COVID-19 pandemie leidt tot een ongekend stille seismische ruis periode

Nieuw onderzoek in het tijdschrift Science toont aan dat de “lockdown” maatregelen, die in de lente van 2020 werden genomen om de verspreiding van COVID-19 in te dijken, seismische ruis in stedelijke gebieden rond de wereld tot wel 50% deed dalen.

Seismische ruis wordt gemeten door seismometers. Dat zijn gevoelige wetenschappelijke instrumenten die trillingen – beter bekend als seismische golven – registreren die zich door de grond voortbewegen. Traditioneel richt seismologie zich op het meten van seismische golven die ontstaan door aardbevingen. In stedelijke gebieden worden seismische golven echter sterk “vervuild” door hoogfrequente trillingen (het “gezoem”) die door de mens aan de oppervlakte worden veroorzaakt. Door onze verplaatsingen, het dagelijkse verkeer, het openbaar vervoer, zware industriële activiteiten en bouwwerkzaamheden creëert de mens deze unieke seismische signalen in de ondergrond. Het gezoem sterker overdag dan ’s nachts en zwakker tijdens het weekend dan tijdens weekdagen.

Het jaar van de stilte

Door seismische ruis tijdens de lockdown te vergelijken met maanden- tot jarenlange datasets van meer dan 300 seismische stations over de hele wereld, toont de studie aan dat in 2020 een “golf” in ruisvermindering in vele landen kon worden gevolgd en gevisualiseerd; eerst in China, daarna Italië, en vervolgens in de rest van de wereld. De ruisvermindering is het resultaat van fysieke/sociale preventiemaatregelen, verminderde economische en industriële activiteiten, daling in het toerisme, en reisbeperkingen. Deze stille seismische ruis periode in 2020 is de langste en meest prominente periode waarin wereldwijd zo’n sterke vermindering in antropogene seismische ruis gemeten werd.

In 2020 is het aantal aardbevingen niet afgenomen, maar de daling van het antropogene “gezoem” is ongekend. De sterkste seismische ruisvermindering werd gevonden in stedelijke gebieden. Seismische sensoren onder de grond in boorgaten tonen bovendien aan dat de invloed van de lockdown tot wel honderden meters diep kon worden geïdentificeerd. Niet alleen in dichtbevolkte gebieden, maar ook in meer afgelegen gebieden in Afrika, werd een ruisvermindering gemeten.

De studie vond bovendien een sterke overeenkomst tussen de ruisvermindering en mobiliteitsgegevens die afkomstig zijn van toepassingen op mobiele telefoons en die openbaar gemaakt werden door Google en Apple. Deze overeenkomst toont aan dat openbare seismische gegevens gebruikt kunnen worden om menselijke activiteiten in bijna-realtime te volgen. Zo kunnen de effecten van de lockdown en de versoepelingsmaatregelingen beter worden begrepen. Dit zonder dat er rekening moet gehouden worden met potentiële privacykwesties.

De milieueffecten van de wereldwijde lockdowns zijn groot en gevarieerd, zoals een verminderde uitstoot van schadelijke stoffen in de atmosfeer en verminderde verkeers- en geluidsoverlast voor mens en dier. Naar de lockdown periode wordt ook verwezen als de “antropauze“. Deze nieuwe studie in Science is de eerste die een bijna gelijktijdige demping van de seismische ruis ontdekte wereldwijd en die de impact van de antropauze op de aarde beschrijft op een globale schaal.

Belgisch initiatief

De studie ontstond doordat dr. Thomas Lecocq, seismoloog aan de Koninklijke Sterrenwacht van België, besloot zijn ruisvisualisatie methode publiekelijk te delen met seismologen uit de hele wereld. Dit was de snelste wijze om seismologische gegevens van over de hele wereld te analyseren, wat een unieke samenwerking opleverde tussen de 76 auteurs, komende uit 66 onderzoeksinstellingen in 27 landen. De hoofdauteurs van de studie zijn werkzaam in België, het Verenigd Koninkrijk, Nieuw-Zeeland en Mexico.

Er zijn vele duizenden seismometers werkzaam over de hele wereld die dienen om de aarde te bestuderen. Het was een gezamenlijke werk om de vele terabytes aan beschikbare gegevens in seismische ruis te downloaden, te verwerken en te analyseren. De gebruikte gegevens zijn zowel afkomstig van hoogwaardige seismische netwerken als van seismische sensoren die door individuen en scholen zijn geïnstalleerd en wiens gegevens wereldwijd worden gedeeld met de seismologische gemeenschap.

Seismologen Thomas Lecocq en Koen Van Noten van de Koninklijke Sterrenwacht van België leidden deze studie. De data van het Ukkelse seismische Station UCCS lag aan de oorsprong van de studie. Ze zorgden er bovendien ervoor dat de seismometer data van het Belgische seismische netwerk mee in het onderzoek betrokken werd. Benoît Fauville van Leefmilieu Brussel droeg bij met geluidsdata afkomstig van microfoons geïnstalleerd in Brussel. De daling in geluid tijdens de lockdown (= een stillere stad) kwam bijzonder goed overeen met de daling in seismische ruis.

