Warum Erdbebenvorhersage auf unsicherem Boden bleibt

Der Oktober ist der Monat der Erdbebenvorsorge, und Menschen in erdbebengefährdeten Gebieten auf der ganzen Welt werden ihre besten "Fallenlassen, Verstecken und Halten" -Movis üben, wenn Beamte Veranstaltungen organisieren, um die Menschen daran zu erinnern, dass die Erde unter ihren Füßen nicht so stabil ist .

Übungen wie der Great California Shakeout sind eine der wichtigsten Waffen, um Erdbeben zu verhindern, zusammen mit strengen Bauvorschriften und anderen Vorsorgemaßnahmen. Denn trotz jahrzehntelanger Forschung können Forscher nicht vorhersagen, wann ein Erdbeben ausbrechen wird - daher gibt es keine Möglichkeit, Menschen vorzeitig zu evakuieren oder ihnen sogar ein paar Minuten zu geben.

Das soll nicht heißen, dass Forscher es nicht immer versuchen. Wissenschaftler überwachen aktiv Störungen und suchen nach Signalen, von denen sie hoffen, dass sie sie warnen, bevor etwas zerbricht. Zuweilen schien das Ziel verlockend nahe zu sein. Im Jahr 1980 gründete der Kongress den National Earthquake Prediction Evaluations Council (NEPEC), eine Beratungsgruppe, die die routinemäßigen Vorhersagen bewerten sollte, von denen Wissenschaftler dachten, dass sie bald eintreffen könnten. Diese wurden nie umgesetzt.

"Wir waren nicht in der Lage, Beobachtungen von Vorläuferphänomenen zu machen, die irgendeine Art von zuverlässigem Hinweis darauf geben, dass ein Erdbeben kommen wird", sagte Michael Blanpied, Mitglied der NEPEC und assoziierter Koordinator des Earthquake Hazards Program beim US Geological Survey .

Also warum nicht? Leider kann der Grund dafür sein, dass die Erde einfach keine Warnsignale abgibt, bevor sie zittert.

Scams versus Wissenschaft

Eine schnelle Google-Suche nach "Erdbebenvorhersagen" führt Sie zu einer beliebigen Anzahl von schattigen Websites, auf denen Laptop-ausübende Personen behaupten, das Problem gelöst zu haben. Jeder, der behauptet, Vorhersagen aus öffentlich verfügbaren Erdbebendaten zu ziehen, zieht sich tatsächlich das Bein, sagte John Vidale, Direktor des Pacific NW Seismic Network an der Universität von Washington in Seattle.

"In so etwas wie Erdbebenvorhersagen, an denen Wissenschaftler seit 100 Jahren arbeiten, wird die Antwort nicht aus dem Nichts springen", sagte Vidale gegenüber Live Science.

Hüten Sie sich auch vor denen, die behaupten, erfolgreiche Vorhersagen gemacht zu haben, aber sich mit vagen allgemeinen Angaben über die Größe des Bebens oder des Gebietes abzusichern. Laut einem kürzlich veröffentlichten Bericht von NEPEC muss eine erfolgreiche Vorhersage ein eindeutiges Timing enthalten (z. B. "zwischen dem 18. Januar, 00:00 GMT und dem 24. Januar, 23:59 GMT, 2019") und nicht "irgendwann um den vollen Mond am 21. Januar "); eine klare Spezifikation des Bereichs (nicht einfach "in der Nähe" dieses oder jenes Fehlers); und eine Magnitudenskala (Erdbeben werden logarithmisch gemessen, es gibt also einen großen Unterschied zwischen einem Beben der Stärke 5 und der Stärke 6). Die meisten Leute, die behaupten, Erdbeben vorher vorausgesagt zu haben, fudge diese Details regelmäßig, sagte Vidale.

Aber nicht jeder, der eine Idee hat, Erdbeben zu verhindern, ist eine Art Alufolie. Die geowissenschaftliche Gemeinschaft ist skeptisch, dass Vorhersage jemals Realität werden wird, aber es gibt ernsthafte Forscher, die das Problem verfolgen.

Wenn irgendein Ort das geografische Zentrum dieser Bemühungen ist, ist es Parkfield, Kalifornien, eine Stadt ohne eigene Rechtspersönlichkeit entlang der San Andreas-Verwerfung. Seit 1985 beobachtet die USGS intensiv die Gesteine ​​von Parkfield, da Erdbeben dort erschreckend regelmäßig vorkamen. Es gab Beben der Stärke 6 in 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 und 1966 - ungefähr alle 22 Jahre. Jedes Beben schien das gleiche Gebiet des Fehlers zu zerstören, was die Geophysiker zu der Annahme brachte, dass die Seismizität vorhersehbar war. Sie sagten voraus, dass ein weiteres Erdbeben der Stärke 6 in oder vor 1993 stattfinden würde.

Bis 2004 gab es kein derartiges Beben.

Es war ein Schlag auf das Feld der Erdbebenvorhersage. Selbst bei genauer Beobachtung und einem bekannten Muster früherer Beben konnten die Forscher nicht sagen, wann Parkfield schütteln würde.

"Ein Grund dafür, dass es schwierig ist, ist, dass die Erde sehr komplex ist", sagte Blanpied. "Es gibt enorme Unterschiede in den Gesteinsarten, im Stress. Es gibt überall Fehler." Selbst eine Vorhersage in Parkfield hätte nicht unbedingt die Fähigkeit der Forscher zur Vorhersage von Beben bei einem anderen Fehler übersetzt.

