2019-03-11 20:20:02
一种感知地震的新方法可以帮助改进预警系统

每年,全世界的地震夺去数百甚至数千人的生命。预警可以让人们走向安全,只需几秒钟就可以解决生与死之间的差异。 UTokyo研究人员已经展示了一种新的地震探测方法 - 他们的技术利用在震颤前行进的细微指示重力信号。未来的研究可以促进早期预警系统。

日本东部2011年东北地震的冲击仍然引起许多人的共鸣。它造成了难以想象的破坏,但也产生了大量的地震和其他类型的数据。多年以后,研究人员仍然挖掘这些数据以改进模型并找到使用它的新方法,这可以在未来帮助人们。来自东京大学地震研究所(ERI)的一组研究人员在这些数据中发现了一些可以促进地震预测研究的东西,甚至可能有一天能挽救生命。

这一切都始于ERI副教授Shingo Watada在意大利Istituto Nazionale di Fisica Nucleare的J. Harms阅读了一篇关于无关主题的有趣物理论文。本文提出用于测量局部重力强度的重力仪 - 传感器理论上可以检测地震。

“这让我思考,”Watada说。 “如果我们从大地震发生的时间和地点获得足够的地震和重力数据,我们就可以学会用重力仪和地震仪探测地震。这可能是未来地震现象研究的重要工具。”

这个想法是这样的:地震发生在沿着包含地球表面的构造板块边缘的一个点突然移动时。这会产生地震波,从那个点以每秒6到8公里的速度辐射。这些波通过地球传递能量,并迅速改变它们通过的地下物质的密度。与不太致密的材料相比,致密材料赋予稍大的重力吸引力。当重力以光速传播时,敏感的重力仪可以在地震波到达之前获得密度的这些变化。

“这是第一次有人用这种方法显示出明确的地震信号。其他人已经调查了这个想法,但没有找到可靠的信号,”ERI研究生Masaya Kimura说。 “我们的方法是独一无二的,因为我们研究了2011年地震期间更广泛的传感器。我们使用特殊的处理方法从噪声数据中隔离出安静的重力信号。”

日本地震活跃,因此该地区陆地和海上有广泛的地震仪器网络也就不足为奇了。研究人员使用了这些地震数据,以及日本中部岐阜县神冈市和长野县松尾市的超导重力仪(SGs)。

他们进行的信号分析是非常可靠的得分科学家所说的7-sigma准确度,这意味着只有万分之一的结果是不正确的。研究人员表示,这证明了这一概念,并将有助于校准未来专门用于探测地震的仪器。来自物理系的副教授Masaki Ando发明了一种新型的重力仪,扭杆天线(TOBA),旨在成为第一个这样的仪器。

“SGs和地震计并不理想,因为它们内部的传感器与仪器一起移动,几乎可以消除地震带来的细微信号,”ERI副教授Nobuki Kame解释道。 “这被称为爱因斯坦的电梯,或等效原理。然而,TOBA将克服这个问题。它可以感知重力梯度的变化,尽管运动。它最初设计用于探测来自大爆炸的引力波,如'地震'空间,但我们的目的更多地是地球。“

该团队梦想着一个分布在地震活动区域周围的TOBA网络,这是一个早期预警系统,可以在第一次地面震动波从100公里外的震中到达之前10秒提醒人们。许多地震死亡事件发生时,人们在倒塌的建筑物内被猝不及防。想象一下10秒钟的差异。这需要时间,但研究人员不断改进模型,以提高最终在现场使用的方法的准确性。

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