Belang van de studie

Zal de stille periode van seismische ruis in 2020 het mogelijk maken om nieuwe types van seismische golven te registreren? De studie heeft het eerste bewijs geleverd dat aardbevingssignalen die in stedelijke gebieden overdag verborgen bleven, tijdens de lockdown veel duidelijker zichtbaar werden door seismische instrumenten. De auteurs van de studie hopen dat hun werk zal leiden tot verder onderzoek naar de impact van de lockdown op seismische signalen. Het vinden van vroeger verborgen signalen van aardbevingen en vulkanen en het identificeren van het menselijke “gezoem” zal een belangrijk doel zijn.

Met een wereldwijde toenemende verstedelijking en bevolking zullen meer mensen in geologisch gevaarlijke gebieden gaan wonen. Daarom wordt het belangrijker dan ooit om de antropogene seismische ruis te karakteriseren, zodat seismologen beter kunnen luisteren naar de aarde, en vooral in steden grondbewegingen beter kunnen meten.

Referentie:

T. Lecocq et al., Global quieting of high-frequency seismic noise due to COVID-19 pandemic lockdown measures. Science (2020). https://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abd2438

Contactgegevens

Algemeen contact en hoofdauteur van de studie (beschikbaar voor Engelstalige en Franstalige pers): Thomas Lecocq (thomas.lecocq AT seismology.be). Koninklijke Sterrenwacht van België.

Contactpersoon voor Nederlandstalige pers: Koen Van Noten (koen.vannoten AT seismology.be). Koninklijke Sterrenwacht van België.

Indien u ons wenst te contacteren, gelieve ook steeds uw contactgegevens achter te laten via email.

Figuren en animaties: zie link naar de Science paper

Figuur 1 – overzicht van alle wereldwijde seismische stations geanalyseerd in de studie.
Figuur 2 – globale vermindering van seismische ruis tijdens de lockdown op geselecteerde seismische stations
Animatie – Hier te downloaden – animatie van de globale vermindering van seismische ruis.

Affiliaties van de hoofdauteurs:

Seismologie-Gravimetrie, Koninklijke Sterrenwacht van België, Ringlaan 3, 1180 Brussel, België
Department of Earth Science and Engineering, Imperial College London, London, Verenigd Koninkrijk
Department of Physics, University of Auckland, Nieuw-Zeeland
Department of Earth Sciences, Royal Holloway University of London, Egham, Verenigd Koninkrijk
Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autónoma de México, Campus Juriquilla, Querétaro, Mexico

Volledig overzicht van alle instituten van de co-auteurs

Hoofdauteurs:
Koninklijke Sterrenwacht van België, België.
Imperial College London, UK.
University of Auckland, New-Zealand.
Royal Holloway University of London, UK.
Universidad Nacional Autónoma, Mexico.

Co-auteurs:
Swiss Seismological Service, Switzerland.
University of Helsinki, Finland.
U.S. Geological Survey, US.
Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik, Austria.
Universidad de Costa Rica, Costa Rica.
Royal Netherlands Meteorological Institute, Netherlands.
Boğaziçi University, Turkey.
GFZ Research Centre for Geosciences, Germany.
Università Degli Studi di Catania, Italy.
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Italy.
University of Cologne, Germany.
Univ. Savoie Mont Blanc, France.
Volcanological & Seismological Observatory of Costa Rica.
University of Aberdeen, UK.
Dublin Institute for Advanced Studies, Ireland.
Delft University of Technology, Netherlands.
CSIC, Spain.
BGR, Germany.
National Observatory of Athens, Greece.
Brussels Environment, Belgium.
Observatorio San Calixto, Bolivia.
Seismotech S.A., Greece.
Hellenic Mediterranean University, Greece.
Norges Geotekniske Institutt, Norway.
University of Alaska Fairbanks, US.
National Institute for Earth Physics, Romania.
Université de Strasbourg, France.
University of Lausanne, Switzerland.
University of Bristol, UK.
Instituto Geofisico del Peru.
Princeton University, US.
University of Tehran, Iran.
Boston College, US.
California Institute of Technology, US.
Stanford University, US.
SETI Institute, US.
University of British Columbia, Canada.
Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany.
Australian National University, Australia.
McGill University, Canada.
GEOTOP Research Centre, Canada.
Raspberry Shake, Panama.
University of Maine, US.
University of California Riverside, US.
Universidad de Chile.
European Center for Geodynamics & Seismology, Luxembourg.
Raytheon BBN Technologies, US.
Université de Paris, France.
Observatoire Volcanologique du Piton de la Fournaise, France.
Victoria University of Wellington, New Zealand.
University of Patras, Greece.
University of Bergen, Norway.
University of California Berkeley, US.
Institut d’Estudis Catalans (LEGEF-IEC), Spain.
University of Michigan, US.
Truro School, UK.
IPG Strasbourg, France.
University of Oxford, UK.
University of California, US.