Forskare kommer att kunna förutsäga jordbävningens magnituder tidigare än någonsin tack vare ny forskning av Marine Denolle, biträdande professor vid Institutionen för jord- och planetvetenskap (EPS).

"För jordskalv med stora slag som de som inträffar vid San Andreas-felet, som sannolikt kommer att brista i cirka 50 sekunder, vi skulle kunna förutsäga de slutliga magnituderna 2 till 5 sekunder efter att vi fått den första seismiska vågen, sa Denolle, seniorförfattare till studien som dök upp nyligen i Geofysiska forskningsbrev .

Denolle delar författarskap med Philippe Danré, den första författaren och före detta gästbesökande masterstudent på EPS; Jiuxun Yin, en Ph.D. kandidat i Graduate School of Arts and Sciences; och Brad Lipovsky, en EPS-forskare. Teamet bevisade också att aktiviteten av jordbävningar faktiskt är organiserad, inte kaotiskt som forskarna tidigare trodde.

"Vår forskning, vilket är tekniskt ganska enkelt, ger svar som är relevanta inte bara för jordbävningsdynamik, men att förutsäga jordbävningens beteende innan jordbävningen tar slut, "sade Denolle. Även om det fortfarande inte finns något sätt att förutsäga skalv innan de börjar, strömdetektionssystem består av en serie sensorer som sänder signaler för att bestämma platsen och storleken när en snabb skakning inträffar.

Denolle och hennes team använde dataprodukter och skapade numeriska modeller för att förutsäga en jordbävnings slutliga storlek 10 till 15 sekunder snabbare än dagens bästa algoritmer - sekunder som kan ge tillräckligt med tid för människor att lämna en byggnad eller för tjänstemän att stoppa trafiken innan skakningar startar.

Teamet började med att undersöka mönster av seismiska signaler - transienta vågformer som strålar ut från det första brottet i ett fel, en tunn söm av krossad sten som skiljer två block av jordskorpan. En jordbävning inträffar när blocken bryter loss. Forskare läser dessa vågor med hjälp av ett underjordiskt instrument som kallas en seismometer som översätter rörelser till en graf som kallas seismogram. "Seismogram ger oss information om vad som hände på förkastningen på platsen där jordbävningen inträffade, sa Denolle.

Denolle och hennes team kombinerade tidigare seismogram, som registrerade förändringar i vågorna över tid när de färdades mellan seismometern och felet. Denna dataprodukt, känd som "källtidsfunktion, " ger en mer exakt avläsning av vågorna från källan över långa avstånd.

Denolle och hennes team undersökte en katalog över källtidsfunktioner från jordbävningar runt om i världen mellan 1990 och 2017. De upptäckte att stora jordbävningar faktiskt består av en serie delhändelser, mindre händelser vars storlek är nästan proportionell mot storleken på den huvudsakliga. Teamet drog slutsatsen att de kunde förutsäga den slutliga storleken på en jordbävning baserat på storleken på de första delhändelserna.

"Självorganiseringen av jordbävningsbrott är väl förklarad av heterogenitet på felet, och vår nuvarande kunskap om jordbävningsfysik kan förklara våra observationer, sa Denolle.

Forskarna hoppas att deras arbete kommer att fortsätta att utvecklas och en dag kan hjälpa till att förbättra algoritmerna för tidiga varningar om jordbävningar. Att göra detta, de kommer att arbeta med att extrahera mer exakta högfrekventa signaler från jordbävningar för att förstå mer om deras dynamik.

"Så småningom, vi hoppas att studien kan ge några riktlinjer för korrekt modellering av stora jordbävningar, och fungera som ett verktyg för tidig varning om jordbävningar, speciellt för regioner som förväntar sig stora jordbävningar, som Stillahavskusten och Japan, sa Denolle.