Upptäcka jordbävningar innan de slår

Jordbävningar är rädda för att de verkar strejka utan föregående varning. Seismologer är bra på att bedöma sannolikheten för stora jordbävningar inom tider av år eller årtionden: • Det finns en 62,4% sannolikhet att en eller flera jordbävningar med storleksordningen 6,7 eller större kommer att slå San Francisco Bay Area före 2032?, Säger en amerikansk geologisk undersökning hemsida. Tydligen borde vi kunna göra bättre.? Faktum är att vi faktiskt kan.

För att utveckla ett effektivt tidigt varningssystem för jordbävning måste vi först förstå vad som händer i hypocenteret djupt i jorden, där tektoniska styrkor spänner stenar till brytpunkten. Mitt vetenskapliga arbete med positiva hålladdningsbärare, som görs på SETI-institutet och NASA Ames Research Center, verkar ge en bra start.

Laboratorieexperiment berättar för oss att när en sten är stressad blir den ett batteri. Något liknande måste hända i alla hypocentrar före katastrofalt misslyckande.

Ett batteri är en enhet som kan leverera elektriska strömmar. För att en ström ska strömma måste batterikretsen vara stängd. Med andra ord, om en ström av positiva hål ska strömma ut ur en stressad bergvolym, måste elektronerna följa efter.

Det är där svårigheten ligger. Rockar är hålledare men kan inte leda elektroner. Elektronerna, samaktiverade i den stressade bergvolymen, måste ta en annan väg. Situationen är som i ett elektrokemiskt batteri, där katjoner strömmar genom elektrolyten, men elektroner måste hämta en tur genom ledningen som förbinder anoden med katoden.

Det verkar som om jorden ibland lyckas generera kraftiga elektriska strömmar som flyter ut ur hypocentern, vilket indikerar att batterikretsen hade stängts. Strömmarna flyter i pulser. De producerar potentiellt kraftfulla elektromagnetiska signaler vid extremt låga och ultrafrekventa frekvenser (ELF / ULF).

Det finns dock en fångst: ELF / ULF-vågor som kommer underifrån kommer att återspeglas fullständigt när de träffar jordens yta utanför en viss vinkel. Vi vet inte ännu hur stor denna vinkel är, men misstänker att den är ganska brant. Detta betyder att endast ELF / ULF-vågor inom en relativt smal kona kommer att ha en chans att göra det genom jordytan.

Att registrera dessa ELF / ULF-signaler direkt måste vara nära epicentret. Detta är sällsynt.

Samtidigt kommer alla ELF / ULF-vågor, som gör det genom jordens yta, att strålas rakt upp i jonosfären. En gång där kommer de att sprida sig i jonosfäriska vågledaren och resa runt om i världen. Vanligtvis är det svårt att berätta från var de kom.

Den måttliga Alum Rock jordbävningen, magnitude 5.4, rattled den södra San Francisco Bay i slutet av 2007. För dem som upplevde det på nära håll, var det en kort, hård skott. Övergripande var det här händelsen orimligt? förutom att en av QuakeFinders CalMagNet-stationer, som sprids över Kalifornien längs San Andreas Fault, var knappt 2 km från epicentret.

Ett nytt papper, som just publicerats av? Naturliga faror och Earth System Science? beskriver att tre misstänkta indikatorer före jordbävningen registrerades av denna QuakeFinder-station: (i) korta utbrott av elektromagnetisk strålning, 10-30 sek lång, ökande i antal under de senaste två veckorna före jordbävningen, (ii) en 14 timmars lång episod av intensiv luftjonisering dagen före jordbävningen, och (iii) en kontinuerlig våg av ULF-magnetiska pulsationer, som varar i nästan 1 timme under tiden för den mest intensiva luftjonen. Dessutom samlade satelliter upp förbättrad infraröd strålning emitterad från flera områden runt jordbävningssidan.? Tillsammans gör dessa observationer ett starkt fall att de alla är relaterade till denna jordbävning innan den slog sig.

Med observationer som dessa ser framtiden för jordbävning tidig varning ljus ut. När de grundläggande fysiska processerna förstås kan vi bära många olika tekniker, både rymdbundna och på marken, vilka alla kan ge en annan del av pusslet.?

Detta papper kan laddas ned från:

//www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/585/2009/nhess-9-585-2009.html

  • Video - Skrämmande Scenario: Förödande Jordbävning Visualiserad
  • Video - hur man överlever den kommande kaliforniska jordbävningen
  • Naturkatastrofer: De 10 största amerikanska hoten