ON THE NATURE AND DYNAMICS OF THE SEISMOGENETIC SYSTEM OF SOUTH CALIFORNIA, USA: AN ANALYSIS BASED ON NON-EXTENSIVE STATISTICAL PHYSICS

PDF (English)
Δημοσιευμένα: Jul 27, 2016
DOI: https://doi.org/10.12681/bgsg.11839
Λέξεις-κλειδιά:
Εντροπία Τσάλλη μη-εκτατικότητα στατιστική σεισμολογία
A. Efstathiou
Department of Geophysics and Geothermy, Faculty of Geology and Geoenvironment, National and Kapodistrian University of Athens,
A. Tzanis
Department of Geophysics and Geothermy, Faculty of Geology and Geoenvironment, National and Kapodistrian University of Athens,
F. Vallianatos
Laboratory of Geophysics and Seismology, Technological Educational Institute of Crete
Περίληψη

Η παρούσα εργασία διερευνά την ύπαρξη μη εκτατικότητας στο σεισμογενετικό σύστημα της Νότιας Καλιφόρνιας, ΗΠΑ, σε μία προσπάθεια να διευκρινισθεί εάν η σεισμογένεση οφείλεται σε αυτοδιεγερόμενες διεργασίες Poisson, που υπακούουν στη θερμοδυναμική Boltzmann-Gibbs ή από κρίσιμες διεργασίες στις οποίες αναμένονται αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας σε κατάσταση μη-ισορροπίας με την θερμοδυναμική του συστήματος να αποκλίνει από τον φορμαλισμό Boltzmann-Gibbs. Η ανάλυση βασίζεται στον πλήρη και στοχαστικά από ομαδοποιημένο κατάλογο του South California Earthquake Data Center, βάσει του οποίου κατασκευάζονται και αναλύονται πολυμεταβλητές κατανομές αθροιστικής συχνότητας συναρτήσει του μεγέθους, του ενδιάμεσου χρόνου και της ενδιάμεσης απόστασης, εφαρμόζοντας αρχές της Μη Εκτατικής Στατιστικής Φυσικής, η οποία αποτελεί γενίκευση της εκτατικής θερμοδυναμικής Boltzmann Gibbs σε μη- εκτατικά συστήματα. Τα αποτελέσματα δείχνουν την ύπαρξη υπο-εκτατικού σεισμογενετικού συστήματος που διέπεται από αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας. Πιθανός μηχανισμός μη-εκτατικότητας είναι η αυτό-οργανωμένη κρισιμότητα, αν και  δεν μπορούν να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα πριν αποκλεισθούν εναλλακτικοί μηχανισμοί πολυπλοκότητας.

Λεπτομέρειες άρθρου
  • Ενότητα
  • Σεισμολογία
Creative Commons License

Αυτή η εργασία είναι αδειοδοτημένη υπό το CC Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση 4.0.

Οι συγγραφείς θα πρέπει να είναι σύμφωνοι με τα παρακάτω: Οι συγγραφείς των άρθρων που δημοσιεύονται στο περιοδικό διατηρούν τα δικαιώματα πνευματικής ιδιοκτησίας επί των άρθρων τους, δίνοντας στο περιοδικό το δικαίωμα της πρώτης δημοσίευσης. Άρθρα που δημοσιεύονται στο περιοδικό διατίθενται με άδεια Creative Commons 4.0 Non Commercial και σύμφωνα με την οποία μπορούν να χρησιμοποιούνται ελεύθερα, με αναφορά στο/στη συγγραφέα και στην πρώτη δημοσίευση για μη κερδοσκοπικούς σκοπούς. Οι συγγραφείς μπορούν να: Μοιραστούν — αντιγράψουν και αναδιανέμουν το υλικό με κάθε μέσο και τρόπο, Προσαρμόσουν — αναμείξουν, τροποποιήσουν και δημιουργήσουν πάνω στο υλικό.

