Går igenom 10 års seismiska data från södra Kalifornien med den vetenskapliga motsvarigheten till en kam med finkammare, Caltechs seismologer har identifierat nästan två miljoner tidigare oidentifierade små jordbävningar som inträffade mellan 2008 och 2017.

Deras ansträngningar, publicerad online av tidskriften Science den 18 april, utöka jordbävningskatalogen för den regionen och tidsperioden med en faktor 10 – växande den från cirka 180, 000 registrerade jordbävningar till mer än 1,81 miljoner. De nya uppgifterna avslöjar att det finns cirka 495 jordbävningar dagligen över södra Kalifornien som inträffar med i genomsnitt cirka tre minuters mellanrum. Tidigare jordbävningskataloger hade föreslagit att cirka 30 minuter skulle gå mellan seismiska händelser.

Denna 10-faldiga ökning av antalet registrerade jordbävningar representerar en katalogisering av små stormar, mellan negativ magnitud 2,0 (-2,0) och 1,7, möjliggjort genom den breda tillämpningen av en arbetsintensiv identifieringsteknik som vanligtvis endast används i liten skala. Dessa skalv är så små att de kan vara svåra att upptäcka bland bakgrundsljudet som förekommer i seismiska data, som skakningar från biltrafik eller byggnadskonstruktion.

"Det är inte så att vi inte visste att dessa små jordbävningar inträffade. Problemet är att de kan vara väldigt svåra att upptäcka bland allt buller, säger Zachary Ross, huvudförfattare till studien och postdoktor i geofysik, som tillträder Caltech-fakulteten i juni som biträdande professor i geofysik. Ross samarbetade med Egill Hauksson, forskningsprofessor i geofysik vid Caltech, samt Daniel Trugman från Los Alamos National Laboratory och Peter Shearer från Scripps Institution of Oceanography vid UC San Diego.

För att övervinna det låga signal-brusförhållandet, laget vände sig till en teknik som kallas "mallmatchning, " där lite större och mer lätt identifierbara jordbävningar används som mallar för att illustrera vad en jordbävnings signal på en given plats ska, i allmänhet, ser ut som. När en trolig kandidat med den matchande vågformen identifierades, forskarna skannade sedan registreringar från närliggande seismometrar för att se om jordbävningens signal hade registrerats någon annanstans och kunde verifieras oberoende.

Mallmatchning fungerar bäst i regioner med tätt placerade seismometrar, eftersom händelser i allmänhet endast korsar bra med andra jordbävningar inom en radie av cirka 1 till 2 miles, enligt forskarna. Dessutom, eftersom processen är beräkningsintensiv, den har tidigare varit begränsad till mycket mindre datamängder. För detta arbete, forskarna förlitade sig på en rad 200 kraftfulla grafikprocessorer (GPU) som arbetade i veckor i sträck för att skanna katalogen, upptäcka nya jordbävningar, och verifiera deras resultat.

Dock, fynden var värda ansträngningen, säger Hauksson. "Seismicitet längs ett förkastning påverkar förkastningar och skalv runt det, och den här nyutvecklade bilden av seismicitet i södra Kalifornien kommer att ge oss nya insikter om hur det fungerar, " säger han. Den utökade jordbävningskatalogen avslöjar tidigare oupptäckta förskott som föregår stora jordbävningar såväl som utvecklingen av svärmar av jordbävningar. Den rikare datamängden kommer att göra det möjligt för forskare att få en tydligare bild av hur seismiska händelser påverkar och rör sig genom regionen, säger Ross.

"De framsteg som Zach Ross och kollegor har gjort förändrar i grunden hur vi upptäcker jordbävningar inom ett tätt seismiskt nätverk som det Caltech arbetar med USGS. Zach har öppnat ett nytt fönster som låter oss se miljontals tidigare osynliga jordbävningar och detta förändrar vår förmåga att karakterisera vad som händer före och efter stora jordbävningar, " sa Michael Gurnis, Direktör för Seismologiska laboratoriet och John E. och Hazel S. Smits professor i geofysik

Tidningen har titeln "Searching for Hidden Earthquakes in Southern California."