Новый метод, подробно описанный в выпуске журнала Science от 24 января, был использован для подтверждения прогноза о том, что в Лос-Анджелесе произойдет более сильное, чем ожидалось, движение грунта, если к югу от города произойдет сильное землетрясение.«Мы использовали наш подход виртуального землетрясения для реконструкции сильных землетрясений на юге разлома Сан-Андреас и изучили реакцию городской среды Лос-Анджелеса на такие землетрясения», — сказала ведущий автор Марин Денолле, недавно получившая докторскую степень по геофизике в Стэнфорде. сейчас в Институте океанографии Скриппса в Сан-Диего.В новом методе используется тот факт, что землетрясения — не единственный источник сейсмических волн. «Если вы поместите сейсмометр в землю и не произойдет землетрясения, что вы запишете? Оказывается, вы что-то записываете», — сказал руководитель исследования Грег Бероза, профессор геофизики из Стэнфорда.
Приборы улавливают слабый непрерывный сигнал, известный как внешнее сейсмическое поле. Это вездесущее поле создается океанскими волнами, взаимодействующими с твердой Землей. Когда волны сталкиваются друг с другом, они генерируют импульс давления, который проходит через океан к морскому дну и в земную кору. «Эти волны в миллиарды раз слабее сейсмических волн, генерируемых землетрясениями», — сказал Бероза.Ученые знали об окружающем сейсмическом поле около 100 лет, но в основном это считалось неприятным, поскольку мешало им изучать землетрясения.
Тонкие сейсмические волны, составляющие это поле, распространяются во всех направлениях через земную кору. Но в последнее десятилетие сейсмологи разработали методы обработки сигналов, которые позволяют им изолировать определенные волны; в частности, проходящие через один сейсмометр, а затем через другой ниже по течению.
Денолле построил на этих методах и разработал способ заставить эти окружающие сейсмические волны функционировать как прокси для сейсмических волн, генерируемых реальными землетрясениями. Изучая, как окружающие волны перемещаются под землей, исследователи смогли предсказать действия гораздо более сильных волн от сильных землетрясений.
Она начала с установки нескольких сейсмометров вдоль разлома Сан-Андреас, специально для измерения окружающих сейсмических волн.Используя данные сейсмометров, группа затем применила математические методы, которые они разработали, чтобы заставить волны выглядеть так, как будто они зародились глубоко внутри Земли. Это было сделано для корректировки того факта, что сейсмометры, установленные Денолле, находились на поверхности Земли, тогда как реальные землетрясения происходят на глубине.
В исследовании команда использовала свой подход виртуального землетрясения, чтобы подтвердить точность прогноза, сделанного в 2006 году с помощью суперкомпьютерного моделирования, о том, что если южная часть разлома Сан-Андреас в Калифорнии разорвется и вызовет землетрясение, то некоторые из распространяющихся сейсмических волн на север будет направлен в сторону Лос-Анджелеса по естественному каналу длиной 60 миль (100 километров), который соединит город с долиной Сан-Бернардино. Этот проход состоит в основном из отложений и действует для усиления и направления волн в район Лос-Анджелеса.До сих пор не было возможности проверить, действительно ли имеет место это воронкообразное действие, известное как эффект «волновод-бассейн», потому что на этом конкретном участке разлома Сан-Андреас не происходило крупных землетрясений более 150 лет.
Подход виртуального землетрясения также предсказывает, что сейсмические волны будут еще больше усиливаться, когда они достигнут Лос-Анджелеса, потому что город расположен на вершине большого осадочного бассейна. Чтобы понять, почему это происходит, соавтор исследования Эрик Данхэм, доцент кафедры геофизики в Стэнфорде, сказал, что он представил себе кусок пенопласта, вырезание в середине чашеобразного отверстия и заполнение полости желатином.
По этой аналогии пенопласт заменяет камни, а желатин — это отложения или грязь. «Желатин более гибкий и более податливый. Если вы встряхнете все это, вы получите некоторое движение в пенополистироле, но большая часть того, что вы увидите, — это колебания тазика», — сказал Данхэм.В результате, по словам ученых, Лос-Анджелес может подвергнуться риску более сильного и более изменчивого движения грунта, если сильное землетрясение — магнитудой 7,0 или более — произойдет вдоль южного разлома Сан-Андреас, недалеко от Солтонского моря.«Сейсмические волны по существу направляются в осадочный бассейн, лежащий под Лос-Анджелесом», — сказал Бероза. «Оказавшись там, волны отражаются и усиливаются, вызывая более сильное сотрясение, чем могло бы произойти в противном случае».
Группа Берозы планирует протестировать подход виртуального землетрясения в других городах по всему миру, построенных на осадочных бассейнах, таких как Токио, Мехико, Сиэтл и некоторые районы залива Сан-Франциско. «Все эти города находятся под угрозой землетрясения, и все они имеют дополнительную угрозу из-за эффекта усиления бассейна», — сказал Бероза.Поскольку этот метод относительно недорогой, он также может быть полезен для прогнозирования движения грунта в развивающихся странах. «Для моделирования не нужны большие суперкомпьютеры, — сказал Денолле.
По словам Берозы, помимо изучения землетрясений, которые еще не произошли, эту технику можно также использовать как своего рода «сейсмологическую машину времени» для воссоздания сейсмических сигнатур землетрясений, которые давным-давно сотрясали Землю.«В случае землетрясения, произошедшего 200 лет назад, если вы знаете, где была неисправность, вы могли бы развернуть инструменты, пройти эту процедуру и сгенерировать сейсмограммы для землетрясений, произошедших до изобретения сейсмографов», — сказал он.
Герман Прието, доцент геофизики Массачусетского технологического института и выпускник Стэнфордского университета, также внес свой вклад в исследование.Видео: https://www.youtube.com/watch?v=WTg3GzGCRfA