Ученые смогут предсказывать землетрясения и цунами по изменениям гравитации

Землетрясения посылают 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 гравитации, вызванные сдвигом внутренней массы Земли. Недавно эти так называемые сигналы колышков (PEGS = prompt elasto-gravity signals) были обнаружены сейсмическими измерениями, сообщает phys.org. С помощью этих сигналов можно было бы обнаружить землетрясение задолго до прихода разрушительных волн землетрясения или цунами.

Однако гравитационный эффект этого явления очень мал. Он составляет менее одной миллиардной земного тяготения. Поэтому сигналы колышков можно было регистрировать только при сильнейших землетрясениях. До сих пор не было прямого и точного метода для надежного моделирования генерации сигналов PEGS в компьютере. Алгоритм, предложенный сейчас исследователями, впервые может вычислять сигналы PEGS с высокой точностью и без особых усилий. Исследователи также смогли показать, что сигналы позволяют делать выводы о силе, продолжительности и механизме очень больших землетрясений. Исследование было опубликовано в журнале Earth and Planetary Science Letters.

Землетрясение резко сдвигает литосферные 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 вблизи точки измерения, каждое землетрясение вызывает небольшое, но немедленное изменение силы тяжести", - говорит Жунцзян Ван, научный координатор нового исследования.

Однако каждое землетрясение также порождает волны в самой земле, которые, в свою очередь, изменяют плотность горных пород и, следовательно, гравитацию — гравитация Земли колеблется в некоторой степени синхронно с землетрясением. Кроме того, эта колеблющаяся гравитация оказывает кратковременное силовое воздействие на породу, что, в свою очередь, вызывает вторичные сейсмические волны. Некоторые из этих вторичных сейсмических волн, вызванных гравитацией, можно наблюдать еще до появления первичных сейсмических волн.

"Мы впервые применили наш новый алгоритм к землетрясению Тохоку в Японии в 2011 году, которое также стало причиной цунами на Фукусиме", - говорит Себастьян Хейманн, разработчик программы и аналитик данных в GFZ. - Там уже были проведены измерения силы сигнала колышков. Консистенция была идеальной. Это дало нам уверенность в предсказании других землетрясений и потенциал сигналов для новых применений".

В будущем, оценивая изменения гравитации на расстоянии многих сотен километров от эпицентра землетрясения у побережья, этот метод может быть использован для определения вероятности возникновения цунами и раннего предупреждения о возможной смертоносной волне.