Землетрясения также излучают сигналы, которые распространяются со скоростью света (300 000 километров в секунду) и могут быть зарегистрированы задолго до относительно медленных сейсмических волн (около 8 километров в секунду). Однако сигналы, которые распространяются со скоростью света, – это не молнии, а внезапные изменения силы тяжести, вызванные сдвигом внутренней массы Земли. Только недавно эти так называемые сигналы PEGS (PEGS = Prompt elasto-gravity вскрыли) были обнаружены с помощью сейсмических измерений. С помощью этих сигналов можно было бы обнаружить землетрясение на очень раннем этапе до наступления разрушительного землетрясения или волн цунами.
Однако гравитационный эффект этого явления очень мал. Он составляет менее одной миллиардной силы тяжести Земли. Следовательно, сигналы PEGS могли быть зарегистрированы только для самых сильных землетрясений. Кроме того, процесс их генерации сложен: они генерируются не только непосредственно в очаге землетрясения, но и непрерывно, когда волны землетрясения распространяются через недра земли.
До сих пор не существовало прямого и точного метода для надежного моделирования генерации сигналов PEGS в компьютере. Алгоритм, предложенный исследователями GFZ вокруг Rongjiang Wang, впервые может рассчитывать сигналы PEGS с высокой точностью и без особых усилий. Исследователи также смогли показать, что сигналы позволяют делать выводы о силе, продолжительности и механизме очень сильных землетрясений. Исследование было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.
Землетрясение резко сдвигает каменные плиты в недрах земли и, таким образом, изменяет распределение массы в земле. При сильных землетрясениях это смещение может достигать нескольких метров. «Поскольку сила тяжести, которую можно измерить локально, зависит от распределения массы в непосредственной близости от точки измерения, каждое землетрясение вызывает небольшое, но мгновенное изменение силы тяжести», – говорит Жунцзян Ван, научный координатор нового исследования.
Однако каждое землетрясение также генерирует волны на самой земле, которые, в свою очередь, изменяют плотность горных пород и, следовательно, на короткое время немного гравитацию – земная гравитация колеблется в некоторой степени синхронно с землетрясением.
Кроме того, эта осциллирующая сила тяжести оказывает кратковременное силовое воздействие на породу, которое, в свою очередь, вызывает вторичные сейсмические волны. Некоторые из этих вызванных гравитацией вторичных сейсмических волн можно наблюдать даже до прихода первичных сейсмических волн.
«Мы столкнулись с проблемой интеграции этих множественных взаимодействий, чтобы сделать более точные оценки и прогнозы относительно силы сигналов», – говорит Торстен Дам, руководитель отдела физики землетрясений и вулканов в GFZ. «Жунцзян Вану пришла в голову гениальная идея адаптировать алгоритм, который мы разработали ранее, для решения проблемы PEGS – и ему это удалось."
«Мы впервые применили наш новый алгоритм к землетрясению в Тохоку у берегов Японии в 2011 году, которое также стало причиной цунами на Фукусиме», – говорит Себастьян Хейманн, разработчик программы и аналитик GFZ. "Там уже были доступны измерения силы сигнала PEGS. Консистенция была идеальной.
Это дало нам уверенность в прогнозировании других землетрясений и возможности сигналов для новых приложений."
В будущем, оценивая изменения силы тяжести на расстоянии многих сотен километров от эпицентра землетрясения у побережья, этот метод может быть использован для определения, даже во время самого землетрясения, может ли быть сильное землетрясение, которое может вызвать цунами. , по мнению исследователей. «Однако впереди еще долгий путь», – говорит Жунцзян Ван. «Современные измерительные приборы еще недостаточно чувствительны, а сигналы помех, вызванных окружающей средой, слишком велики для того, чтобы сигналы PEGS могли быть непосредственно интегрированы в функционирующую систему раннего предупреждения о цунами."