Onderzoekers in Europa hebben een ondergronds signaal geïdentificeerd dat mogelijk een voorbode is van krachtige aardbevingen.

Dr. Quentin Bletery heeft goed nieuws over een maar al te vaak somber onderwerp:aardbevingen.

Bletery, onderzoeker bij het Franse Nationale Onderzoeksinstituut voor Duurzame Ontwikkeling (IRD), denkt dat het ooit mogelijk zou kunnen zijn om sterke aardbevingen minuten of zelfs uren van tevoren te voorspellen.

Signaaldetectie

Aardbevingen worden meestal veroorzaakt door de beweging van twee tektonische platen aan weerszijden van diepe geologische ondergrondse breuklijnen, ook wel breuklijnen genoemd.

"De breuk begint ergens vóór de aardbeving te verdwijnen", zei Bletery. "De vraag is:versnelt dit in een microseconde of is het iets dat meer tijd kost en kan worden gevolgd?"

Op basis van experimenten uit het verleden heeft Bletery reden om aan te nemen dat er geleidelijke afglijdingen optreden. Nu heeft hij misschien nog meer reden.

Bletery en IRD-collega Dr. Jean-Mathieu Nocquet ontdekten een signaal dat – theoretisch – gebruikt zou kunnen worden om vooraf een waarschuwing te geven over krachtig trillen.

Het project, genaamd EARLI, begon in januari 2021 en zal na een verlenging van een jaar doorlopen tot 2027.

Frustratie voorspellen

Aardbevingen komen over de hele wereld dagelijks voor. De meeste zijn te klein om aan de oppervlakte voelbaar te zijn.

Grotere aardbevingen, boven magnitude 6, zijn vaak dodelijk. Bij de ramp die Turkije en Syrië in februari 2023 trof, kwamen bijvoorbeeld meer dan 50.000 mensen om het leven en werden ongeveer 1,5 miljoen anderen dakloos.

Volgens EARLI hebben aardbevingen de afgelopen twintig jaar wereldwijd ongeveer 1 miljoen mensen het leven gekost.

Niet alleen kunnen aardbevingen nauwkeurig worden gemeten, maar het is ook bekend waar ze de neiging hebben toe te slaan. Zuid-Europa inclusief het Middellandse Zeegebied, Japan, Indonesië, Chili en de Amerikaanse staten Californië en Alaska zijn allemaal hotspots.

Tot nu toe zijn wetenschappers er niet in geslaagd enig waarneembaar teken van geleidelijke breukverschuivingen te identificeren.

In de veronderstelling dat een dergelijk signaal te zwak zou zijn om door seismometers te worden opgepikt, gebruikten Bletery en Nocquet in plaats daarvan hoogwaardige Global Positioning System-gegevens van meer dan 3.000 stations wereldwijd.

GPS-informatie is een alternatief voor seismologische gegevens om te meten hoeveel de grond bewoog tijdens een aardbeving en tussen aardbevingen door.

De GPS-informatie omvatte gegevens die uren vóór elk van de 90 aardbevingen met een kracht van 7 of hoger waren geregistreerd.

Deze aanpak loonde. De onderzoekers vonden een nauwelijks waarneembaar, maar nog steeds statistisch significant patroon dat twee uur vóór aardbevingen nabij het uiteindelijke epicentrum begint te vertonen.

"Het is maar een klein signaal, maar je kunt het niet willekeurig op andere plaatsen en op een ander tijdstip vinden", zegt Bletery. "Het is heel intrigerend."

Hij zei dat er meer onderzoek nodig is om het begrip van het waargenomen signaal te vergroten en de haalbaarheid van aardbevingsvoorspellingen te overwegen.

Eén obstakel is dat de huidige instrumenten voor het monitoren van aardbevingen de reikwijdte en nauwkeurigheid missen voor dit soort onderzoek, aldus Bletery.

Een antwoord hierop zou kunnen zijn om akoestische sensoren te bevestigen aan glasvezelkabels die zowel op de zeebodem als ondergronds liggen en die de ruggengraat vormen van het huidige mondiale communicatiesysteem.

