Антропогенный сейсмический шум ослаб во время пандемии
Статья опубликована в журнале Science.
Хотя сейсмографы предназначены для регистрации и предсказания землетрясений, эти приборы регистрируют все типы сейсмических волн — в том числе антропогенный шум. В условиях города такой шум чаще всего связан с повседневной деятельностью человека и потому представляет собой практически непрерывный сигнал от совокупности источников — в том числе, транспорта и промышленных предприятий. Эти колебания постоянно улавливаются сейсмографами и могут препятствовать регистрации слабых подземных толчков — предвестников опасных геологических событий.
Следовательно, чтобы заблаговременно предсказывать такие события, необходимо научиться выделять слабые сигналы на фоне антропогенного шума — а для этого, в свою очередь, нужно изучать характер самого шума. Однако здесь возникает целый ряд трудностей — множество вероятных источников перекрываются друг с другом во времени и меняют положение в пространстве, измерительные центры расположены неоднородно, а контролировать общественную активность ради сейсмологических экспериментов почти невозможно. В результате глобальный и долгосрочный вклад человеческой деятельности в сейсмический шум остается почти неисследованным.
Ученые из 25 стран под руководством Томаса Лекока (Thomas Lecocq) из Королевской обсерватории Бельгии занялись изучением глобального влияния антропогенных факторов на сейсмический шум. Для этого авторы проанализировали архивные данные с 337 сейсмических станций по всему миру за последние месяцы: с декабря 2019 года по май 2020, обращая при этом внимание на корреляции между изменениями уровня шума и введением в данном регионе ограничительных мер из-за пандемии COVID-19. Чтобы выделить шум, который обусловлен человеческой деятельностью, исследователи выделили частотную полосу сигналов в 4–14 герц, а для повышения качества выборки — отсеивали станции с длительными перерывами в регистрации или сбоями в работе приемников. Кроме того, в ходе работы учитывались вариации плотности населения — ученые сравнивали данные, которые были собраны в густонаселенных регионах и отдаленной от городов местности.
Расположение сейсмических станций, данные которых участвовали в исследовании. Больший размер квадратов отвечает меньшей плотности населения. Красный цвет означает, что влияние ограничений отразилось на сейсмическом шуме в регионе, синий — что такой эффект не выявлен
Thomas Lecocq et al. / Science, 2020
В результате авторы обнаружили снижение сейсмического фона на 185 из 268 станций, привлеченных к обработке данных — глобальный медианный уровень антропогенного шума в этих регионах в период с марта по май 2020 года уменьшился примерно на 50 процентов. Несмотря на то, что в густонаселенной местности влияние ограничений в среднем было более существенным, ученые выявили затухание фона и в регионах с плотностью населения порядка 1 человека на 5 квадратных километров, что может свидетельствовать о высокой чувствительности приборов к пространственно удаленным антропогенным источникам. В частности, исследователи сравнили данные двух подземных станций в Новой Зеландии — одна из них расположена на глубине 380 метров в Окленде, а другая — в 14 километрах от городского центра, на глубине 98 метров под поверхностью необитаемого острова Мотупату: несмотря на разницу в положении, сейсмографы на обеих станциях зарегистрировали примерно двукратное снижение шума во время карантина.
Изменение уровня сейсмического шума во времени в разных регионах планеты. Города (по вертикали) отсортированы по дате введения ограничительных мер, уровень шума в относительных единицах показан цветом. У горизонтальной оси указаны даты, пробелы отвечают отсутствию данных в указанный день
Thomas Lecocq et al. / Science, 2020
Кроме того, авторы отмечают, что снижение шума вблизи учебных заведений Бостона, Мичигана и Корнуолла составило на 20 процентов больше, чем аналогичное снижение в период каникул — это также служит доводом о широкой пространственной чувствительности сейсмографов к антропогенному шуму.
Ученые полагают, что в дальнейших исследованиях такое длительное и значительное затухание сейсмического фона позволит обнаружить в архивных данных активность ранее недоступных для регистрации подземных толчков и расширит наши знания об их источниках, а также поможет оценить уровень антропогенного шума и качественнее настраивать системы его фильтрации.