Próbując przewidzieć miejsca, w których wystąpią trzęsienia ziemi, niektórzy badacze przyglądają się ziemskiemu polu grawitacyjnemu. Co wspólnego ma siła grawitacji z nieobliczalnymi wstrząsami skorupy ziemskiej?

Badacze z California Institute of Technology odkryli, że w strefie subdukcji (gdzie jedna płyta kontynentalna zachodzi pod drugą) obszary o stosunkowo silniejszej grawitacji są mniej narażone na wielkie trzęsienia ziemi niż obszary, na których grawitacja jest relatywnie słabsza.

Dziś naukowcy zajmujący się trzęsieniami ziemi korzystają z jednej z czterech metod: analizują sejsmogramy, badając tarcie różnych materiałów, mierząc rosnące powoli naprężenia w skorupie, budując dynamiczne modele tektoniki. Teh-Ru Alex Song i Mark Simons z Caltech postanowili rozpatrzyć zmiany w polu grawitacyjnym jako predyktor wydarzeń sejsmicznych.

Anomalie grawitacyjne występują, gdy w danym miejscu grawitacja jest silniejsza lub słabsza niż średnia w regionie. Może mieć na nią wpływ góra lub gęsta skała – wtedy grawitacja przybiera nieznacznie na sile – lub dolina – zmniejszając lokalną siłę przyciągania. Song i Simons przebadali dane z obserwacji satelitarnych pola grawitacyjnego w strefach subdukcji. Porównując zmiany w grawitacji wzdłuż rowu tektonicznego z danymi o występowaniu trzęsień ziemi w ciągu ostatnich 100 lat, doszli do wniosku, że obszary o negatywnych anomaliach grawitacyjnych są skorelowane z większą aktywnością sejsmiczną i analogicznie – obszary o dodatnich anomaliach są nawiedzane przez trzęsienia ziemi rzadziej.

Okazało się także, że większość energii trzęsień ziemi uwolniona została w obszarach o słabszej grawitacji. Choć stanowiły one zaledwie 14% ogółu, wystąpiło w nich 44% trzęsień o sile ponad 7,5 w skali Richtera. Przy tym obszary o słabszej grawitacji odpowiadały regionom nisko położonym, jak na przykład basenom.

Jak więc topografia i grawitacja wiążą się z aktywnością sejsmiczną? Odpowiada za to tarcie. Gdy dwie płyty tektoniczne ocierają się o siebie, tarcie utrudnia ich ruch. Gdy jest wystarczająco duże, płyty przestają się poruszać. Naciskając jednak nadal na siebie, deformują się wywołując przestrzenne zmiany w ukształtowaniu terenu i polu grawitacyjnym. Tarcie powoduje także, że narasta naprężenie. Gdy stanie się zbyt duże, płyty mogą nagle się przesunąć powodując wstrząsy.

Ten wywód jest dość prostym wyjaśnieniem złożonego zjawiska, ale zakłada wiele uproszczeń, a Song i Simons chcą kontynuować prace nad współzależnością między polem grawitacyjnym a dużymi trzęsieniami ziemi.

Anomalie grawitacyjne powstają w bardzo długim czasie, nawet miliona lat. Badanie zmienniości pola grawitacyjnego wymaga dużej precyzji: anomalie są rzędu 0,004 m/s² (podczas gdy średnia wartość przyspieszenia ziemskiego to 9,80665 m/s², między równikiem a biegunami zmienia się od 9,78 do 9,83 m/s²). Zmiany wywoływane przez trzęsienia ziemi są zdecydowanie szybsze, ale ich wielkość jest o wiele mniejsza.

„Badanie to tworzy silne powiązanie między długookresowym zachowaniem tektoniki a krótkoterminową aktywnością sejsmiczną” – mówi Simons – „i w ten sposób przyczynia się do zrozumienia dynamiki trzęsień ziemi„.

Choć nikt nie jest w stanie powiedzieć kiedy lub gdzie wystąpi następne trzęsienie ziemi, pomiary GPS mogą ujawnić miejsca, w których narasta naprężenie skorupy. Simons chce wykorzystać te dane do potwierdzenia swoich wniosków i rozrzerzenia badań na inne obszary – nie tylko strefy subdukcji. Nie mniej jednak Simons, choć nie jest w stanie wskazać, gdzie zdarzy się kolejne trzęsienie, może określić rejony o silniejszej grawitacji, których kataklizm dotknąć nie powinien.