Новые ранние сигналы для оценки магнитуды сильных землетрясений

После землетрясения возникает мгновенное гравитационное возмущение, которое можно зафиксировать до прихода сейсмических волн. В исследовании, опубликованном в журнале Science 1 декабря 2017 года, команда учёных из CNRS, Института физики Земли в Париже (IPGP), Университета Париж Дидро и Калифорнийского технологического института (Caltech) смогла зарегистрировать эти слабые сигналы, связанные с гравитацией, и понять их природу. Поскольку эти сигналы чувствительны к магнитуде землетрясения, они могут сыграть важную роль в раннем определении факта сильного сейсмического события.

Эта работа возникла на стыке интересов сейсмологов, стремящихся лучше понять землетрясения, и физиков, разрабатывающих точные гравиметрические измерения для детектирования гравитационных волн. Сейсмические волны не только несут разрушения, но и возмущают гравитационное поле Земли, порождая иной сигнал. Он представляет особый интерес для быстрой оценки силы толчков, так как распространяется со скоростью света, в отличие от сейсмических волн, скорость которых составляет от 3 до 10 км/с. Это означает, что сейсмометры на станции в 1000 км от эпицентра могут зафиксировать данный сигнал более чем за две минуты до прихода сейсмических волн.

Представленное исследование продолжает работу 2016 года, в которой этот сигнал был впервые продемонстрирован. Учёные проанализировали данные примерно с 10 сейсмометров, расположенных в 500–3000 км от эпицентра мощного землетрясения в Японии 2011 года (магнитуда 9.1). Анализ показал, что наблюдаемые сигналы обусловлены двумя эффектами. Первый — прямое изменение силы тяжести в месте установки прибора, которое меняет положение равновесия его массы. Второй, косвенный эффект, вызван изменением гравитации по всей Земле, что нарушает баланс сил и порождает новые сейсмические волны, достигающие сейсмометра.

Учёт этих эффектов позволил исследователям показать, что гравитационный сигнал очень чувствителен к магнитуде землетрясения, что делает его перспективным для быстрой оценки силы мощных толчков. Основная задача на будущее — научиться выделять этот сигнал для землетрясений магнитудой ниже 8–8.5, так как на этих уровнях он слишком слаб на фоне естественного сейсмического шума Земли. Для этого учёные планируют испытать различные технологии, включая методы, вдохновлённые приборами для детектирования гравитационных волн.