• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Naturen
    Hur jordbävningar deformerar gravitationen

    Rumslig fördelning av PEGS-signalstyrkan under Tohoku-bävningen 2011, strax före ankomsten av den primära seismiska vågen. Kredit:Earth and Planetary Science Letters, Vol 536, Zhang et al. 2020, "Prompt elasto-gravity signaler (PEGS) och deras potentiella användning i modern seismologi", sciencedirect.com/journal/earth-and-planetary-science-letters, med tillstånd från Elsevier

    Blixt — en, två, tre — och åska. I århundraden, människor har uppskattat avståndet för ett åskväder från tiden mellan blixten och åskan. Ju större tidsskillnad det är mellan de två signalerna, ju längre bort är betraktaren från blixtens plats. Detta beror på att blixten sprider sig med ljusets hastighet med nästan ingen tidsfördröjning, medan åskan fortplantar sig med den mycket långsammare ljudhastigheten på cirka 340 meter per sekund.

    Jordbävningar skickar också ut signaler som fortplantar sig med ljusets hastighet (300, 000 kilometer per sekund) och kan registreras långt före de relativt långsamma seismiska vågorna (cirka 8 kilometer per sekund). Dock, signalerna som färdas med ljusets hastighet är inte blixtar, men plötsliga förändringar i gravitationen orsakade av en förskjutning i jordens inre massa. Bara nyligen, dessa så kallade PEGS-signaler (PEGS =prompt elasto-gravity signals) detekterades genom seismiska mätningar. Med hjälp av dessa signaler, det kan vara möjligt att upptäcka en jordbävning mycket tidigt innan den destruktiva jordbävningen eller tsunamivågorna kommer.

    Dock, gravitationseffekten av detta fenomen är mycket liten. Det uppgår till mindre än en miljarddel av jordens gravitation. Därför, PEGS-signaler kunde endast registreras för de kraftigaste jordbävningarna. Dessutom, processen för deras generation är komplex:de genereras inte bara direkt vid källan till jordbävningen, men också kontinuerligt när jordbävningsvågorna fortplantar sig genom jordens inre.

    Tills nu, det har inte funnits någon direkt och exakt metod för att tillförlitligt simulera genereringen av PEGS-signaler i datorn. Algoritmen som nu föreslagits av GFZ-forskarna runt Rongjiang Wang kan beräkna PEGS-signaler med hög noggrannhet och utan större ansträngning för första gången. Forskarna kunde också visa att signalerna gör det möjligt att dra slutsatser om styrkan, varaktighet och mekanism för mycket stora jordbävningar. Studien publicerades i tidskriften Earth and Planetary Science Letters .

    En jordbävning flyttar plötsligt berghällarna i jordens inre, och därmed förändrar massfördelningen i jorden. Vid kraftiga jordbävningar, denna förskjutning kan uppgå till flera meter. "Eftersom gravitationen som kan mätas lokalt beror på massfördelningen i närheten av mätpunkten, varje jordbävning genererar en liten men omedelbar förändring i gravitationen, säger Rongjiang Wang, vetenskaplig koordinator för den nya studien.

    Dock, varje jordbävning genererar också vågor i själva jorden, som i sin tur förändrar stenarnas densitet och därmed gravitationen en aning under en kort stund — jordens gravitation pendlar till viss del i takt med jordbävningen. Vidare, denna oscillerande gravitation ger en kortvarig krafteffekt på berget, vilket i sin tur utlöser sekundära seismiska vågor. Vissa av dessa gravitationsutlösta sekundära seismiska vågor kan observeras redan innan de primära seismiska vågorna anländer.

    "Vi stod inför problemet med att integrera dessa multipla interaktioner för att göra mer exakta uppskattningar och förutsägelser om styrkan på signalerna, säger Torsten Dahm, chef för sektionen Physics of Earthquakes and Volcanoes på GFZ. "Rongjiang Wang hade den geniala idén att anpassa en algoritm som vi hade utvecklat tidigare till PEGS-problemet – och lyckades."

    "Vi tillämpade först vår nya algoritm på Tohoku-skalvet utanför Japan 2011, som också var orsaken till Fukushima-tsunamin, säger Sebastian Heimann, programutvecklare och dataanalytiker på GFZ. "Där, mätningar på styrkan på PEGS-signalen var redan tillgängliga. Konsistensen var perfekt. Detta gav oss säkerhet för förutsägelsen av andra jordbävningar och potentialen hos signalerna för nya tillämpningar."

    I framtiden, genom att utvärdera förändringarna i gravitationen många hundra kilometer bort från epicentrum av en jordbävning utanför kusten, denna metod kan användas för att bestämma, även under själva jordbävningen, om en kraftig jordbävning är inblandad som kan utlösa en tsunami, enligt forskarna. "Dock, det är fortfarande en lång väg kvar, " säger Rongjiang Wang. "Dagens mätinstrument är ännu inte tillräckligt känsliga, och de miljöinducerade störningssignalerna är för stora för att PEGS-signalerna ska kunna integreras direkt i ett fungerande tsunamivarningssystem."


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com