Los investigadores han desarrollado un algoritmo que por primera vez puede describir una señal gravitacional causada por terremotos con alta precisión. Las pruebas con datos del terremoto de 2011 cerca de Fukushima muestran que el procedimiento podría ayudar a mejorar los sistemas de alerta temprana de terremotos en el futuro.
Los terremotos también envían señales que se propagan a la velocidad de la luz (300,000 kilómetros por segundo) y se pueden registrar mucho antes de las ondas sísmicas relativamente lentas (aproximadamente 8 kilómetros por segundo). Sin embargo, las señales que viajan a la velocidad de la luz no son rayos, sino cambios repentinos en la gravedad causados por un cambio en la masa interna de la Tierra. Solo recientemente, estas llamadas señales PEGS (PEGS = Señales de elasto-gravedad) se detectaron mediante mediciones sísmicas. Con la ayuda de estas señales, podría ser posible detectar un terremoto muy temprano antes de la llegada del terremoto destructivo o las olas de tsunami.
Sin embargo, el efecto gravitacional de este fenómeno es muy pequeño. Asume menos de una billonésima parte de la gravedad de la tierra. Por lo tanto, las señales PEGS solo se pueden registrar para los terremotos más fuertes. Además, el proceso de su generación es complejo: no solo se generan directamente en la fuente del terremoto, sino también continuamente a medida que las ondas del terremoto se propagan a través del interior de la tierra.
Hasta ahora, no ha habido un método directo y exacto para simular de manera confiable la generación de señales PEGS en la computadora. El algoritmo ahora propuesto por los investigadores de GFZ alrededor de Rongjiang Wang puede calcular señales PEGS con alta precisión y sin mucho esfuerzo por primera vez. Los investigadores también pudieron demostrar que las señales permiten sacar conclusiones sobre la fuerza, la duración y el mecanismo de terremotos muy grandes. El estudio fue publicado en la revista Earth and Planetary Science Letters .
Un terremoto desplaza abruptamente las losas de roca en el interior de la tierra y, por lo tanto, cambia la distribución de masa en la tierra. En terremotos fuertes, este desplazamiento puede ascender a varios metros. "Dado que la gravedad que se puede medir localmente depende de la distribución de masa en la vecindad del punto de medición, cada terremoto genera un cambio de gravedad pequeño pero inmediato", dice Rongjiang Wang, coordinador científico del nuevo estudio.
Sin embargo, cada terremoto también genera ondas en la tierra misma, lo que a su vez cambia la densidad de las rocas y, por lo tanto, la gravitación un poco por un corto tiempo: la gravedad de la tierra oscila en cierta medida en sincronía con el terremoto. Además, esta gravedad oscilante produce un efecto de fuerza a corto plazo sobre la roca, que a su vez desencadena ondas sísmicas secundarias. Algunas de estas ondas sísmicas secundarias activadas gravitacionalmente se pueden observar incluso antes de la llegada de las ondas sísmicas primarias.
"Nos enfrentamos al problema de integrar estas múltiples interacciones para hacer estimaciones y predicciones más precisas sobre la fuerza de las señales", dice Torsten Dahm, jefe de la sección Física de terremotos y volcanes en GFZ. "Rongjiang Wang tuvo la ingeniosa idea de adaptar un algoritmo que habíamos desarrollado anteriormente para el problema PEGS, y tuvo éxito".
"Primero aplicamos nuestro nuevo algoritmo al terremoto de Tohoku en Japón en 2011, que también fue la causa del tsunami de Fukushima", dice Sebastian Heimann, desarrollador de programas y analista de datos de GFZ. "Allí, las mediciones de la intensidad de la señal PEGS ya estaban disponibles. La consistencia era perfecta. Esto nos dio certeza para la predicción de otros terremotos y el potencial de las señales para nuevas aplicaciones".
En el futuro, al evaluar los cambios en la gravedad a muchos cientos de kilómetros de distancia del epicentro de un terremoto en la costa, este método podría usarse para determinar, incluso durante el terremoto en sí, si hay un terremoto fuerte que pueda desencadenar un tsunami , según los investigadores. "Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer", dice Rongjiang Wang. "Los instrumentos de medición actuales aún no son lo suficientemente sensibles, y las señales de interferencia inducidas por el medio ambiente son demasiado grandes para que las señales PEGS se integren directamente en un sistema de alerta temprana de tsunami en funcionamiento".
