Na de verschrikkelijke tsunami-schade veroorzaakt door de aardbeving in Sumatra in december 2004, zijn wetenschappers op zoek gegaan naar strategieën om toekomstige dodelijke golven te voorspellen. Grondstations binnen een paar duizend kilometer van de aardbeving kunnen hun verplaatsing daadwerkelijk meten met behulp van de GPS-satellieten. Als ze voldoende zijn verhuisd, is er een groot risico op een tsunami.
Universitaire wetenschappers die Global Positioning System (GPS) -software gebruiken, ontwikkeld door NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië, hebben aangetoond dat GPS binnen enkele minuten kan bepalen of een aardbeving groot genoeg is om een oceaanbrede tsunami te veroorzaken. Deze door NASA gefinancierde technologie kan worden gebruikt om snellere tsunami-waarschuwingen te geven.
Een team onder leiding van Dr. Geoffrey Blewitt van het Nevada Bureau of Mines and Geology and Seismological Laboratory, University of Nevada, Reno, heeft aangetoond dat de ware grootte van een grote aardbeving binnen 15 minuten kan worden bepaald met behulp van GPS-gegevens. Dit is veel sneller dan mogelijk is met de huidige methoden.
"Tsunami-waarschuwing is een race tegen de tijd", zegt co-auteur Dr. Seth Stein, afdeling Geologische Wetenschappen, Northwestern University, Evanston, Illinois. "Tsunami's reizen met jetsnelheid, dus waarschuwingscentra moeten binnen enkele minuten nauwkeurig beslissen of ze waarschuwingen geven. Dit moet snel genoeg gebeuren om de waarschuwing te verspreiden onder de autoriteiten in de getroffen gebieden, zodat zij responsplannen kunnen uitvoeren. Samen met seismometer en gegevens over de oceaanboei, voegt GPS een ander hulpmiddel toe dat toekomstige ramingen van tsunami-gevaren kan verbeteren. ”
"We hebben seismologie altijd nodig als eerste niveau van waarschuwing voor grote aardbevingen, en we hebben oceaanboeien nodig om de tsunami-golven daadwerkelijk te voelen", voegde Blewitt toe. "Het voordeel van het opnemen van GPS in waarschuwingssystemen is dat het snel aangeeft hoeveel de zeebodem bewoog en dat informatie tsunami-modellen direct in beweging kan zetten."
De nieuwe methode, GPS-verplaatsing genaamd, werkt door de tijd te meten waarop radiosignalen van GPS-satellieten arriveren bij grondstations binnen een paar duizend kilometer van een aardbeving. Op basis van deze gegevens kunnen wetenschappers berekenen hoe ver de stations zijn verplaatst vanwege de aardbeving. Vervolgens kunnen ze een aardbevingsmodel en de ware grootte van de aardbeving afleiden, de ‘moment magnitude’. Deze grootte houdt rechtstreeks verband met het potentieel van een aardbeving om tsunami's te genereren.
Zoals geïllustreerd door de aardbeving met een kracht van 9,2-9,3 op Sumatra in december 2004, hebben de huidige wetenschappelijke methoden het moeilijk om de momentgrootte voor zeer grote aardbevingen snel te bepalen. Die aardbeving werd voor het eerst geschat op 8,0 met behulp van seismologische technieken die ontworpen waren voor snelle analyse. Omdat deze technieken schattingen afleiden uit de eerste seismische golven die ze registreren, onderschatten ze aardbevingen die groter zijn dan ongeveer 8,5. Dat is de geschatte grootte die nodig is om grote oceaanbrede tsunami's te genereren. De eerste schatting was de belangrijkste reden waarom waarschuwingscentra in de Stille Oceaan het tsunamipotentieel van de aardbeving aanzienlijk onderschatten.
Het potentieel van GPS om bij te dragen aan tsunami-waarschuwingen werd duidelijk na de aardbeving in Sumatra. GPS-metingen toonden aan dat de aardbeving de grond permanent meer dan 1 centimeter (0,4 inch) zo ver weg als India, ongeveer 2000 kilometer (1200 mijl) verwijderd van het epicentrum, bewoog. "Met zulke signalen kan een enorme aardbeving zich niet verbergen", zei Blewitt. "We veronderstelden dat als GPS-gegevens snel en nauwkeurig konden worden geanalyseerd, ze snel de ware omvang en het tsunami-potentieel van de aardbeving zouden aangeven."
Om de haalbaarheid van hun aanpak te testen, gebruikten de wetenschappers NASA's satellietverwerkingssoftware om gegevens te analyseren van 38 GPS-stations op verschillende afstanden van het epicentrum van de aardbeving in Sumatra. De software geeft de exacte locatie van een station aan binnen 7 millimeter (0,3 inch). Alleen gegevens die binnen 15 minuten na de aardbeving beschikbaar waren, werden gebruikt. De resultaten gaven aan dat de meeste permanente grondverplaatsingen plaatsvonden binnen enkele minuten na de aankomst van de eerste seismische golven. Hun analyse leidde tot een aardbevingsmodel en een momentomvang van 9.0, zeer dicht bij de uiteindelijk berekende grootte van de aardbeving.
"Het modelleren van aardbevingen met GPS vereist een robuust, realtime vermogen om nauwkeurig te kunnen voorspellen waar GPS-satellieten in de ruimte zijn, wat onze software doet", zegt Dr. Frank Webb, een JPL-geoloog. "Deze techniek verbetert snelle schattingen van de ware grootte van grote aardbevingen en verbetert real-time mogelijkheden voor het modelleren van tsunami's."
De resultaten van de studie worden gepubliceerd in Geophysical Research Letters.
JPL wordt beheerd voor NASA door het California Institute of Technology.
Oorspronkelijke bron: NASA / JPL News Release
