Als er één woord is dat je niet mag gebruiken bij het bespreken van serieuze aardbevingswetenschap, het is "voorspellen". Seismologen kunnen aardbevingen niet voorspellen; in plaats daarvan berekenen ze hoe waarschijnlijk het is dat er zich grote aardbevingen voordoen langs een bepaalde breuk gedurende een bepaalde periode.

Het is een kwestie van debat onder seismologen of het proces dat aardbevingen veroorzaakt - het laden van spanning langs een breuk gevolgd door de plotselinge, scherpe afgifte van energie als twee tektonische platen tegen elkaar schuren - is een stochastisch (willekeurig) proces, waarvoor alleen een schatting van de waarschijnlijkheid van optreden kan worden gemaakt, of het een deterministische, en mogelijk voorspelbaar, Verwerken.

Seismologen van Caltech bestudeerden tien jaar lang zogenaamde "slow-slip events, " die het gevolg zijn van episodische foutslip zoals gewone aardbevingen, maar slechts nauwelijks waarneembare trillingen genereren, in de Cascadia-regio van de Pacific Northwest. Uit hun analyse blijkt dat dit specifieke type seismische gebeurtenis deterministisch is en mogelijk dagen of zelfs weken van tevoren voorspelbaar kan zijn.

Een paper over het werk werd gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang op 1 juli

"Deterministische chaotische systemen, ondanks de naam, enige voorspelbaarheid hebben. Deze studie is een proof of concept om aan te tonen dat wrijving op natuurlijke schaal zich gedraagt ​​als een chaotisch systeem, en heeft daardoor een zekere mate van voorspelbaarheid, " zegt Adriano Gualandi, de hoofdpersoon en corresponderende auteur van het artikel. Gualandi was een postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Jean-Philippe Avouac, de Earle C. Anthony hoogleraar geologie en mechanische en civiele techniek, tijdens het werken aan dit onderzoek. Gualandi en Avouac werkten samen met Sylvain Michel, die als afstudeerstudent bij Caltech aan dit project heeft gewerkt, en Davide Faranda van het Institut Pierre Simon Laplace in Frankrijk over de studie.

Slow-slip-gebeurtenissen werden ongeveer twee decennia geleden voor het eerst opgemerkt door geowetenschappers die anders onmerkbare verschuivingen in de aarde volgden met behulp van GPS-technologie (Global Positioning System). De gebeurtenissen vinden plaats wanneer tektonische platen ongelooflijk langzaam tegen elkaar schuren, als een aardbeving in slow motion. Een slow-slip-gebeurtenis die zich in de loop van weken voordoet, kan dezelfde hoeveelheid energie vrijgeven als een aardbeving van één minuut met een kracht van 7,0. Echter, omdat deze bevingen zo langzaam energie afgeven, de vervorming die ze aan het oppervlak veroorzaken is op de schaal van millimeters, ondanks het beïnvloeden van gebieden die duizenden vierkante kilometers kunnen beslaan.

Als zodanig, slow-slip-gebeurtenissen werden pas ontdekt toen de GPS-technologie zo verfijnd was dat het die zeer kleine verschuivingen kon volgen. Slow-slip events komen ook niet bij elke fout voor; tot dusver, ze zijn gespot op slechts een handvol locaties, waaronder de Pacific Northwest, Japan, Mexico, en Nieuw-Zeeland.

Slow-slip-gebeurtenissen zijn nuttig voor onderzoekers omdat ze zich opstapelen en vaak terugkeren, waardoor het mogelijk wordt om te bestuderen hoe rekbelastingen en ontladingen langs een breuklijn plaatsvinden. Over een periode van 10 jaar, 10 magnitude 7.0 of meer slow-slip aardbevingen kunnen optreden langs een bepaalde fout. Daarentegen, de meeste regelmatige aardbevingen van die omvang komen slechts in de orde van honderden jaren terug. Vanwege dit tijdsverschil tussen regelmatige grote aardbevingen en het ontbreken van instrumentale records van honderden jaren geleden, het is onmogelijk om gebeurtenissen uit het verleden nauwkeurig te vergelijken met recente.

Ondanks hun naam, slow-slip-gebeurtenissen bieden seismologen een manier om "snel vooruit" te drukken op het laad- / slipproces dat aardbevingen veroorzaakt. In een korte tijdspanne van ongeveer 10 jaar, seismologen die de modernste GPS-apparatuur gebruiken, kunnen de cyclus zich meerdere keren zien herhalen.

Slow-slip-gebeurtenissen vertegenwoordigen wat bekend staat als een 'geforceerd niet-lineair dynamisch systeem'. De beweging van de tektonische platen is de kracht die het systeem aandrijft, terwijl de wrijving tussen de platen, waardoor druk opbouwt en uiteindelijk wordt vrijgegeven in een slipgebeurtenis, maakt het systeem niet-lineair; in een niet-lineair systeem, de verandering in output is niet evenredig met de verandering in input. Ondanks het feit dat zowel de beweging als de wrijving kunnen worden gemodelleerd met behulp van volledig deterministische differentiaalvergelijkingen, de startomstandigheden van het systeem - hoeveel spanning de fout al heeft, bijvoorbeeld een aanzienlijke impact hebben op de langetermijnresultaten. Het niet kennen van die exacte startvoorwaarden is een van de mogelijke redenen dat het totale systeem op de lange termijn onvoorspelbaar is. Echter, een onderzoek van de foutslipgeschiedenis kan uitwijzen hoe vaak en hoe lang soortgelijke patronen zich in de loop van de tijd herhalen. Op deze manier, het team was in staat om de voorspelbaarheidshorizontijd van slow-slip-gebeurtenissen te beoordelen.

"Dit resultaat is zeer bemoedigend, " zegt Gualandi. "Het laat zien dat we op de goede weg zijn en, als we erin slagen om nauwkeurigere gegevens te krijgen, we zouden een aantal realtime voorspellingsexperimenten kunnen proberen voor langzame aardbevingen."

Gualandi vergelijkt de mogelijke voorspelling van een slow-slip-gebeurtenis met de huidige wetenschap van het voorspellen van het weer, waarbij ook voorspellingen worden gedaan over een complexe, chaotisch proces (en ook minder nauwkeurig na een week of zo). "We weten al dat er ongeveer elke 12 tot 14 maanden een nieuwe langzame aardbeving zal zijn, maar we weten niet precies wanneer het zal gebeuren. Wat we hebben laten zien, is dat het mogelijk lijkt te zijn om te bepalen wanneer de fout enkele dagen voordat deze optreedt, zal verdwijnen, vergelijkbaar met de manier waarop het weer een paar dagen van tevoren redelijk nauwkeurig kan worden voorspeld."

Een belangrijke vraag is of de bevindingen voor slow-slip aardbevingen kunnen worden vertaald naar de regelmatige aardbevingen die steden doen schudden en levens en eigendommen in gevaar brengen. Vorig jaar Michel, Avouac, en Gualandi rapporteerden bewijs dat slow-slip aardbevingen een goede analogie zijn voor hun meer destructieve neven.

"Als de analogie die we trekken tussen langzame aardbevingen en regelmatige aardbevingen correct is, dan zijn regelmatige aardbevingen voorspelbaar, "zegt Avouac. "Maar zelfs als regelmatige aardbevingen deterministisch zijn, de voorspelbaarheidshorizon kan erg kort zijn, mogelijk in de orde van enkele seconden, die van beperkt nut kunnen zijn. We weten het nog niet."

Het artikel is getiteld "The Predictable Chaos of Slow Earthquakes".