Prima venne il fuoco, poi la pioggia - e infine, il fango devastante.

Sulla scia del più grande incendio nella storia della California, il Thomas Fire di dicembre 2017, una potente tempesta ha scaricato circa cinque pollici di pioggia sui pendii spogli della contea di Ventura, innescando colate di detriti il ​​9 gennaio che hanno ucciso 21 persone e distrutto centinaia di case nelle aree di Montecito e San Ysidro Creek.

I sismologi del Caltech hanno notato che il rombo e il ruggito della frana di fango sono stati rilevati da un sismometro a circa 1,5 chilometri di distanza dal peggior danno. In modo significativo, hanno scoperto che il sismogramma generato dall'evento rivela informazioni sulla velocità del flusso di detriti, la larghezza del flusso e la dimensione dei massi che trasportava, e la posizione dell'evento:i risultati suggeriscono che l'attuale generazione di sismometri sul campo potrebbe essere utilizzata per fornire un allarme tempestivo di un flusso di detriti in arrivo ai residenti nelle aree soggette a frane.

Il loro studio, che è stato pubblicato online il 30 maggio da Lettere di ricerca geofisica , mostra che le letture del sismometro avrebbero potuto potenzialmente offrire ad alcuni residenti di Montecito tra i 5 e i 10 minuti di preavviso il 9 gennaio.

La ricerca è stata guidata da Victor Tsai (BS '04), autore corrispondente dell'articolo e professore di geofisica.

Tsai è da tempo interessata a esplorare quali informazioni possono essere raccolte dai sismometri oltre ai normali segnali di terremoto che sono stati progettati per rilevare. "Il movimento del suolo può indicare molte cose, dalla detonazione di una testata al moto di un ghiacciaio. Il trucco sta nel determinare cosa significa il segnale, " dice. Come tale, aveva già iniziato a lavorare su un modello che prevedesse come dovrebbe apparire una frana di fango su un sismometro, sulla base di modelli esistenti di sedimenti trasportati dall'acqua.

In collaborazione con Tsai, lo studente laureato Voon Hui Lai ha raccolto i dati dai tre sismometri situati a pochi chilometri dalla frana per cercare il segnale previsto dal modello di Tsai. A causa della vicinanza e di problemi tecnici, due dei sismometri non hanno registrato in modo affidabile la diapositiva. Il terzo, però, fatto. "Non era immediatamente evidente, ma dopo un po' l'abbiamo trovato, "dice Lai.

Il segnale, un rombo della durata di quasi 20 minuti, si è presentato nella banda di frequenza 5-10 hertz, che è alla soglia più bassa dell'udito umano. Il team è stato in grado di determinare che il segnale era effettivamente la frana in base alla sua tempistica ed escludendo altre potenziali fonti. Corrispondeva quasi perfettamente alle previsioni fatte dal modello di Tsai.

Analizzando il sismogramma risultante, Tsai e Lai sono stati inoltre in grado di mostrare come il segnale potrebbe essere utilizzato per stimare gli elementi chiave di una colata detritica (dimensioni, velocità, e intensità) in base a come influenzano lo scuotimento del terreno. Il segnale indicava che il "muso" della colata detritica (dove si trovano i massi di dimensioni maggiori) copriva un'area di circa 50 metri per 50 metri; che i massi portati dal flusso raggiungessero fino a circa 1,3 metri di diametro; e che la velocità del flusso era di circa 2,4 metri al secondo.

Ora che sanno cosa cercare e hanno un modello per ciò che indica il sismogramma, gli scienziati possono utilizzare questo per sviluppare un sistema di allarme rapido basato sui sismometri esistenti, dice Tsai. "I flussi di detriti si muovono molto più lentamente dei terremoti, quindi potremmo potenzialmente sviluppare un sistema di allerta precoce che offra importanti avvisi per i residenti e i primi soccorritori, " lui dice.

"Come i terremoti, le colate detritiche si verificano raramente e sono pericolose da osservare direttamente, " aggiunge il co-autore Michael Lamb, professore di geologia. "Misurando lo scuotimento del terreno a distanza di sicurezza, il nostro studio mostra che la sismologia ha un grande potenziale per migliorare la nostra comprensione di quando, dove, e perché avvengono le colate detritiche".

I ricercatori hanno in programma di continuare a testare e mettere a punto il modello utilizzando esperimenti controllati che producono misurazioni più precise.

Lo studio è intitolato "La firma sismica dei flussi di detriti:meccanica del flusso e allerta precoce a Montecito, California." I coautori includono Thomas Ulizio, responsabile di laboratorio e assistente di ricerca presso Caltech, e Alessandro Birra, borsista post-dottorato in geologia. Questa ricerca è stata sostenuta dal Fondo nazionale per la scienza e dal Fondo nazionale per la scienza.