzoek werd geleid door Victor Tsai (BS '04), corresponderende auteur van het artikel en hoogleraar geofysica.

Tsai is al lang geïnteresseerd in het onderzoeken welke informatie kan worden verzameld van seismometers die verder gaan dan de gebruikelijke aardbevingssignalen waarvoor ze zijn ontworpen. "De beweging van de grond kan op veel dingen wijzen, van de ontploffing van een kernkop tot de beweging van een gletsjer. De truc is om te bepalen wat het signaal betekent, "zegt hij. Als zodanig, hij was al begonnen aan een model dat voorspelde hoe een modderstroom eruit zou zien op een seismometer, gebaseerd op bestaande modellen van sediment dat door water wordt getransporteerd.

In samenwerking met Tsai, afgestudeerde student Voon Hui Lai verzamelde gegevens van de drie seismometers die zich binnen een paar kilometer van de modderstroom bevonden om te zoeken naar het signaal dat werd voorspeld door het model van Tsai. Vanwege de nabijheid en technische problemen, twee van de seismometers registreerden de dia niet robuust. De derde, echter, deed. "Het was niet meteen duidelijk, maar na een tijdje, we hebben het gevonden, "zegt Lay.

Het signaal, een gerommel dat bijna 20 minuten aanhoudt, verscheen in de 5-10 hertz frequentieband, die zich op de onderste drempel van het menselijk gehoor bevindt. Het team kon vaststellen dat het signaal inderdaad de modderstroom was op basis van de timing en door andere potentiële bronnen uit te sluiten. Het kwam bijna perfect overeen met de voorspellingen van het model van Tsai.

Analyse van het resulterende seismogram, Tsai en Lai konden verder laten zien hoe het signaal kan worden gebruikt om de belangrijkste elementen van een puinstroom (grootte, snelheid, en intensiteit) op basis van hoe ze het schudden van de grond beïnvloeden. Het signaal gaf aan dat de puinstroom "snuit" (waar de grootste rotsblokken zich bevinden) een gebied van ongeveer 50 meter bij 50 meter bedekte; dat de door de stroom meegevoerde rotsblokken een diameter van ongeveer 1,3 meter bereikten; en dat de stroomsnelheid ongeveer 2,4 meter per seconde was.

Nu ze weten waarnaar ze moeten zoeken en een model hebben voor wat het seismogram aangeeft, wetenschappers kunnen hiermee een systeem voor vroegtijdige waarschuwing ontwikkelen op basis van bestaande seismometers, zegt Tsai. "Puinstromen bewegen veel langzamer dan aardbevingen, zodat we mogelijk een systeem voor vroegtijdige waarschuwing kunnen ontwikkelen dat belangrijke waarschuwingen biedt aan bewoners en eerstehulpverleners, " hij zegt.

"Als aardbevingen, puinstromen komen niet vaak voor en zijn gevaarlijk om direct te observeren, " voegt co-auteur Michael Lamb eraan toe, hoogleraar geologie. "Door grondtrillingen op veilige afstand te meten, onze studie toont aan dat seismologie een groot potentieel heeft om ons begrip te verbeteren van wanneer, waar, en waarom puinstromen gebeuren."

De onderzoekers zijn van plan het model te blijven testen en verfijnen met behulp van gecontroleerde experimenten die nauwkeurigere metingen opleveren.

De studie is getiteld "The Seismic Signature of Debris Flows:Flow Mechanics and Early Warnings at Montecito, Californië." Co-auteurs zijn onder andere Thomas Ulizio, laboratoriummanager en onderzoeksassistent bij Caltech, en Alexander Beer, postdoctoraal onderzoeker in de geologie. Dit onderzoek werd ondersteund door de National Science Foundation en de Swiss National Science Foundation.