På regional nivå och över hela världen, förekomsten av stora grunda jordbävningar verkar följa ett matematiskt mönster som kallas Djävulens trappa, där kluster av jordbävningshändelser separeras av långa men oregelbundna intervall av seismisk tystnad.

Fyndet publicerat i Bulletin från Seismological Society of America skiljer sig från det mönster som förutsägs av klassisk jordbävningsmodellering som tyder på att jordbävningar skulle inträffa periodiskt eller kvasi-periodiskt baserat på cykler av uppbyggnad och frigöring av tektonisk stress. Faktiskt, säger Yuxuan Chen från University of Missouri, Columbia, och kollegor, periodiska stora jordbävningssekvenser är relativt sällsynta.

Forskarna noterar att deras resultat kan ha konsekvenser för seismisk riskbedömning. Till exempel, de fann att dessa stora jordbävningssekvenser (de med händelser på magnituden 6,0 eller högre) är "burstiigare" än förväntat, vilket innebär att klustringen av jordbävningar i tid resulterar i en högre sannolikhet för att seismiska händelser upprepas strax efter en stor jordbävning. Det oregelbundna gapet mellan händelseutbrott gör det också svårare att förutsäga en genomsnittlig återkommande tid mellan stora jordbävningar.

Seismologernas kataloger för stora jordbävningar i en region kan innehålla för få jordbävningar under för kort tid för att fånga hela trappans mönster, vilket gör det "svårt att veta om de få händelserna i en katalog inträffade inom ett jordbävningskluster eller sträckte sig över både kluster och vilointervall, ", noterade Chen och hans kollegor.

"Av samma anledning, vi måste vara försiktiga när vi bedömer att en händelse är "försenad" bara för att tiden mätt från den föregående händelsen har passerat en "genomsnittlig återkommande tid" baserat på en ofullständig katalog, " lade de till.

Djävulens trappa, kallas ibland en kantorfunktion, är en fraktal som demonstreras av icke-linjära dynamiska system, där en förändring i någon del kan påverka hela systemets beteende. I naturen, mönstret kan hittas i sedimentationssekvenser, förändringar i höjnings- och erosionshastigheter och vändningar i jordens magnetfält, bland andra exempel.

Chens Ph.D. rådgivare Mian Liu hade en ovanlig introduktion till Djävulens trappa. "Jag snubblade in i det här ämnet för några år sedan när jag läste om två UCLA-forskares studie av det tidsmässiga mönstret hos en ökänd seriemördare, Andrei Chikatilo, som dödade minst 52 människor från 1979 till 1990 i fd Sovjetunionen, " förklarade han. "Tidsmönstret för hans dödande är en djävulstrappa. Forskarna försökte förstå hur brottslingens sinne fungerade, hur nervceller stimulerar varandra i hjärnan. Jag blev fascinerad eftersom jag insåg att jordbävningar fungerar på liknande sätt, att ett felbrott kan stimulera aktivitet på andra fel genom stressöverföring."

"Begreppsmässigt, vi vet också att många stora jordbävningar, som involverar brott av flera och variabla felsegment i varje brott, bryta mot grundantagandet för den periodiska jordbävningsmodellen, som är baserad på upprepad ackumulering och frigöring av energi på ett givet förkastningsplan, " tillade Liu.

Faktorerna som styr de klustrade händelserna är komplexa, och kan involvera stressen som stimulerar en jordbävning, förändringar i friktionsegenskaper och spänningsöverföring mellan förkastningar eller förkastningssegment under ett brott, bland andra faktorer, sa Gang Luo från Wuhan University. Han noterade att intervallen verkar vara omvänt relaterade till den tektoniska töjningshastigheten i bakgrunden för en region.