Согласно новому исследованию, датчики, обнаруживающие изменения атмосферного давления из-за сотрясения земли, также могут получать данные о сильных землетрясениях и взрывах, которые превышают верхний предел многих сейсмометров.

Датчики, которые обнаруживают неслышные инфразвуки, переносимые по воздуху, могут улучшить предупреждения о цунами и другие меры реагирования на чрезвычайные ситуации, а также снизить затраты.

Исследования, проведенные учеными Геофизического института Фэрбенкса Университета Аляски, показывают, что датчики инфразвука могут улучшить определение магнитуды. Первоначальное предупреждение о цунами основывается исключительно на расчетной величине и местоположении.

Инфразвуковые датчики стоят меньше, чем сейсмометры, надежны и существуют в большом количестве на Аляске для других целей.

«Что мы сделали, так это использовали инфразвук для целей, для которых он на самом деле не предназначался», — сказал Кен Макферсон из Технического центра Геофизического института Уилсона на Аляске. «Мы обнаружили, что он хорошо работает для получения полных данных о сильных землетрясениях. »

Эти инфразвуковые приборы, чувствительные к давлению, обычно используются для несейсмических целей, таких как обнаружение взрывов в шахтах или ядерных взрывов. Они также фиксируют оползни, извержения вулканов или попадание метеоров в атмосферу Земли.

Макферсон подробно описывает использование инфразвуковых датчиков для сейсмологии в исследовательской статье, опубликованной 21 апреля в Бюллетень сейсмологического общества Америки.

Макферсон занимается сейсмоакустическими исследованиями и операциями. Другие сотрудники Технического центра Уилсона на Аляске, участвовавшие в исследовании, включают директора Дэвида Фи, специалиста по данным Джулиан Коффи и специалиста по машинному обучению Алекса Уитсила, которые сейчас работают в частном секторе.

Инфразвуковые датчики регистрируют изменения атмосферного давления, вызванные инфразвуковыми волнами, частота которых ниже, чем может слышать человек.

Инфразвуковые датчики могут регистрировать весь диапазон колебаний грунта при землетрясении, обнаруживая изменения атмосферного давления, вызванные движением грунта вверх и вниз во время землетрясения.

Движение земли вверх сжимает воздух, увеличивая давление воздуха, как это делает поршень. Движение вниз снижает давление.

Изменения давления даже при сильнейших землетрясениях намного ниже верхнего предела инфразвуковых датчиков.

Напротив, сейсмометры, которые регистрируют фактическое движение земли, имеют верхний предел, а это означает, что для сильных землетрясений верхние данные могут отсутствовать. Они также могут пропустить данные о меньших землетрясениях, если они происходят слишком близко к сейсмометру.

Сейсмологи называют эту потерю данных «отсечением».

«Если вы выкрутите стереосистему слишком высоко, вы получите ужасный звук», — сказал Макферсон. «Это означает, что вы превысили динамический диапазон динамика. Это может случиться с сейсмометром».

Сейсмологи могут преодолеть клиппирование, развернув детекторы сильных движений, которые отличаются от инфразвуковых датчиков. Эти датчики движения не зашкаливают при сильном сотрясении, но они дороги и не точны при небольших землетрясениях. Около 130 из них расположены вокруг Аляски, в основном в городских районах и вблизи известных разломов.

Например, Макферсон и его коллеги сравнили инфразвуковые данные о землетрясении в Анкоридже 30 ноября 2018 года магнитудой 7,1 с данными сейсмометра. Оба прибора находились в одном и том же месте в 18,6 милях от эпицентра.

«Запись этого землетрясения сейсмометром вошла в динамический диапазон прибора и остановилась», — сказал Макферсон. «Таким образом, есть потеря информации об амплитуде».

Сейсмометр был одним из нескольких в южно-центральной части Аляски, где не было верхних данных об этом землетрясении. Данные с инфразвукового датчика не обрезались.

Чтобы проверить точность верхних данных инфразвукового монитора, Макферсон сопоставил их с данными сейсмометра сильных движений в том же месте. Они совпали.

Инфразвуковые датчики также могут предоставлять данные так же своевременно, как и сейсмометры. Это особенно важно, если возможно цунами. У Национального центра предупреждения о цунами есть всего четыре минуты, чтобы выпустить предупреждение с момента возникновения землетрясения.

«Если все близкие сейсмометры фиксируют, а Центр предупреждения о цунами пытается получить точную магнитуду для предупреждения о цунами, они могут быстро вычислить магнитуды с ближайшей инфразвуковой станции, которая совмещена с сейсмометром», — сказал Коффи.

Аляска имеет около 150 инфразвуковых датчиков наряду с сейсмическими мониторами по всему штату.

Некоторые из них были частью переносного массива EarthScope, проекта, финансируемого Национальным научным фондом, для картирования земной коры и верхней мантии. Временная группа постепенно перемещалась по стране, достигнув Аляски в 2014 году. Девяносто шесть из этих станций теперь являются частью постоянной сети мониторинга Центра землетрясений Аляски.

«У нас есть этот уникальный ресурс на Аляске, и мы подталкиваем науку к тому, чтобы извлечь из него максимальную пользу», — сказал Макферсон. «Мы стремимся использовать его по-новому».