Kleinere, snellere indicator

Ondertussen hebben de EARLI-onderzoekers een bescheidener doel:de bestaande waarschuwingen voor mensen op hun mobiele telefoon, minuten vóór een aardbeving, versnellen.

Deze waarschuwingen zijn gebaseerd op de seismische golven veroorzaakt door de aardbeving en geregistreerd door seismometers.

Bletery en zijn team proberen dergelijke waarschuwingen te verbeteren door seismometers te gebruiken om iets anders te meten:verstoringen in het zwaartekrachtveld van de aarde veroorzaakt door enorme bewegingen van gesteente.

Hoewel deze indicator veel kleiner is dan seismische golven, is hij sneller.

Bletery en zijn team gebruikten een algoritme voor kunstmatige intelligentie (AI) om dit soort gegevens te analyseren en het gevaar van een mogelijke tsunami in te schatten.

Het bestaande waarschuwingssysteem voor een tsunami heeft voor de eerste schatting 20 tot 30 minuten nodig. Hoewel de EARLI-methode nog experimenteel was, duurde het één minuut.

"Het doel is om systemen voor vroegtijdige waarschuwing een stuk sneller te maken", zegt Bletery.

Schadebeheersing

Het beperken van de gevolgen van aardbevingen is ook een onderzoeksprioriteit.

Dit was de focus van een ander project. Het heette RISE en liep van september 2019 tot en met mei 2023.

"Ons uitgangspunt was om Europa veerkrachtiger te maken tegen aardbevingen", zegt professor Stefan Wiemer, directeur van de Zwitserse Seismologische Dienst aan de ETH Zürich. "En er bestaat niet één enkele maatregel om dat te bereiken."

Wiemer leidde een groep ingenieurs en experts op het gebied van seismologie, informatietechnologie, geologie en sociale wetenschappen van een twintigtal organisaties in 13 landen, variërend van Japan en Italië tot Israël en Mexico.

Nieuwe kaart voor heel Europa

De onderzoekers verbeterden het vermogen van de EU om slachtoffers en schade veroorzaakt door een aardbeving in te schatten – iets dat 'snelle impactbeoordeling' wordt genoemd.

Het team bouwde voort op bestaande mondiale diensten, waaronder ShakeMap, dat gegevens verzamelt over grondschokken in gebieden die zijn getroffen door aardbevingen.

Met behulp van nieuwe, meer gedetailleerde gegevens hebben de onderzoekers een Europese versie van de ShakeMap-service opgezet. European Shakemap ontvangt automatisch alle geregistreerde gegevens wanneer een aardbeving met een kracht van meer dan 4 plaatsvindt.

Tegelijkertijd verzamelt het relevante informatie zoals het aantal mensen dat in het gebied woont, de lokale bodemgesteldheid en de kwetsbaarheid van bouwwerken in de getroffen zone.

"We kunnen binnen slechts 30 minuten na een gebeurtenis een geschat aantal slachtoffers, gewonden en verschillende niveaus van schade en kosten schatten", zegt Wiemer, tevens voorzitter van seismologie bij de afdeling Aardwetenschappen van de ETH Zürich.

Dit is niet alleen nuttig voor urgente beslissingen in de nasleep van een aardbeving, maar kan ook de kennis vergroten van wat er in een bepaald gebied zou gebeuren als daar ooit een nieuwe aardbeving zou plaatsvinden.

Het systeem is het eerste in zijn soort dat op Europees niveau operationeel wordt en is nu ook operationeel in Italië en Zwitserland.

RISE heeft ook geavanceerde methoden ontwikkeld – onder meer via AI – voor het voorspellen van sterkere naschokken. In de nasleep van een aardbeving kunnen honderden of duizenden kleinere trillingen seismische netwerken overweldigen.

“Het is lastig om al deze data te verwerken, vooral als je het handmatig moet doen”, aldus Wiemer. "Met machinale leertechnieken kunnen we deze gebeurtenissen nu sneller en nauwkeuriger verwerken."

Meer informatie:

• EARLI
• STIJGEN

Aangeboden door Horizon:het EU Research &Innovation Magazine

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in Horizon het EU Research and Innovation Magazine.