Osservazione e origine del segnale di elastogravità che precede le onde sismiche dirette. La mappa mostra la posizione dei sismometri (triangoli) che rilevano i segnali tempestivi subito dopo l'inizio del terremoto di Tohoku (Giappone, 11 marzo 2011, magnitudo 9.1), indicato dalla stella nera. Ci concentriamo qui su una delle stazioni (MDJ), situato nel nord-est della Cina, A 1280 km dal terremoto di Tohoku. A tali distanze, le onde sismiche dirette arrivano circa 165 s dopo l'inizio del terremoto, come mostrato nel riquadro che riproduce il sismogramma verticale MDJ. Però, un chiaro, anche se molto più debole, il segnale di accelerazione viene rilevato dal sismometro prima dell'arrivo delle onde dirette. L'origine di tale segnale può essere compresa considerando un tempo dopo l'inizio del terremoto ma prima dell'arrivo delle onde sismiche dirette. Per esempio, circa 55 s dopo l'ora di origine, le onde dirette si sono propagate all'interno del volume indicato dall'area grigia, ma sono ancora lontani dall'arrivo alla stazione di MDJ. Però, dentro questo volume, le onde sismiche hanno provocato compressioni e dilatazioni del mezzo (come ulteriormente indicato nella sezione in basso), e il contributo globale di tutti questi elementi la cui massa è cambiata dà luogo a una perturbazione gravitazionale, immediatamente rilevato dal sismometro (effetto diretto). Anche il campo gravitazionale viene modificato ovunque nella Terra, e ciascuno degli elementi interessati da queste perturbazioni è una sorgente secondaria di onde sismiche (effetto indotto). Nel volume verde intorno al sismometro, questo campo d'onda sismico secondario arriva prima delle onde dirette. Il sismometro registra quindi un tempestivo segnale di elastogravità, per gli effetti diretti e indotti delle perturbazioni gravitazionali. Credito:IPGP, 2017
Dopo un terremoto, c'è un disturbo gravitazionale istantaneo che potrebbe essere registrato prima delle onde sismiche che i sismologi possono rilevare. In uno studio pubblicato su Scienza il 1 dicembre, 2017, un team composto da ricercatori del CNRS, IPGP, l'Université Paris Diderot e Caltech è riuscita a osservare questi deboli segnali legati alla gravità ea capire da dove provengono. Poiché sono sensibili alla magnitudo dei terremoti, questi segnali possono svolgere un ruolo importante nell'identificazione precoce del verificarsi di un forte terremoto.
Questo lavoro è nato dall'interazione tra sismologi che volevano capire meglio i terremoti e fisici che stavano sviluppando misurazioni della gravità fine al fine di rilevare le onde gravitazionali. I terremoti modificano brutalmente l'equilibrio delle forze sulla Terra ed emettono onde sismiche le cui conseguenze possono essere devastanti. Ma queste stesse onde disturbano anche il campo di gravità terrestre, che produce un segnale diverso. Ciò è particolarmente interessante al fine di quantificare rapidamente i tremori, perché si muove alla velocità della luce, a differenza delle onde di tremore, che si propagano a velocità comprese tra tre e 10 km/s. Quindi i sismometri in una stazione situata a 1000 km dall'epicentro potrebbero potenzialmente rilevare questo segnale più di due minuti prima dell'arrivo delle onde sismiche.
Il lavoro qui presentato segue un 2016 (J.-P. Montagner et al., Naz. comune . 7, 13349 (2016)) che ha dimostrato per la prima volta questo segnale. Primo, gli scienziati hanno osservato questi segnali sui dati di circa 10 sismometri situati tra 500 e 3000 km dall'epicentro del terremoto giapponese del 2011 (magnitudo 9.1). Dalle loro osservazioni, i ricercatori hanno poi dimostrato che questi segnali erano dovuti a due effetti. Il primo è il cambiamento di gravità che si verifica nella posizione del sismometro, che modifica la posizione di equilibrio della massa dello strumento. Il secondo effetto, che è indiretto, è dovuto al cambiamento di gravità ovunque sulla Terra, che disturba l'equilibrio delle forze e produce nuove onde sismiche che raggiungeranno il sismometro.
Tenendo conto di questi due effetti, i ricercatori hanno dimostrato che questo segnale relativo alla gravità è molto sensibile alla magnitudo del terremoto, il che lo rende un buon candidato per quantificare rapidamente la magnitudo di forti terremoti. La sfida futura è sfruttare questo segnale per magnitudini inferiori a circa otto-8,5, perché al di sotto di questa soglia, il segnale è troppo debole rispetto al rumore sismico emesso naturalmente dalla Terra, e dissociarlo da questo rumore è complicato. Quindi i ricercatori hanno in programma di testare diverse tecnologie, inclusi alcuni ispirati a strumenti sviluppati per rilevare le onde gravitazionali.