Fuente y enlace de la investigación:
Shenjian Zhang, Rongjiang Wang, Torsten Dahm, Shiyong Zhou, Sebastian Heimann. Señales rápidas de elasto-gravedad (PEGS) y su uso potencial en la sismología moderna . Earth and Planetary Science Letters , 2020
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Sin embargo, el efecto gravitacional de este fenómeno es muy pequeño. Asume menos de una billonésima parte de la gravedad de la tierra. Por lo tanto, las señales PEGS solo se pueden registrar para los terremotos más fuertes. Además, el proceso de su generación es complejo: no solo se generan directamente en la fuente del terremoto, sino también continuamente a medida que las ondas del terremoto se propagan a través del interior de la tierra.
Hasta ahora, no ha habido un método directo y exacto para simular de manera confiable la generación de señales PEGS en la computadora. El algoritmo ahora propuesto por los investigadores de GFZ alrededor de Rongjiang Wang puede calcular señales PEGS con alta precisión y sin mucho esfuerzo por primera vez. Los investigadores también pudieron demostrar que las señales permiten sacar conclusiones sobre la fuerza, la duración y el mecanismo de terremotos muy grandes. El estudio fue publicado en la revista Earth and Planetary Science Letters .
Un terremoto desplaza abruptamente las losas de roca en el interior de la tierra y, por lo tanto, cambia la distribución de masa en la tierra. En terremotos fuertes, este desplazamiento puede ascender a varios metros. "Dado que la gravedad que se puede medir localmente depende de la distribución de masa en la vecindad del punto de medición, cada terremoto genera un cambio de gravedad pequeño pero inmediato", dice Rongjiang Wang, coordinador científico del nuevo estudio.
Sin embargo, cada terremoto también genera ondas en la tierra misma, lo que a su vez cambia la densidad de las rocas y, por lo tanto, la gravitación un poco por un corto tiempo: la gravedad de la tierra oscila en cierta medida en sincronía con el terremoto. Además, esta gravedad oscilante produce un efecto de fuerza a corto plazo sobre la roca, que a su vez desencadena ondas sísmicas secundarias. Algunas de estas ondas sísmicas secundarias activadas gravitacionalmente se pueden observar incluso antes de la llegada de las ondas sísmicas primarias.
"Nos enfrentamos al problema de integrar estas múltiples interacciones para hacer estimaciones y predicciones más precisas sobre la fuerza de las señales", dice Torsten Dahm, jefe de la sección Física de terremotos y volcanes en GFZ. "Rongjiang Wang tuvo la ingeniosa idea de adaptar un algoritmo que habíamos desarrollado anteriormente para el problema PEGS, y tuvo éxito".
"Primero aplicamos nuestro nuevo algoritmo al terremoto de Tohoku en Japón en 2011, que también fue la causa del tsunami de Fukushima", dice Sebastian Heimann, desarrollador de programas y analista de datos de GFZ. "Allí, las mediciones de la intensidad de la señal PEGS ya estaban disponibles. La consistencia era perfecta. Esto nos dio certeza para la predicción de otros terremotos y el potencial de las señales para nuevas aplicaciones".
En el futuro, al evaluar los cambios en la gravedad a muchos cientos de kilómetros de distancia del epicentro de un terremoto en la costa, este método podría usarse para determinar, incluso durante el terremoto en sí, si hay un terremoto fuerte que pueda desencadenar un tsunami , según los investigadores. "Sin embargo, todavía queda un largo camino por recorrer", dice Rongjiang Wang. "Los instrumentos de medición actuales aún no son lo suficientemente sensibles, y las señales de interferencia inducidas por el medio ambiente son demasiado grandes para que las señales PEGS se integren directamente en un sistema de alerta temprana de tsunami en funcionamiento".
Fuente y enlace de la investigación:
Shenjian Zhang, Rongjiang Wang, Torsten Dahm, Shiyong Zhou, Sebastian Heimann. Señales rápidas de elasto-gravedad (PEGS) y su uso potencial en la sismología moderna . Earth and Planetary Science Letters , 2020
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