211service.com
Jordbävningar, nätverk och det knepiga ämnet med jordbävningsförutsägelser
Ett av målen med jordbävningsforskning är att ge varningar som kan mildra effekterna av en katastrof. För närvarande är dessa försök begränsade till långdistansvarningar som uppskattar risken för betydande skada under en period av år eller decennier, och till varningar på mycket korta avstånd, i storleksordningen några sekunder.
Men högkvalitativa varningar om att ett skalv är nära förestående inom de närmaste dagarna eller veckorna – en period som kan möjliggöra storskalig evakuering – undviker fortfarande jordbävningsforskare.
Det kan vara så att den här typen av varningar i princip inte är möjliga. Men det har inte hindrat forskarna att leta. Studiet av jordbävningar avslöjar alla typer av dolda mönster i hur de uppstår. Mycket av detta arbete har jämfört egenskaperna hos specifika jordbävningar i sig, saker som deras storlek och tiden mellan på varandra följande skalv.
Detta har varit givande och avslöjat alla typer av maktlagar som styr saker som antalet händelser av en specifik storlek och skillnaden mellan huvudchocken och dess största efterskalv.
Men inget av dessa mönster har ännu visat sig vara särskilt användbart för förutsägelser på skalan av dagar eller veckor. Kanske, säger optimisterna, allt som behövs är ett nytt sätt att tänka om jordbävningar.
Idag presenterar Gene Stanley och kompisar vid Boston University just ett sådant nytt tillvägagångssätt. Istället för att studera egenskaperna hos enskilda jordbävningar, har dessa killar jämfört mönstren av skalv på olika platser i Japan. De skapar sedan ett nätverk där de länkar samman platser med liknande mönster (se bilden ovan).
Det kan visa sig vara ett kraftfullt tillvägagångssätt. En anledning till att jordbävningsvetenskapen är så komplex är att framtida skalv är mycket beroende av historien om skalven på den platsen.
För att förstå varför är en bra liknelse med skogsbränder, som också följer en maktlag i sin storleksfördelning. Det är uppenbart att storleken på en skogsbrand inte beror på storleken på den tändsticka som startar den. Istället bestäms hur branden sprider sig till stor del av nätverket av förbindelser mellan träden. Om det inte finns något samband kan branden inte sprida sig.
Så storleken på en skogsbrand beror helt på trädets tillväxthistoria (något som skulle kunna mätas i princip men inte i praktiken).
Många seismologer tror att en liknande process förklarar storleksfördelningen av jordbävningar. En jordbävning blir stor om, i det ögonblick den börjar, nätverket av förkastningar låter den spridas. Så storleken på en jordbävning beror på felnätverkets historia.
Men även om denna nätverksansats har revolutionerat idéer om hur jordbävningar uppstår, har den inte gjort mycket för jordbävningsförutsägelser på dagsskalan.
Naturligtvis har seismologer länge studerat om regioner med liknande förflutna kommer att ha liknande framtid. På fysikens språk vill dessa killar veta om tidsserien av händelser i det förflutna är en förutsägelse av tidsserien i framtiden.
Svaret är ett kvalificerat ja. Om du bor i en region som har upplevt stora jordbävningar tidigare så är det bra att du kommer att få dem i framtiden. Datan tillåter dock inte förutsägelser i den skala vi är intresserade av här.
Vad Stanley och co har gjort är att tillämpa en nätverksansats för att studera dessa tidsserier. Så de har identifierat regioner i Japan med liknande jordbävningshistorik och sedan kartlagt hur dessa områden är kopplade till varandra geografiskt.
Resultatet är ett nätverk som återspeglar den geografiska strukturen för den förkastningszon den beskriver. Det har aldrig gjorts tidigare med nätverksvetenskap.
Frågan som det väcker är naturligtvis om en nätverksansats till jordbävningshistorier kommer att vara mer förutsägande än den traditionella analysen av tidsserier.
Stanley och co tar upp idén om att förbättra jordbävningsförutsägelser tidigt i sin artikel, men de undviker flittigt att diskutera vilken inverkan deras tillvägagångssätt kan ha på jordbävningsprognoser.
Det är en försummelse som säger sitt. Men detta tillvägagångssätt kan fortfarande hjälpa till att klargöra och avslöja andra hemligheter inom jordbävningsvetenskapen.
Ref: arxiv.org/abs/1105.3415 : Jordbävningsnätverk baserade på liknande aktivitetsmönster