Versteckte Vorläufer?

Damit die Erdbebenvorhersage funktioniert, muss ein frühes Signal vorhanden sein, bevor die Erde zu zittern beginnt. Es ist nicht klar, dass ein solches Signal existiert, sagte Vidale.

Störungen brechen, wenn der Stress in der Kruste die Stärke des Gesteins überwindet. Und der Fehlerpunkt könnte sehr klein sein. Es könnte nur ein Meter oder sogar ein Zentimeter großes Fragment sein, das versagt, sagte Vidale.

"Wenn es kurz vor dem Bruch steht, gibt es uns anscheinend keine Warnung", sagte er. "Der Prozess beginnt in einem winzigen Volumen und rennt nur mit der Schallgeschwindigkeit im Gestein davon."

Es ist wie eine Glasscheibe gegen ein Stück Sperrholz zu brechen, sagte Blanpied. Das Holz beginnt sich zu biegen und zu splittern, was darauf hinweist, dass eine Pause bevorsteht. Wenn die Erde so funktioniert, wäre eine Vorhersage möglich. Es ist aber auch möglich, dass die Kruste eher wie eine Glasscheibe aussieht, die plötzlich einrastet.

"Es gibt einen Vorläuferprozess, der vor dem Punkt beginnt, an dem es läuft, schnappen", sagte Blanpied. "Aber ohne Elektronenmikroskop ist das völlig unbeobachtbar."

Beobachtung ist auch ein Problem für die Erdbebenvorhersage. Seismologen können typischerweise Bereiche in einer Entfernung von einer halben Meile (100 Meter) messen - und sie beobachten komplexe Störungszonen, die meilenlang unterirdisch und Hunderte oder Tausende von Meilen lang sind. Die Messung der Spannung und Stärke einer gesamten Störungszone ist einfach nicht möglich, insbesondere wenn die Bruchstelle nur wenige Meter oder weniger beträgt.

Laborexperimente und natürliche Beobachtungen haben Seismologen zu der Schlussfolgerung geführt, dass alle Erdbeben auf die gleiche Weise beginnen, sagte Blanpied.

"Sie fangen alle klein an, und dann werden einige größer", sagte er. "Und wenn das stimmt, sind es keine sehr guten Nachrichten für die Erdbebenvorhersage."

Wenn es nicht fundamental anders ist, wie große und kleine Beben anfangen, sagt er, ist es nicht gut vorauszusagen, dass ein Temblor kommt: Es ist höchstwahrscheinlich eine Größenordnung von 1 oder 2, ohne wissenschaftliche Instrumente nicht nachweisbar.

Erdbeben in der Luft?

Dennoch hat die Suche nach Vorläufern von Erdbeben zu seltsamen Orten geführt. Wissenschaftler haben - erfolglos - nach Erdbeben- "Brummen" nach ungewöhnlichen Gasemissionen gesucht, nach Trends in seismischen Mustern. Sie haben sich sogar der Ionosphäre oder der Schicht der Atmosphäre zwischen 80 und 1000 Kilometern über der Erdoberfläche zugewandt. Eine provokante Reihe neuerer Forschungen entstand nach dem Tohoku-Erdbeben der Stärke 9,0, das 2011 einen enormen Tsunami hervorrief. Kosuke Heki, Professor an der Hokkaido-Universität in Japan, der Satelliten und andere Fernerkundungstechniken zur Erforschung der Erde verwendet, fand heraus, dass es eine Störung in der Ionosphäre 40 Minuten vor dem Beben.

Seitdem hat Heki Störungen vor anderen großen Erdbeben festgestellt und argumentiert, dass ein Muster von zusätzlichen Elektronen in der unteren Ionosphäre und ein Rückgang der Elektronen in der oberen Ionosphäre ein Prädiktor für große Beben im Bereich von 9 sein könnten.

"Ich hätte das nicht geglaubt, wenn diese presismische ionosphärische Veränderung von jemand anderem entdeckt worden wäre", sagte Heki gegenüber Live Science.

Niemand weiß, warum sich die Ionosphäre auf diese Weise vor einem großen Beben verändern würde. Eine Idee, so Heki, ist, dass, wenn Gestein gestresst wird, positive Ladungen freigesetzt werden und sich auf der Erdoberfläche sammeln, die negativ geladenen Elektronen in der Ionosphäre anziehen und sie neu ordnen. Die Ladungen scheinen jedoch noch nicht stark genug zu sein, um massive ionosphärische Veränderungen zu verursachen.

"Es gibt Schwierigkeiten", sagte Heki.

Es gibt auch Uneinigkeit darüber, wie man die ionosphärischen Veränderungen gegen die natürliche Hintergrundfluktuation der Atmosphäre statistisch analysiert. Ein Artikel aus dem Jahr 2015 argumentierte beispielsweise, dass Heki und andere Forscher, die die Ionosphäre untersuchen, nichts weiter messen als typische Elektronenfluktuationen, und dass diese Veränderungen überhaupt nicht vorhersagbar sind. Heki und sein Team studieren das Phänomen weiter, aber die Beweislast ist groß.

"Es gibt eine sehr reichhaltige Verbindung zwischen den Ereignissen in der Ionosphäre und den Dingen, die sich im Boden abspielen, aber es ist sicherlich nicht erwiesen, dass es einen Vor-Erdbeben-Prozess gibt, der in der Ionosphäre beobachtet werden kann", sagte Blanpied. "Es gibt nichts, was zu diesem Zeitpunkt besonders vielversprechend ist."

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