Каждый год во всем мире землетрясения уносят сотни, а то и тысячи жизней. Предупреждение позволяет людям направиться в безопасное место, и считанные секунды могут означать разницу между жизнью и смертью. Исследователи из UTokyo демонстрируют новый метод обнаружения землетрясений - их метод использует тонкие контрольные гравитационные сигналы, движущиеся перед толчками. Будущие исследования могут повысить эффективность систем раннего предупреждения.
Шок от землетрясения Тохоку в 2011 году на востоке Японии до сих пор волнует многих. Это вызвало невообразимые разрушения, но также породило огромное количество сейсмических и других данных. Спустя годы исследователи все еще извлекают эти данные, чтобы улучшить модели и найти новые способы их использования, которые могут помочь людям в будущем. Группа исследователей из Института исследования землетрясений (ERI) при Токийском университете обнаружила в этих данных нечто, что может помочь в исследованиях и даже когда-нибудь спасти жизни.
Все началось с того, что доцент ERI Шинго Ватада прочитал интересную статью по физике на несвязанную тему, написанную Дж. Хармсом из Istituto Nazionale di Fisica Nucleare в Италии. В статье предполагается, что гравиметры - датчики, измеряющие силу местной гравитации, - теоретически могут обнаруживать землетрясения.
«Это заставило меня задуматься, - сказал Ватада. «Если у нас будет достаточно сейсмических и гравитационных данных о времени и месте сильного землетрясения, мы могли бы научиться обнаруживать землетрясения с помощью гравиметров, а также сейсмометров. Это может стать важным инструментом для будущих исследований сейсмических явлений».
Идея работает так. Землетрясения происходят, когда точка на краю тектонической плиты, составляющей земную поверхность, совершает внезапное движение. Это генерирует сейсмические волны, которые излучаются из этой точки со скоростью 6-8 километров в секунду. Эти волны передают энергию через землю и быстро изменяют плотность подповерхностного материала, через который они проходят. Плотный материал создает немного большее гравитационное притяжение, чем менее плотный материал. Поскольку гравитация распространяется со скоростью света, чувствительные гравиметры могут улавливать эти изменения плотности до прихода сейсмических волн.
«Это первый случай, когда кто-либо показал четкие сигналы землетрясения с помощью такого метода. Другие исследовали эту идею, но не нашли надежных сигналов», - пояснил аспирант ERI Масая Кимура. «Наш подход уникален, поскольку мы исследовали более широкий спектр датчиков, активных во время землетрясения 2011 года. И мы использовали специальные методы обработки, чтобы отделить тихие гравитационные сигналы от шумных данных».
Япония известна своей высокой сейсмической активностью, поэтому неудивительно, что в этом регионе имеется обширная сеть сейсмических инструментов на суше и на море. Исследователи использовали ряд сейсмических данных, полученных с них, а также со сверхпроводящих гравиметров (SG) в Камиоке, префектура Гифу, и Мацусиро, префектура Нагано, в центральной Японии..
Проведенный ими анализ сигналов был чрезвычайно надежным, что ученые называют точностью 7 сигм, что означает, что вероятность того, что результат окажется неправильным, составляет всего один к триллиону. Этот факт очень помогает доказать концепцию и будет полезен при калибровке будущих инструментов, специально предназначенных для обнаружения землетрясений. Адъюнкт-профессор Масаки Андо с физического факультета изобрел новый вид гравиметра - торсионную антенну (TOBA), который должен стать первым из подобных приборов.
«SG и сейсмометры не идеальны, так как датчики в них движутся вместе с прибором, что почти нейтрализует слабые сигналы от землетрясений», - объяснил доцент ERI Нобуки Каме.«Это известно как лифт Эйнштейна или принцип эквивалентности. Однако TOBA решит эту проблему. Он чувствует изменения градиента силы тяжести, несмотря на движение. Первоначально он был разработан для обнаружения гравитационных волн Большого взрыва, таких как землетрясения в космосе. но наша цель более приземленная."
Команда мечтает о сети TOBA, распределенной по сейсмически активным регионам, системе раннего предупреждения, которая могла бы предупредить людей за 10 секунд до того, как первые волны сотрясения земли прибудут из эпицентра на расстоянии 100 км. Многие жертвы землетрясений происходят, когда люди оказываются застигнутыми врасплох внутри зданий, которые рушатся на них. Представьте себе разницу в 10 секунд. Это займет время, но исследователи постоянно совершенствуют модели, чтобы повысить точность метода для возможного использования в полевых условиях.