Varje år, jordbävningar världen över kräver hundratals eller till och med tusentals liv. Förvarning tillåter människor att bege sig till säkerhet och en fråga om sekunder kan betyda skillnaden mellan liv och död. UTokyo-forskare har demonstrerat en ny jordbävningsdetekteringsmetod - deras teknik utnyttjar subtila kontrollampa gravitationssignaler som färdas före skakningarna. Framtida forskning kan öka systemen för tidig varning.

Chocken från jordbävningen i Tohoku 2011 i östra Japan ger fortfarande resonans för många. Det orsakade ofattbar förödelse, men genererade också enorma mängder seismik och andra typer av data. År senare, forskare bryter fortfarande dessa data för att förbättra modeller och hitta nya sätt att använda dem, som kan hjälpa människor i framtiden. Ett team av forskare från University of Tokyos jordbävningsforskningsinstitut (ERI) hittade något i dessa data som kan främja forskning om jordbävningsförutsägelser och en dag kan till och med rädda liv.

Allt började när ERI-docent Shingo Watada läste en intressant fysikuppsats om ett icke-relaterat ämne av J. Harms från Istituto Nazionale di Fisica Nucleare i Italien. Papperet föreslår gravimetrar - sensorer som mäter styrkan hos lokal gravitation - kan teoretiskt upptäcka jordbävningar.

"Detta fick mig att tänka, ", sa Watada. "Om vi ​​har tillräckligt med seismisk och gravitationsdata från tid och plats som en stor jordbävning träffar, vi skulle kunna lära oss att upptäcka jordbävningar med gravimetrar såväl som seismometrar. Detta kan vara ett viktigt verktyg för framtida forskning om seismiska fenomen."

Idén fungerar så här:Jordbävningar uppstår när en punkt längs kanten av en tektonisk platta som består av jordens yta gör en plötslig rörelse. Detta genererar seismiska vågor som strålar ut från den punkten med sex till åtta kilometer per sekund. Dessa vågor överför energi genom jorden och ändrar snabbt tätheten hos det underjordiska materialet de passerar genom. Tät material ger en något större gravitationsattraktion än mindre tätt material. När gravitationen fortplantar sig med ljusets hastighet, känsliga gravimetrar kan ta upp dessa förändringar i densitet innan de seismiska vågorna kommer.

"Det här är första gången någon har visat definitiva jordbävningssignaler med en sådan metod. Andra har undersökt idén, ännu inte hittat tillförlitliga signaler, " sa ERI forskarstuderande Masaya Kimura. "Vårt tillvägagångssätt är unikt, när vi undersökte ett bredare utbud av sensorer som var aktiva under jordbävningen 2011. Och vi använde speciella bearbetningsmetoder för att isolera tysta gravitationssignaler från bullriga data."

Japan är mycket seismiskt aktivt, så det är ingen överraskning att det finns omfattande nätverk av seismiska instrument på land och till havs i regionen. Forskarna använde en rad seismiska data från dessa, samt supraledande gravimetrar (SG) i Kamioka, Gifu Prefecture, och Matsushiro, Nagano Prefecture, i centrala Japan.

Signalanalysen de utförde var extremt tillförlitlig poängsättning vad forskare kallar en 7-sigma noggrannhet, vilket betyder att det bara finns en chans på en biljon att resultatet är felaktigt. Forskarna säger att detta bevisar konceptet och kommer att vara användbart i kalibreringen av framtida instrument byggda specifikt för att upptäcka jordbävningar. Docent Masaki Ando från institutionen för fysik uppfann en ny typ av gravimeter, vridstångsantennen (TOBA), som syftar till att bli det första sådana instrumentet.

"SG:er och seismometrar är inte idealiska, när sensorerna i dem rör sig tillsammans med instrumentet, som nästan avbryter subtila signaler från jordbävningar, "förklarade ERI docent Nobuki Kame." Detta är känt som en Einsteins hiss, eller likvärdighetsprincipen. Dock, TOBA kommer att lösa detta problem. Den känner av förändringar i gravitationens gradient trots rörelse. Den designades ursprungligen för att upptäcka gravitationsvågor från Big Bang, som "jordbävningar" i rymden, men vårt syfte är mer jordnära."

Teamet drömmer om ett nätverk av TOBA distribuerat runt seismiskt aktiva regioner, ett tidig varningssystem som kan varna människor 10 sekunder innan de första markskakande vågorna anländer från ett epicentrum 100 kilometer bort. Många dödsfall i jordbävningar inträffar när människor fångas avskyddade inuti byggnader som faller samman på dem. Föreställ dig vilken skillnad 10 sekunder kan göra. Detta kommer att ta tid, men forskarna förfinar ständigt modeller för att förbättra noggrannheten hos metoden för eventuell användning i fält.