(Trugman et al., Geophysical Research Letters, 2021) Geologen haben ein verheerendes „vierblättriges Kleeblatt“-Muster von Erdbebenschockwellen detaillierter als je zuvor gemessen – und die daraus resultierenden Erkenntnisse könnten entscheidend dafür sein, unsere Gebäude und Städte in Zukunft widerstandsfähiger gegen große Erdbeben zu machen.
Dieses viergleisige Muster war vorher analysiert , aber nie in so viel Tiefe wie hier. Das Team, das hinter der neuen Studie steht, hofft, dass dadurch das Rätsel um die Ausbreitung von Erdbebenschockwellen über verschiedene Frequenzen gelöst werden kann.
Entscheidend ist, dass sich die Kleeblatt-Stoßwellen mit niedrigen Frequenzen von unter 10 Hertz ausbreiten, einem Vibrationsniveau, dem viele Gebäude und Bauwerke besonders ausgesetzt sind.
Das vierblättrige Kleeblattmuster ist bei niedrigeren Frequenzen sichtbar. (Trugman et al., Geophysical Research Letters, 2021)
„Wir stellen fest, dass bei niedrigen Frequenzen ein vereinfachtes und weit verbreitetes vierlappiges Modell der Erdbeben-Bodenbewegungen das beobachtete seismische Wellenfeld gut beschreibt“, schreiben die Forscher in ihrem Bericht veröffentlichtes Papier .
„Bei höheren Frequenzen wird dieses vierlappige Strahlungsmuster jedoch weniger deutlich und verschlechtert sich aufgrund der Komplexität der Erdbebenquellenprozesse und der Struktur der Störungszone.“
Die Forscher untersuchten Daten von einem der dichtesten seismischen Arrays der Welt: dem LArge-n Seismic Survey in Oklahoma (LASSO), das aus 1.829 seismischen Sensoren in einem Gebiet von nur 15 mal 20 Meilen (25 mal 32 Kilometer) besteht ).
Zur Messung wurde LASSO verwendet P-Wellen-Daten aus 24 kleinen Erdbeben über einen Zeitraum von 28 Tagen im Jahr 2016, und genau diese Daten untersucht die neue Studie. Da die Sensoren so nah am Epizentrum der Beben waren, konnten Muster erkannt werden, bevor sie sich über größere Entfernungen glätteten und ausgleichten.
Durch die Verwendung von Algorithmen zum Filtern von Stoßwellen nach Frequenz entstand das vierblättrige Kleeblattmuster, allerdings nur bei den niedrigeren Frequenzen. Das könnte daran liegen, dass seismische Wellen mit niedrigerer Frequenz das Gesteinsgewirr an Erdbebenverwerfungen umgehen können, anstatt reflektiert und in viele verschiedene Richtungen gestreut zu werden.
„Was bei einem Erdbeben passiert, ist, dass sich Bruchstücke innerhalb der Verwerfungszone wie Flipper zu bewegen beginnen.“ sagt der Geophysiker Victor Tsai , von der Brown University in Rhode Island.
Die vom LASSO-Array aufgezeichneten Erdbeben waren relativ klein – für die Sensoren kaum wahrnehmbar – aber die gleichen Muster sollten sich bei stärkeren Beben wiederholen, sagen die Forscher voraus. Der nächste Schritt besteht darin, dies auf die Probe zu stellen.
Letztendlich können neue Daten wie diese Erdbebenbewertungen und -modelle genauer machen. Es zeigt sich, dass die Menschen am Boden zwar einem gleichbleibenden Maß an Stoßwellen (den höherfrequenten) ausgesetzt sein können, die Gebäude um sie herum jedoch einem mehr oder weniger starken Stressniveau (den niederfrequenten Stoßwellen) ausgesetzt sein können, je nachdem, wo sie sich befinden vierblättriges Kleeblattmuster.
Während sich Erdbebenverwerfungen hinsichtlich ihres Alters, ihrer geologischen Zusammensetzung und anderer Faktoren unterscheiden, sollte die zugrunde liegende Physik dieselbe sein. Die Wissenschaftler hoffen, einen Katalog von Erdbebengebieten erstellen zu können, der die Verwerfungen mit dem größten Potenzial für gefährliche seismische Wellen und daraus resultierende Schäden aufzeigt.
„Was bei diesen Ergebnissen wichtig ist, ist, dass wir in der Nähe der Quelle eine Variation der Bodenbewegung sehen, und das wird in keinem Gefahrenmodell berücksichtigt.“ sagt der Erstautor der Studie, der Erdbebengeophysiker Daniel Trugman von der University of Texas in Austin.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Geophysikalische Forschungsbriefe .