Door 10 jaar aan seismische gegevens in Zuid-Californië te bladeren met het wetenschappelijke equivalent van een kam met fijne tanden, Seismologen van Caltech hebben bijna twee miljoen voorheen ongeïdentificeerde kleine aardbevingen geïdentificeerd die tussen 2008 en 2017 hebben plaatsgevonden.

Hun inspanningen, online gepubliceerd door het tijdschrift Science op 18 april, de aardbevingscatalogus voor die regio en die periode met een factor 10 uitbreiden - van ongeveer 180, 000 geregistreerde aardbevingen tot meer dan 1,81 miljoen. De nieuwe gegevens laten zien dat er dagelijks ongeveer 495 aardbevingen plaatsvinden in Zuid-Californië met een gemiddelde tussenpoos van ongeveer drie minuten. Eerdere catalogisering van aardbevingen had gesuggereerd dat er ongeveer 30 minuten zouden verstrijken tussen seismische gebeurtenissen.

Deze 10-voudige toename van het aantal geregistreerde aardbevingen vertegenwoordigt de catalogisering van kleine trillingen, tussen negatieve magnitude 2,0 (-2,0) en 1,7, mogelijk gemaakt door de brede toepassing van een arbeidsintensieve identificatietechniek die doorgaans alleen op kleine schaal wordt toegepast. Deze bevingen zijn zo klein dat ze moeilijk te herkennen zijn te midden van het achtergrondgeluid dat in seismische gegevens verschijnt, zoals schudden van autoverkeer of bouwconstructies.

"Het is niet zo dat we niet wisten dat deze kleine aardbevingen plaatsvonden. Het probleem is dat ze heel moeilijk te herkennen kunnen zijn te midden van al het lawaai, " zegt Zachary Ross, hoofdauteur van de studie en postdoctoraal wetenschapper in geofysica, die in juni als universitair docent geofysica aan de faculteit Caltech zal werken. Ross werkte samen met Egill Hauksson, onderzoekshoogleraar geofysica bij Caltech, evenals Daniel Trugman van Los Alamos National Laboratory en Peter Shearer van Scripps Institution of Oceanography aan UC San Diego.

Om de lage signaal-ruisverhouding te overwinnen, wendde het team zich tot een techniek die bekend staat als "template matching, " waarin iets grotere en gemakkelijker identificeerbare aardbevingen worden gebruikt als sjablonen om te illustreren wat het signaal van een aardbeving op een bepaalde locatie zou moeten zijn, in het algemeen, ziet eruit als. Wanneer een waarschijnlijke kandidaat met de overeenkomende golfvorm werd geïdentificeerd, de onderzoekers scanden vervolgens records van nabijgelegen seismometers om te zien of het signaal van de aardbeving elders was opgenomen en onafhankelijk kon worden geverifieerd.

Het matchen van sjablonen werkt het beste in regio's met dicht bij elkaar liggende seismometers, aangezien gebeurtenissen over het algemeen alleen goed correleren met andere aardbevingen binnen een straal van ongeveer 1 tot 2 mijl, volgens de onderzoekers. In aanvulling, omdat het proces rekenintensief is, het was in het verleden beperkt tot veel kleinere datasets. Voor het huidige werk de onderzoekers vertrouwden op een reeks van 200 krachtige grafische verwerkingseenheden (GPU's) die wekenlang werkten om de catalogus te scannen, nieuwe aardbevingen detecteren, en hun bevindingen verifiëren.

Echter, de bevindingen waren de moeite waard, zegt Hauksson. "Seismiciteit langs één breuk beïnvloedt breuken en bevingen eromheen, en dit nieuw uitgewerkte beeld van seismische activiteit in Zuid-Californië zal ons nieuwe inzichten geven in hoe dat werkt, " zegt hij. De uitgebreide aardbevingscatalogus onthult eerder onopgemerkte voorschokken die voorafgaan aan grote aardbevingen, evenals de evolutie van zwermen aardbevingen. De rijkere dataset zal wetenschappers in staat stellen een duidelijker beeld te krijgen van hoe seismische gebeurtenissen de regio beïnvloeden en verplaatsen, zegt Roos.

"De vooruitgang die Zach Ross en collega's hebben gemaakt, verandert fundamenteel de manier waarop we aardbevingen detecteren binnen een dicht seismisch netwerk zoals dat van Caltech met de USGS. Zach heeft een nieuw venster geopend waardoor we miljoenen voorheen onzichtbare aardbevingen kunnen zien en dit verandert ons vermogen om te karakteriseren wat er gebeurt voor en na grote aardbevingen, " zei Michael Gurnis, Directeur van het Seismologisch Laboratorium en John E. en Hazel S. Smits hoogleraar Geofysica

Het artikel is getiteld 'Zoeken naar verborgen aardbevingen in Zuid-Californië'.