Atmosferische elektronen reageren anders voor mega-aardbevingen

Net voor de recente gigantische aardbeving in Japan, namen de metingen van het aantal elektronen in de atmosfeer hoog boven het epicentrum tot verrassende hoogtes toe. Metingen door GPS satellieten gaven een veel hoger aantal elektronen in de ionosfeer boven de - bijna tot een beving komende - breuklijn aan, dan er verwacht werd. Ditzelfde fenomeen voltrok ook bij de enorme aardbevingen in Chili (2010) en Sumatra (2004)

De prikkelende vraag voor seismologen en atmosferische wetenschappers is of deze "boost" van elektronen op grote hoogte (welke bevestigd is door andere wetenschappelijke studies) daadwerkelijk als een vroegtijdige waarschuwing signaal voor verwoestende aardbevingen beschouwd mag worden. Geofysicus Kosuke Heki van de Hokkaido Universiteit in Sapporo, Japan, die het fenomeen beschrijft in een wetenschappelijk artikel, is van mening, dat de"boost" daadwerkelijk een signaal is. “Er wordt beweerd, dat aardbevingen onvoorspelbaar zijn. Maar dit is niet waar voor M9 (kracht 9 op de schaal van Richter) aardbevingen", schrijft Heki in het tijdschrift Geophysical Research Letters van de American Geophysical Union.



De studie suggereert, dat de totale elektronen inhoud (total electron content of TEC) van de ionosfeer toeneemt met zeker 8% boven gemiddeld voorafgaande aan de gigantische aardbevingen. De grootste toename is te meten direct boven de scheurende breuklijn. De toename van elektronen bij Japan begon 40 minuten voordat het noodlot toesloeg. De tijd, die nodig is voor het verzamelen en analyseren van de TEC data, maakt het moeilijk om deze data als potentiële waarschuwingssignaal te gebruiken, zegt Heki. Voor sommige wetenschappers is zelfs het idee van een aardbeving-"voorspeller" al controversieel. Een andere aardbevingexpert, die niet betrokken is geweest bij het onderzoek, zegt, dat niet volledig overtuigd is van het feit of een verandering in TEC een voorteken is van een grote aardbeving.

Dagen na de verwoestende 9.0 aardbeving in Japan, downloadde Heki de data van de satellieten, die onderdeel zijn van het GPS Earth Observation Network. Hij was geïnteresseerd in de oscillaties (schommelingen) van de TEC, toen er akoestische echo's vanaf het epicentrum tot in de ionosfeer reikten. “Ik dacht, dat ik een erg sterk signaal zou zien na deze aardbeving,” zegt Heki. “En tijdens mijn onderzoek vond ik, dat er iets vreemd aan de hand was.” De TEC was hoger voordat de verwachte oscillaties begonnen dan na de oscillaties. Dus ging Heki de ruwe data van de GPS satellieten nader bestuderen. Toen de Tohoku-Oki aardbeving op 11 maart plaatsvond, waren er acht GPS satellieten relatief vlakbij het epicentrum. Normaal variëren de TEC metingen van de satellieten geleidelijk door hoogteverschillen van de satellieten. Maar 40 minuten voor de aardbeving volgende de TEC metingen niet meer het gebruikelijke variatiepatroon. De metingen kwamen 8% boven de normaal lijn uit. Dit behelst zo'n 2.3 totale elektron eenheden (het equivalent van 23 miljoen biljoen elektronen per vierkante meter). De satellieten dichtbij de breuklijn lieten een grotere anomalie in de TEC zien, dan de satellieten verder weg.

Veranderingen in de TEC zijn echter niet zeldzaam. Zonnevlammen en andere veranderingen in de ionosfeer veroorzaken fluctuaties in de TEC. Dus onderzocht Heki de TEC voorafgaande aan andere grote aardbevingen. "De anomalie in de TEC bij de aardbeving in Chili was bijna hetzelfde als bij de Tohoku aardbeving,” zegt Heki. En al waren er minder GPS stations operationeel tijdens de aardbeving in Sumatra (2004), vertoonde de TEC dezelfde anomalie. Kleinere aardbevingen met een kracht van 8 of lager op de schaal van Richter, vertonen deze veranderingen in de TEC niet. Het is momenteel niet uitvoerbaar om de TEC variaties zal waarschuwingssysteem voor zware aardbevingen te gebruiken, zegt Heki. Er is een dicht netwerk van GPS satellieten, vooral boven de aardbeving gevoelige gebieden zoals Japan, Californië enIndonesië. Maar de organisatie, die verantwoordelijk is voor de satellieten boven Japan, geeft maar eens in een aantal uren de gegevens vrij. Er is tijd voor nodig om de gegevens te analyseren en andere oorzaken van een TEC fluctuatie uit te sluiten.

De volgende stap voor de onderzoekers zal het bepalen zijn wat de TEC veranderingen voorafgaande van een aardbeving veroorzaakt. Tevens zullen er meerdere metingstations op de grond moeten komen om het elektrische veld te monitoren.
“Wanneer de volgende M9 aardbeving plaatsvindt, zullen wij het signaal opvangen” zegt Heki. Hiroo Kanamori, een professor emeritus in de geofysica verbonden aan het California Instituut van Technologie was niet betrokken bij het onderzoek. Hij bevestigt, dat er iets niet normaal was in de ionosfeer. Maar of het als een voorteken voor aardbevingen beschouwd mag worden, trekt hij in twijfel. “Ik, denk dat het waardevol is om het zo te documenteren, om het te kunnen vergelijken met een volgende gebeurtenis,” zegt Kanamori, “maar ik ben niet overtuigd.” Eén van de redenen hiervoor is, dat er geen fysieke reden is om de referentie curve te trekken zoals Heki heeft gedaan. Het is moeilijk aan te geven, of de curve van Heki de juiste is om anomalieën in TEC te detecteren. TEC kan van nature uit al onregelmatig zijn. Kanamori voegt toe, dat een magnetische storm rond het tijdstip van de aardbeving de data hebben beïnvloed. Maar het blijft interessant, dat de afwijking van de curve kleiner wordt, naarmate er verder van het epicentrum werd gemeten. Tevens is het opvallend, dat de abnormale patronen ook bij de aardbevingen in Sumatra en Chili te zien zijn. “Het is verbazingwekkend, als dit daadwerkelijk 40 minuten voor de aardbeving heeft plaatsgevonden,” zegt Kanamori. “Echter zijn er nog veel onzekerheden.”

_{©onweer-online
Bron: AGU} | Gewijzigd: 14 april 2017, 14:08 uur, door Joyce.s