Onderzoekers hebben een wereldwijd monitoringsysteem voor aardbevingen ontwikkeld dat het Global Navigational Satellite System (GNSS) gebruikt om de vervorming van de korst te meten.

Het bewakingssysteem kan binnen enkele seconden de omvang van de aardbeving en de foutverschuivingsverdeling snel beoordelen voor aardbevingen met een kracht van 7,0 en groter, waardoor het een potentieel waardevol hulpmiddel is bij vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen en tsunami's voor deze schadelijke gebeurtenissen, De geofysicus Timothy Melbourne en collega's van de Central Washington University rapporteren in de Bulletin van de Seismologische Vereniging van Amerika .

GNSS kan een grote aardbeving mogelijk veel sneller karakteriseren dan het wereldwijde seismische netwerk, meer tijd bieden voor evacuaties, drop-and-cover en automatische uitschakeling van essentiële infrastructuur. "De noodzaak om het snel te doen, gaat echt over het redden van levens, ' zei Melbourne.

GNSS-systemen bestaan ​​uit in een baan om de aarde draaiende satellieten die signalen naar ontvangststations op aarde sturen. De signalen worden gebruikt om de exacte locatie van de ontvangers in de tijd te bepalen. Aardbevingen verplaatsen en vervormen de aardkorst onder de ontvangers, dus veranderingen in hun locaties na een aardbeving kunnen worden gebruikt om de breuken te volgen en te karakteriseren.

Seismische monitoring door GNSS is een "zeer bot instrument, " vergeleken met op seismometers gebaseerde netwerken die zeer kleine seismische golven kunnen detecteren, zei Melbourne.

Een hoogwaardige seismometer is opmerkelijk gevoelig, hij merkte, in staat om seismische golfsnelheden tot tientallen nanometers per seconde te detecteren.

GNSS is grover, alleen verplaatsingen van centimeters of groter detecteren.

Tijdens een grote aardbeving, echter, er is een afweging tussen gevoeligheid en snelheid. Lokale seismische netwerken kunnen tijdens een grote, complexe gebeurtenis zoals de aardbeving in Kaikoura met een kracht van 7,8 op de schaal van Richter in 2016 in Nieuw-Zeeland, waar meerdere fouten zijn betrokken en golven van de eerste gebeurtenis weerkaatsen door de korst. Om de grootte en foutslipverdeling nauwkeurig te bepalen, seismologen moeten meestal wachten tot de seismische golfgegevens verre stations bereiken voordat ze nauwkeurig kunnen worden gekarakteriseerd, wat tientallen minuten vertraging met zich meebrengt terwijl de golven zich over de planeet voortplanten.

Het wereldwijde systeem dat door Melbourne en zijn collega's is gecreëerd, is het eerste in zijn soort. Het neemt onbewerkte GNSS-gegevens op die zijn verkregen bij elke met internet verbonden ontvanger op aarde, positioneert deze gegevens, en verzendt vervolgens de gepositioneerde gegevens terug naar elk apparaat met internetverbinding, binnen een seconde.

De onderzoekers beoordeelden hun systeem gedurende een typische week, gebruikmakend van gegevens van 1270 ontvangststations over de hele wereld. Ze ontdekten dat de gemiddelde tijd die gegevens nodig hadden om van een ontvanger naar het verwerkingscentrum van de Central Washington University te reizen ongeveer een halve seconde was, van waar ook ter wereld. Het kostte gemiddeld ongeveer een 200ste van een seconde om die gegevens om te zetten in schattingen van de GNSS-positie.

Dit betekent dat het wereldwijde GNSS-monitoringsysteem veranderingen kan detecteren ruim voordat de aardbeving zelf is uitgebarsten, aangezien het tientallen seconden kan duren - of zelfs minuten voor de grootste aardbevingen - "voor de fout om al die energie uit te zenden naar de planeet, ' zei Melbourne.

De snelheid van een wereldwijd GNSS seismisch monitoringsysteem zou zelfs nog belangrijker kunnen zijn voor tsunami-waarschuwingen, hij merkte. Momenteel, een internationaal monitoringprogramma gebruikt gegevens van een wereldwijd seismisch netwerk om de omvang van een aardbeving te bepalen, gecombineerd met gegevens van wereldwijde getijmeters en boeien die een tsunami-golf in de open oceaan detecteren, om te bepalen of een tsunami-advies naar het publiek moet worden gestuurd.

Het seismische netwerk kan 15 minuten of langer duren om de omvang te bepalen van een aardbeving die een tsunami veroorzaakt, zei Melbourne, en de getijmeters en boeien kunnen tot een uur duren om gegevens te leveren, afhankelijk van hun nabijheid tot de aardbeving. GNSS-ontvangers, anderzijds, zou een aardbeving in tientallen seconden kunnen karakteriseren met voldoende nabijgelegen stations.

"De echte kracht van de GNSS voor de tsunami is om vanaf het begin meer tijd en grotere nauwkeurigheid te kopen voor de waarschuwingen die naar buiten komen, ' zei Melbourne.

GNSS-ontvangststations verspreiden zich over de hele wereld naarmate meer mensen ze gebruiken, speciaal voor landmeetkunde of monitoring in de mijnbouw en de bouw. Maar het wereldwijde GNSS-monitoringsysteem is afhankelijk van open-sourcegegevens, die niet in hetzelfde tempo is gegroeid. In sommige landen, gegevens worden verkocht om de kosten van het bouwen en onderhouden van de ontvangers te dekken, Melbourne zei, waardoor hun operators terughoudend zijn om de gegevens vrij beschikbaar te stellen.

"Een deel van wat ik doe is proberen om landen in seismisch actieve gebieden ertoe te brengen hun datasets open te stellen voor risicobeperkingsdoeleinden, ' zei Melbourne.

Bijvoorbeeld, GNSS-operators in Nieuw-Zeeland, Ecuador, Chili en elders werken samen met de groep van Melbourne, profiteren van het decennium aan werk dat het team in hun GNSS-positioneringssysteem heeft gestoken. Ze sturen onbewerkte gegevens van ontvangers in hun land naar centraal Washington, waar Melbourne en collega's de gegevens binnen een wereldwijd referentiekader plaatsen en deze binnen subseconden terugsturen voor verder onderzoek en monitoring.