Λήψεις
Τα δεδομένα λήψης δεν είναι ακόμη διαθέσιμα.
Αναφορές
Abe, S. and Suzuki, N., 2005. Scale-free statistics of time interval between successive earthquakes,
Physica A, 350, 588-596.
Bak, P. and Tang, C., 1989. Earthquakes as a self-organized critical phenomenon, J. Geophys. Res.,
, 15635-15637.
Bak, P., Christensen, K., Danon, L. and Scanlon, T., 2002. Unified scaling law for earthquakes,
Phys. Rev. Lett., 88, 178501, doi: 10.1103/PhysRevLett.88.178501.
Bakar, B. and Tirnakli, U., 2009. Analysis of self-organized criticality in Ehrenfest’s dog-flea model,
Phys. Rev. E., 79, 040103, doi: 10.1103/PhysRevE.79.040103, 2009.
Carbone, V., Sorriso-Valvo, L., Harabaglia, P. and Guerra, I., 2005. Unified scaling law for waiting
times between seismic events, Europhys. Lett., 71(6), 1036, doi: 10.1209/epl/i2005-10185-0.
Caruso, F., Pluchino, A., Latora, V., Vinciguerra, S. and Rapisarda, A., 2007: Analysis of self-organized
criticality in the Olami-Feder-Christensen model and in real earthquakes, Phys. Rev. E, 75, 055101.
Celikoglu, A., Tirnakli, U. and Duarte Queirós, S., 2010: Analysis of return distributions in the
coherent noise model, Phys. Rev. E., 82, 021124, doi: 10.1103/PhysRevE.82.021124.
Console, R. and Murru, M., 2001. A simple and testable model for earthquake clustering, J. Geoph.
Res., 106, B5, 8699-8711.
Console, R., Murru, M. and Lombardi, A.M., 2003. Refining earthquake clustering models, J.
Geoph. Res., 108, B10, 2468-2476.
Console, R., Jackson, D.D. and Kagan, Y.Y., 2010. Using the ETAS model for catalog declustering
and seismic background assessment, Pure Appl. Geoph., 10.1007/s00024-010-0065-5.
Eaton, J.P., 1992. Determination of amplitude and duration magnitudes and site residuals from shortperiod
seismographs in Northern California, Bull. Seism. Soc. Am., 82(2), 533-579.
Efstathiou A., Tzanis A. and Vallianatos, F., 2015. Evidence of Non-Extensivity in the evolution of
seismicity along the San Andreas Fault, California, USA: An approach based on Tsallis Statistical
Physics, Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, in press, doi: 10.1016/j.pce.2015.02.013.
Gardner, J.K. and Knopoff, L., 1974. Is the sequence of earthquakes in Southern California, with
aftershocks removed, Poissonian? Bull. Seism. Soc. Am., 64(5), 1363-1367.
Gell-Mann, M. and Tsallis, C., eds., 2004. Nonextensive Entropy - Interdisciplinary Applications,
Oxford University Press, New York.
Gutenberg, B. and Richter, C.F., 1944. Frequency of earthquakes in California, Bull. Seismol. Soc.
Am., 34-4, 185-188.
Helmstetter, A. and Sornette, D., 2003. Predictability in the Epidemic-Type Aftershock Sequence
model of interacting triggered seismicity, J. Geophys. Res., 108(B10), 2482.
Marzocchi, W. and Lombardi, A.M., 2008. A double branching model for earthquake occurrence,
J. Geophys. Res., 113, B0 8317, doi: 10.1029/2007JB005472.
Michas, G., Vallianatos, F. and Sammonds, P., 2013. Non-extensivity and long-range correlations in
the earthquake activity at the West Corinth rift (Greece), Nonlinear Proc. Geoph., 20, 713-724.
Moré, J.J. and Sorensen, D.C., 1983. Computing a Trust Region Step, SIAM Journal on Scientific
and Statistical Computing, 3, 553-572.
Ogata, Y., 1988. Statistical models for earthquake occurrences and residual analysis for point
processes, Journal of American Statistical Association, Application, 83(401), 9-27.
Ogata, Y., 1998. Space-time point-process models for earthquake occurrences, Annals of the
Institute of Statistical Mathematics, 50(2), 379-402.
Olami, Z., Feder, H.J.S. and Christensen, K., 1992. Self-Organized Criticality in a continuous,
nonconservative cellular automaton modeling earthquakes, Phys. Rev. Lett., 68, 1244–1247.
Papadakis, G., Vallianatos, F. and Sammonds, P., 2013. Evidence of Nonextensive Statistical Physics
behaviour of the Hellenic Subduction Zone seismicity, Tectonophysics, 608, 1037-1048.
Reasenberg, P., 1985. Second-order moment of central California seismicity, 1969-82, J. Geophys.
Res., 90, 5479, 5495.
Rhoades, D.A., 2007. Application of the EEPAS model to forecasting earthquakes of moderate
