Trzęsienia ziemi, sieci i trudny temat przewidywania wstrząsów

Jednym z celów badań nad trzęsieniami ziemi jest dostarczanie ostrzeżeń, które mogą złagodzić skutki katastrofy. Obecnie próby te ograniczają się do ostrzeżeń o dalekim zasięgu, które szacują ryzyko znacznych szkód na przestrzeni lat lub dziesięcioleci, oraz do ostrzeżeń o bardzo krótkim zasięgu, rzędu kilku sekund.

Jednak wysokiej jakości ostrzeżenia, że ​​trzęsienie ziemi jest nieuchronne w ciągu najbliższych kilku dni lub tygodni – w okresie, który może pozwolić na ewakuację na dużą skalę – wciąż umykają naukowcom zajmującym się trzęsieniem ziemi.

Może się zdarzyć, że tego rodzaju ostrzeżenia nie są w zasadzie możliwe. Ale to nie powstrzymało naukowców przed szukaniem. Badanie trzęsień ziemi ujawnia wszelkiego rodzaju ukryte wzorce w sposobie ich występowania. W dużej części tej pracy porównano właściwości samych trzęsień ziemi, takie jak ich wielkość i czas między kolejnymi trzęsieniami.

To było satysfakcjonujące, ujawniając wszelkiego rodzaju prawa rządzące takimi rzeczami, jak liczba zdarzeń o określonej wielkości i różnica między głównym wstrząsem a jego największym wstrząsem wtórnym.

Jednak żaden z tych wzorców nie okazał się jeszcze szczególnie przydatny do prognozowania w skali dni lub tygodni. Być może, mówią optymiści, wystarczy nowy sposób myślenia o trzęsieniach ziemi.

Dzisiaj Gene Stanley i koledzy z Boston University prezentują właśnie takie nowe podejście. Zamiast badać właściwości poszczególnych trzęsień ziemi, porównali wzorce trzęsień w różnych miejscach Japonii. Następnie tworzą sieć, w której łączą lokalizacje o podobnych wzorach (patrz obrazek powyżej).

To może okazać się potężnym podejściem. Jednym z powodów, dla których nauka o trzęsieniach ziemi jest tak złożona, jest to, że przyszłe trzęsienia zależą w dużej mierze od historii trzęsień w tym miejscu.

Aby zrozumieć dlaczego, dobrą analogią są pożary lasów, które również podlegają prawu władzy w zakresie rozkładu wielkości. To oczywiste, że rozmiar pożaru lasu nie zależy od rozmiaru meczu, który go rozpoczyna. Zamiast tego sposób rozprzestrzeniania się ognia w dużej mierze zależy od sieci połączeń między drzewami. Jeśli nie ma połączenia, ogień nie może się rozprzestrzeniać.

Tak więc rozmiar pożaru lasu zależy w dużej mierze od historii wzrostu drzew (coś, co można zmierzyć w zasadzie, ale nie w praktyce).

Wielu sejsmologów uważa, że ​​podobny proces wyjaśnia rozkład wielkości trzęsień ziemi. Trzęsienie ziemi staje się duże, jeśli w chwili, gdy się zaczyna, sieć uskoków pozwala mu się rozprzestrzeniać. Tak więc rozmiar trzęsienia ziemi zależy od historii sieci zwarciowej.

Ale chociaż to podejście sieciowe zrewolucjonizowało wyobrażenia o tym, jak występują trzęsienia ziemi, niewiele wpłynęło na przewidywanie trzęsień ziemi w skali dni.

Oczywiście sejsmolodzy od dawna badali, czy regiony o podobnej przeszłości będą miały podobną przyszłość. Mówiąc językiem fizyki, ci faceci chcą wiedzieć, czy szeregi czasowe wydarzeń z przeszłości są predyktorem szeregów czasowych w przyszłości.

Odpowiedź brzmi: „tak”. Jeśli mieszkasz w regionie, który doświadczył wielkich trzęsień ziemi w przeszłości, to dobrze, że dopadniesz je w przyszłości. Jednak dane nie pozwalają na prognozy w skali, która nas tutaj interesuje.

Stanley i współpracownicy zastosowali podejście sieciowe do badania tych szeregów czasowych. Zidentyfikowali więc regiony w Japonii o podobnej historii trzęsień ziemi, a następnie nakreślili, w jaki sposób te obszary są ze sobą powiązane geograficznie.

Rezultatem jest sieć, która odzwierciedla strukturę geograficzną opisywanej przez nią strefy uskokowej. To nigdy nie zostało zrobione przed użyciem nauki o sieci.

Pojawia się oczywiście pytanie, czy podejście sieciowe do historii trzęsień ziemi będzie bardziej przewidywalne niż tradycyjna analiza szeregów czasowych.

Stanley i spółka podnoszą ideę poprawy prognozowania trzęsień ziemi na początku swojego artykułu, ale starannie unikają omawiania wpływu, jaki ich podejście może mieć na prognozy trzęsień ziemi.

To przeoczenie, które mówi wiele. Ale takie podejście może nadal pomóc wyjaśnić i ujawnić inne tajemnice nauki o trzęsieniach ziemi.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1105.3415 : Sieci trzęsień ziemi oparte na podobnych wzorcach aktywności

ukryć