Title

Gravitational Effects from Earthquakes

Document Type

Article

Publication Date

12-2004

Journal

Canadian Journal of Physics

Volume

82

Issue

12

First Page

1027

URL with Digital Object Identifier

http://dx.doi.org/10.1139/p04-068

Last Page

1040

Abstract

Two types of propagating gravitational effects, from the mass redistribution within the Earth due to a large earthquake, are investigated: (i) the velocity of the change of the Newtonian potential field; and (ii) the gravitational luminosity of the seismic source. The mass redistribution caused by an earthquake and the resulting change in the gravitational potential field is computed through application of geophysical dislocation theory. The global mass redistribution is postulated to be progressive, starting at the instant (and location) of the nucleation of the earthquake fault rupture, and then spreading globally at the velocities of various seismic waves. Information about the changes of the gravitational potential is postulated to travel at the velocity of light. Superconducting gravimeters (SG) can resolve changes of the order of 10 nGal, i.e., (10–9 cm/s2) (1 Gal = 0.001 0197g), sufficient to detect the changes in the potential field. The time difference between observation of the change of the potential field and the arrival of the primary seismic wave from the earthquake would allow a crude estimation of the velocity of the gravitational effect. A preliminary search for the preseismic gravitational signal using an SG has given inconclusive results, primarily due to the limitations of the spline curve fitting methods. Despite this, we suggest that the observation of preseismic gravitational potential changes should be feasible, with the existing array of SGs in the Global Geodynamics Project (GGP) network, and by detectors designed to observe gravitational radiation (e.g., the Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO)). We have used published values of the changes in the Earth's inertia tensor due to the Alaska earthquake of 1964 to estimate the magnitude of the metric perturbation of the gravitational wave produced by such an earthquake. The gravitational luminosity is estimated at1.90 × 10–10erg/s (1 erg/s = 10–7 W = 1 J/s).

Nous étudions deux types d'effets gravitationnels de la redistribution de masse suivant un tremblement de terre important : (1) la vitesse de changement du potentiel Newtonien ; (2) la luminosité gravitationnelle de la source sismique. Nous calculons la redistribution de masse due au tremblement de terre et le changement résultant dans le potentiel gravitationnel en utilisant une application de la théorie des dislocations géophysiques. Nous postulons que la redistribution globale de masse est progressive, débutant au lieu et temps de la rupture de faille géologique et se propageant globalement à la vitesse des différentes ondes sismiques. L'information sur le changement du potentiel gravitationnel est présumée voyager à la vitesse de la lumière. Les gravimètres supraconducteurs (SG) peuvent identifier des changements de l'ordre de 10 nGal c.à.d 10–9 cm/s2 (1 Gal = 0.001 0197g), suffisants pour détecter les changements dans le champ de potentiel. La différence en temps entre l'observation du changement dans le potentiel et de l'arrivée de la première onde sismique donnerait un premier estimé de la rapidité de propagation des phénomènes sismiques. Une tentative préliminaire pour identifier le signal pré-sismique gravitationnel en utilisant un SG n'a pas donné de résultat probant, surtout à cause des limites du lissage de courbe par polynômes locaux (spline). Malgré cela, nous suggérons que l'observation de changement gravitationnel pré-sismique devrait être possible avec le réseau existant de SG dans le Projet Géodynamique Global(GGP) et par détecteurs conçus pour observer la radiation gravitationnelle(ex. : l'Observatoire d'Onde Gravitationnelle par Interférométrie Laser (LIGO)). Nous avons utilisé es valeurs de changement dans le tenseur d'inertie de la Terre dus au tremblement de terre d'Alaska de 1964, afin d'estimer la grandeur de la perturbation métrique des ondes gravitationnelles produites par un tel tremblement de terre. La luminosité gravitationnelle est estimée à 1.9 × 10–10 erg/s. (1 erg/s = 10–7 W = 1 J/s).