Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS

Att iaktta marken andas före en skalv

Föreställ dig att vi kunde se jordskorpan långsamt spännas och slappna av under åren före en större jordbävning, på samma sätt som en läkare övervakar en patients vitala tecken. Denna studie frågar om subtila förändringar i markens form — mätta med satellitpositionering — kan avslöja pålitliga varningsmönster före förödande skalv som Noto-halvöns händelse 2024 i Japan. Genom att omvandla långtidsmätningar liknande GPS till kartor över hur skorpan töjs och pressas ihop, undersöker författarna om jordbävningar lämnar igenkännbara signaturer i marken innan de inträffar.

Hur små rörelser avslöjar dold påfrestning

Moderna navigationssatelliter gör det möjligt för forskare att lokalisera markstationer med några millimeters noggrannhet. Japan har byggt upp ett av världens tätaste sådana nätverk, kallat GEONET, med mer än tusen GNSS-stationer utspridda över landet. Istället för att bara följa hur varje station rör sig, studerar denna studie hur grupper av stationer rör sig i förhållande till varandra. Genom att koppla ihop närliggande stationer till triangelnät och använda en metod som ingenjörer använder för broar och byggnader, omvandlar teamet dagliga positionsförändringar till ”jordskorpstöjningar” — mått på hur mycket markytan töjs, pressas ihop eller skjuvas.

En närmare titt på Noto-halvöns skalv

Forskarna fokuserade på tre förödande japanska jordbävningar det senaste decenniet, med särskild uppmärksamhet på magnitud 7,5-skälvet vid Noto-halvön som inträffade den 1 januari 2024. Runt epicentrum byggde de ett nät av trianglar som förband GEONET-stationerna och följde hur töjningen utvecklades dag för dag under ungefär 13 år fram till händelsen. Vanliga markförskjutningar — hur långt varje station rörde sig i öst-väst, nord-syd eller upp-ner — såg mestadels släta och oansenliga ut. Även när den lokala seismiska aktiviteten ökade efter slutet av 2020 gav förskjutningskurvorna få tecken på att ett större brott var på väg.

Att se varningssignaler i utvidgning och ihoppressning

Töjningen berättade en helt annan historia. Teamet zoomade in på en särskild typ av töjning kallad dilatation, som beskriver hur mycket ytan expanderar eller kontraherar. Från omkring december 2020 visade triangulära områden nära det senare Noto-epicentret en långsam, bestående förändring i dilatation som pågick i flera år. Vissa områden expanderade stadigt, andra kontraherade, och bildade ett tydligt rumsligt mönster som blev starkast närmast den framtida förkastningen. Genom att anpassa räta linjer till dessa flervåriga trender fann forskarna att regioner med de största förändringarna i dilatation överensstämde med det senare brottsområdet och i stora drag matchade den slutliga deformationsbild som framträdde vid skalvet. Detta tyder på att platsen och den övergripande storleken på den förestående jordbävningen var inbakade i det utvecklande töjningsfältet.

Kortfristiga flimmer före brottet

Utöver den långsamma bakgrundstrenden undersökte författarna hur ”brusigt” dilatationssignalen blev över tiden. De jämförde varje dags värde med ett veckovis glidande medelvärde och följde hur stora avvikelserna var. Under år fungerade dessa fluktuationer på ett ganska regelbundet, säsongsberoende sätt, med något livligare beteende på sommaren. Men 2023, året före Noto-huvudskaket, blev avvikelserna ovanligt stora kring två nyckelhändelser: en magnitud 6,5-förebrisning i maj och magnitud 7,5-huvudskaket på nyårsdagen. Veckorna före båda jordbävningarna växte spridningen i dilatation långt över dess långsiktiga statistiska intervall, särskilt i element närmast epicentrum, vilket antyder ett kortsiktigt ”skakande” av skorpan när den närmade sig brott.

Ledtrådar från andra senaste katastrofer

För att testa om Noto var unik jämförde studien Noto:s töjningshistoria med två andra förödande händelser: Kumamoto 2016 och Hokkaido Eastern Iburi 2018. Var och en inträffade i en annan tektonisk miljö och på olika djup, men alla visade en årslång, jordbävningsspecifik uppbyggnad i dilatationstöjning nära det slutliga brottsområdet. Varaktigheten och stilen på den gradvisa ökningen verkade skala med jordbävningens storlek, vilket tyder på att större händelser kan föregås av längre episoder av långsam deformation. Skillnader mellan regioner som hade respektive inte hade stora jordbävningar förstärkte ytterligare idén att dessa mönster inte bara är bakgrundsbrus.

Vad detta kan innebära för framtida varningar

För icke-specialister är huvudbudskapet att marken i Japan inte helt enkelt brast utan varning när Noto-halvöns jordbävning inträffade. I stället verkar skorpan i det området ha deformeras långsamt på ett särskiljande sätt i flera år, och dess dagliga fluktuationer blev ovanligt oroliga veckorna före de största stötarna. Även om detta inte är en metod för exakt, kortsiktig prognos, tyder det på att noggrann övervakning av jordskorpstöjning — särskilt dilatation — över stora områden kan hjälpa till att identifiera var stora jordbävningar blir mer sannolika, hur stora de kan bli, och kanske när skorpan går in i ett högre riskfönster. Studien argumenterar för att med täta GNSS-nätverk och förfinad töjningsanalys kan jordbävningsvetenskapen närma sig praktiska tidiga varningsverktyg grundade i hur jordytan tyst "andas" innan den brister.

Citering: Kamiyama, M., Mikami, A., Sawada, Y. et al. Spatiotemporal evolution of crustal strains preceding destructive earthquakes using GNSS. Sci Rep 16, 9708 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38681-7

Nyckelord: förskott till jordbävningar, GNSS-övervakning, jordskorpans töjning, Noto-halvöns jordbävning, långsam glidningsdeformation