Wetenschappers zullen de omvang van aardbevingen eerder dan ooit tevoren kunnen voorspellen dankzij nieuw onderzoek van Marine Denolle, universitair docent bij de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen (EPS).

"Voor grote aardbevingen zoals bij de San Andreas Fault, die waarschijnlijk ongeveer 50 seconden zullen scheuren, we zouden de uiteindelijke magnitudes kunnen voorspellen 2 tot 5 seconden nadat we de eerste seismische golf hebben ontvangen, " zei Denolle, senior auteur van de studie die onlangs verscheen in Geofysische onderzoeksbrieven .

Denolle deelt het auteurschap met Philippe Danré, de eerste auteur en voormalig bezoekende masterstudent EPS; Jiuxun Yin, een doctoraat kandidaat bij de Graduate School of Arts and Sciences; en Brad Lipovsky, een EPS-onderzoeker. Het team bewees ook dat de activiteit van aardbevingen daadwerkelijk wordt georganiseerd, niet chaotisch zoals wetenschappers eerder hadden gedacht.

"Ons onderzoek, wat technisch vrij eenvoudig is, geeft antwoorden die niet alleen relevant zijn voor de dynamiek van aardbevingen, maar om het gedrag van aardbevingen te voorspellen voordat de aardbeving eindigt, " zei Denolle. Hoewel er nog steeds geen manier is om aardbevingen te voorspellen voordat ze beginnen, huidige detectiesystemen bestaan ​​uit een reeks sensoren die signalen uitzenden om de locatie en grootte te bepalen zodra er snel wordt geschud.

Denolle en haar team gebruikten dataproducten en creëerden numerieke modellen om de uiteindelijke omvang van een aardbeving 10 tot 15 seconden sneller te voorspellen dan de beste algoritmen van vandaag - seconden die mensen genoeg tijd zouden kunnen geven om een ​​gebouw te verlaten of voor ambtenaren om het verkeer te stoppen voordat het schudden begint.

Het team begon met het onderzoeken van patronen van seismische signalen - tijdelijke golfvormen die uitstralen vanaf de eerste breuk in een fout, een dunne naad van steenslag die twee blokken van de aardkorst scheidt. Een aardbeving treedt op wanneer de blokken loskomen. Wetenschappers lezen deze golven met behulp van een ondergronds instrument, een seismometer genaamd, die bewegingen vertaalt in een grafiek die een seismogram wordt genoemd. "Seismogrammen geven ons informatie over wat er gebeurde op de fout op de plaats waar de aardbeving plaatsvond, ' zei Denolle.

Denolle en haar team combineerden eerdere seismogrammen, die in de loop van de tijd veranderingen in de golven registreerde terwijl ze tussen de seismometer en de fout reisden. Dit dataproduct, bekend als "brontijdfunctie, " geeft een nauwkeuriger aflezing van de golven van de bron over lange afstanden.

Denolle en haar team onderzochten een catalogus van brontijdfuncties van aardbevingen over de hele wereld tussen 1990 en 2017. Ze ontdekten dat grote aardbevingen eigenlijk bestaan ​​uit een reeks subgebeurtenissen, kleinere evenementen waarvan de grootte bijna evenredig is met de grootte van de belangrijkste. Het team concludeerde dat ze de uiteindelijke omvang van een aardbeving konden voorspellen op basis van de grootte van de eerste paar subgebeurtenissen.

"De zelforganisatie van aardbevingsbreuken wordt goed verklaard door heterogeniteit op de fout, en onze huidige kennis van aardbevingsfysica kan onze waarnemingen verklaren, ' zei Denolle.

De onderzoekers hopen dat hun werk zal blijven evolueren en op een dag kan helpen bij het verbeteren van de algoritmen voor vroege waarschuwingen voor aardbevingen. Om dit te doen, ze zullen werken aan het extraheren van nauwkeurigere hoogfrequente signalen van aardbevingen om meer te begrijpen over hun dynamiek.

"Eventueel, we hopen dat de studie enkele richtlijnen kan bieden voor een goede modellering van grote aardbevingen, en dienen als een hulpmiddel voor vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen, vooral voor regio's die grote aardbevingen verwachten, zoals de Pacifische kust en Japan, ' zei Denolle.