magnitude in Southern California, Seismol. Res. Lett., 78(1), 110-115.
Rundle, J.B., Klein, W., Turcotte, D.L. and Malaud, B.D., 2000. Precursory seismic activation and
critical point phenomena, Pure appl. Geophys., 157, 2165-2182.
Segou, M., Parsons, T. and Ellsworth, W., 2013. Comparative evaluation of physics-based and
statistical forecasts in Northern California, J. Geophys. Res. Solid Earth, 118.
Silva, R., Franca, G.S., Vilar, C.S. and Alcaniz, J.S., 2006. Nonextensive models for earthquakes.
Physical Review E, 73, 026102, doi: 10.1103/PhysRevE.73.026102.
Sornette, A. and Sornette, D., 1989. Self-organized criticality and earthquakes, Europhys. Lett., 9, 197-202.
Sornette, D. and Sammis, C.G., 1995. Complex critical exponents from renormalization group
theory of earthquakes: Implications for earthquake predictions, J. Phys., 1, 5, 607-619.
Sornette, D. and Werner, M.J., 2009. Statistical Physics Approaches to Seismicity, in Complexity in
Earthquakes, Tsunamis, and Volcanoes, and Forecast, In: Lee, W.H.K., ed., in the Encyclopedia
of Complexity and Systems Science, R. Meyers (Editor-in-chief), 7872-7891, Springer, ISBN:
-0-387-755888-6. arXiv:0803.3756v2 [physics.geo-ph] (last access 20 October 2014).
Sotolongo-Costa, O. and Posadas, A., 2004. Tsalli’s entropy: A non-extensive frequency-magnitude
distribution of earthquakes. Phys. Rev. Letters, 92(4), 048501, doi: 10.1103/PhysRevLett.92.048501.
Steihaug, T. 1983. The Conjugate Gradient Method and Trust Regions in Large Scale Optimization,
SIAM Journal on Numerical Analysis, 20, 626-637.
Telesca, L., 2011. Tsallis-based nonextensive analysis of the Southern California seismicity,
Entropy, 13, 1267-1280.
Telesca, L., 2012. Maximum Likelihood Estimation of the Nonextensive Parameters of the
Earthquake Cumulative Magnitude Distribution, Bull. Seismol. Soc. Am., 102, 886-891.
Tzanis, A., Vallianatos, F. and Efstathiou, A., 2013. Multidimensional earthquake frequency
distributions consistent with non-extensive statistical physics: The interdependence of
Magnitude, Interevent Time and Interevent Distance in North California, Bull. Geol. Soc.
Greece, 47(3), 1326-1337. http://www.geosociety.gr/ images/news_files/ EGE_XLVII/
Vol_3/ 1326_ Tzanis .pdf (last access 24 October 2015).
Touati, S., Naylor, M. and Main, I.G., 2009. Origin and Nonuniversality of the Earthquake Interevent
Time Distribution, Phys. Rev. Letters, 102, 168501, doi: 10.1103/PhysRevLett.102.168501.
Tsallis, C., 1988. Possible generalization of Boltzmann-Gibbs statistics, Journal of Statistical
Physics, 52, 479-487, doi: 10.1007/BF01016429.
Tsallis, C., 2009. Introduction to Nonextensive Statistical Mechanics: Approaching a Complex
World. Springer Verlag, Berlin, 378 pp.
Uhrhammer, B.R.A., Loper, S.J. and Romanowicz, B., 1996. Determination of local magnitude
using BDSN Broadband Records, Bull. Seism. Soc. Am., 86(5), 1314-1330.
Vallianatos, F. and Sammonds, P., 2013. Evidence of non-extensive statistical physics of the
lithospheric instability approaching the 2004 Sumatran-Andaman and 2011 Honshu megaearthquakes,
Tectonophysics, doi: 10.1016/j.tecto.2013.01.009.
Vallianatos, F. and Telesca, L., eds., 2012. Statistical Mechanics in Earth Physics and Natural
Hazards, Acta Geophysica, 60, 499-501.
Vallianatos, F., Benson, P., Meredith, P. and Sammonds, P., 2012. Experimental evidence of nonextensive
statistical physics behaviour of fracture in triaxially deformed Etna basalt using
acoustic emissions, Eur. Phys. Let. (EPL), 97, 58002.
Vallianatos, F., Michas, G., Papadakis, G. and Tzanis, A., 2013. Evidence of non-extensivity in the
seismicity observed during the 2011-2012 unrest at the Santorini volcanic complex, Greece.
Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 13, 177-185, doi: 10.5194/nhess-13-177-2013.
Zhuang J., Ogata Y. and Vere-Jones, D., 2002. Stochastic declustering of space-time earthquake
occurrences, Journal of the American Statistical Association, 97, 369-380.
Τα περισσότερο διαβασμένα άρθρα του ίδιου συγγραφέα(s)