Aardbevingen kunnen verwoestende gevolgen hebben voor gemeenschappen over de hele wereld. Ze slaan toe zonder waarschuwing, vaak met grote doden tot gevolg. Aangezien de naschokken die op de eerste aardbeving volgen vaak rampzaliger blijken te zijn dan de hoofdschok, het nauwkeurig kunnen voorspellen van de intensiteit van toekomstige naschokken kan helpen om levens te redden. Universitair hoofddocent Jiancang Zhuang en emeritus hoogleraar Yosihiko Ogata van het Institute of Statistical Mathematics (ISM) in Japan, in samenwerking met collega's, een methode hebben ontwikkeld die de waarschijnlijkheid kan voorspellen wanneer en waar naschokken zullen plaatsvinden, en hoe sterk de grootste hiervan zal zijn.

Hun bevindingen werden op 6 september gepubliceerd, 2019 in Natuurcommunicatie .

Aardbevingen kunnen beweging in de aardkorst veroorzaken, instabiliteit veroorzaken die kan resulteren in krachtigere tremoren. Een aardbeving is zelden een geïsoleerde gebeurtenis, maar eerder gepaard gaat met een opeenvolging van gebeurtenissen, vaak clusters genoemd. Elke reeks wordt typisch gedomineerd door een gebeurtenis die een grotere omvang heeft dan alle andere gebeurtenissen binnen de reeks. Deze gebeurtenis staat bekend als de mainshock, terwijl de gebeurtenissen die voorafgaan en/of volgen bekend staan ​​als respectievelijk voorschokken en naschokken. Naschokken komen voor in dezelfde regio als de hoofdschok, maar zijn van kleinere omvang. Wanneer een naschok groter is dan de hoofdschok, de originele mainshock is opnieuw aangewezen als een forshock, en de grotere naschok wordt herkend als de hoofdschok.

"Vele sterke aardbevingen worden gevolgd door een daaropvolgende grote aardbeving, van grootte vergelijkbaar met de eerste aardbeving of zelfs sterker. Herhaalde aardbevingen veroorzaken opgehoopte schade aan reeds verzwakte gebouwen en infrastructuur; daarom, het voorspellen van hun optreden is een uitdagende taak vanuit het oogpunt van civiele bescherming om het voortdurende verlies van levens te voorkomen, " zeiden de auteurs. "De waarschijnlijkheid van de grootste aardbeving na een grote aardbeving kan worden geëvalueerd door te leren van andere aardbevingsreeksen - een statistische methode die bekend staat als Bayesiaanse gevolgtrekking - en van een zeer korte registratie van de aardbevingsreeks, " legde Zhuang uit.

De auteurs hebben een nieuwe methode geïntroduceerd voor het voorspellen van de omvang van de grootste naschok binnen een toekomstig tijdsinterval, live, uit de geschiedenis van de aardbevingsreeks. Deze methode analyseert de gegevenspatronen van de specifieke aardbeving door twee statistische methoden (Bayesiaanse statistieken en extreme-waardetheorie) te combineren en de gegevens op te nemen in het Epidemic Type Aftershock-Sequence (ETAS) -model - een puntproces dat de tijdgerelateerde activiteit van aardbevingen vertegenwoordigt in een bepaald geofysisch gebied - om snel en nauwkeurig de waarschijnlijkheid en ernst van naschokken te berekenen en te voorspellen. De methode, die met succes werd gebruikt om de aardbevingssequenties van de aardbeving in 2016 in Kumamoto te analyseren, Japan, en retrospectief voorspelde de waarschijnlijkheid van grote daaropvolgende aardbevingen na de mainshock, biedt een handig hulpmiddel voor het verminderen van aardbevingsgevaar.

"We begrijpen dat het onmogelijk is om nauwkeurige voorspellingen te doen van wanneer en waar een schadelijke aardbeving zal plaatsvinden vanwege de inherente willekeur in het optreden van aardbevingen en onze beperkte observaties van het ondergrondse proces. Maar het optreden van aardbevingen is ook niet helemaal willekeurig, " zei Zhuang. "Dit werk wordt gedaan door gebruik te maken van ons begrip van aardbevingsclustering, dat is de meest voorspelbare component in seismiciteit. Ons doel is om zoveel mogelijk voorspelbare componenten in het aardbevingsproces te vinden, zodat we de willekeur in onze voorspellingen kunnen verminderen."

Dit onderzoek volgt op een gerelateerd onderzoeksresultaat, mede geschreven door Ogata, dat werd gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten in 2013, die de Omori-formule gebruikte om binnen één dag na de hoofdschok grote naschokken te voorspellen.

"Het verschil tussen de twee kranten, " zegt Zhuang, "is dat de eerste is gebaseerd op de Omori-formule, die alleen van toepassing is in het geval van een enkele mainshock, en impliceert dat de frequentie van naschokken snel afneemt met de tijd. Terwijl onze paper gebaseerd is op het ETAS-model, een meer geavanceerd model dat van toepassing is op meerdere grote aardbevingen, zoals in de zaak Kumamoto, " zei hij. "Het model dat in de studie van 2013 werd gebruikt, heeft tot doel de vooroordelen te corrigeren die worden veroorzaakt door ontbrekende gegevens, terwijl het nieuwe model helpt om zo snel mogelijk stabiele resultaten te verkrijgen door gebruik te maken van voorkennis."

Verder, het model beschreven in de paper van 2013 "voorspelt de snelheid van aardbevingen in de toekomst, en beschouwt alleen de grootste magnitude in een vast tijdsinterval in de toekomst, " zei Zhuang, toe te voegen:"De resultaten van de twee papers compenseren elkaar in plaats van elkaar in conflict te brengen. Het is moeilijk om ze rechtstreeks te vergelijken via hun output."

"Een van de belangrijke voordelen van de geïmplementeerde methode is dat het de onzekerheden van de modelparameters volledig opneemt in de analyse en de clusterstructuur van seismiciteit, " schrijven de auteurs, concluderen dat "complexe triggering, waaronder voorschokken en / of naschokken van hogere orde, niet kan worden verwaarloosd voor het voorspellen van aardbevingen / naschokken."

Volgens Zhuang, de volgende stap is om dit in realtime te kunnen berekenen, zodat zodra het record van aardbevingen is bijgewerkt, de waarschijnlijkheidsprognose wordt onmiddellijk bijgewerkt.