Анализ гравитации позволяет быстрее узнать о приближающемся землетрясении

Ученые из Японии, одного из наиболее сейсмически активных регионов земного шара, утверждают, что новый метод обнаружения землетрясений, основанный на гравитации, может обеспечить более раннее предупреждение, чем традиционные методы.

В 2011 году землетрясение силой 9 баллов произошло в восточной части Японии вдоль зоны субдукции, где сталкиваются две тектонические плиты Земли. Несколько последовательных толчков вызвали огромное цунами, что привело к катастрофе на атомной электростанции Фукусима. Последствия мощного землетрясения были разрушительными: более 120 000 зданий превратились в руины, а нанесенный ущерб составляет 235 миллиардов долларов.

Япония успешно справилась с данной бедой. Благодаря сложной сети датчиков, жители Токио были предупреждены о надвигающейся угрозе, на их сотовые телефоны были отправлены оповещения, прежде чем город пострадал от последствий землетрясения. Датчиками также было записано множество данных, которые помогают исследователям улучшать технологию обнаружения и предупреждения землетрясений.

Ровно через 8 лет после землетрясения в Тохоку, группа учёных из Исследовательского института землетрясений при Токийском университете (ERI), использовала некоторые из этих данных, чтобы доказать, что новый метод обнаружения, основанный на гравиметрах, может теоретически обнаруживать землетрясения раньше, чем сейсмометры.

Гравиметр — это чувствительное устройство для измерения изменений в гравитационном поле Земли. Как правило, они используются в отраслях промышленности для поиска подземных месторождений ценных природных ресурсов, включая нефть и минералы, а также геодезистами, которые изучают форму земли и ее гравитационное поле.

Когда землетрясение происходит в точке, находящейся вдоль края тектонической плиты, оно генерирует сейсмические волны, которые распространяются со скоростью до 8 километров в секунду. Передавая энергию через землю, они изменяют плотность подземного материала, через который проходят. Более плотный материал имеет немного большее гравитационное притяжение, и поскольку гравитационные волны распространяются со скоростью света, эти изменения в плотности можно зафиксировать еще до прихода сейсмической волны.

Японские исследователи объединили гравиметрические и сейсмические данные в сложную модель анализа сигналов. Оценка результатов получила точность в 7 сигм, а это означает, что существует только один шанс на триллион, что они были неверны.

«Наш подход уникален, так как мы исследовали более широкий спектр датчиков, работавших во время землетрясения 2011 года. И мы использовали специальные методы обработки, чтобы изолировать тихие гравитационные сигналы от зашумленных данных», — заявила аспирантка ERI, Масая Кимура.

В настоящее время исследователи работают над новым типом гравиметра, называемого торсионной антенной (TOBA), который призван стать первым прибором, специально предназначенным для обнаружения землетрясений, используя анализ силы тяжести. Сеть таких устройств теоретически может предупредить людей за 10 секунд до прибытия первых сейсмических волн из эпицентра в 100 км. Эти драгоценные дополнительные секунды могут стоить жизни многим людям.

Исследование было опубликовано в журнале Earth, Planets and Space.