पृथ्वी के आंतरिक भाग के बारे में हम जो कुछ भी जानते हैं, वह अधिकतर भूकंपीय तरंगों को देखने से आता है, जो चट्टान के ठोस, अर्ध-पिघले, जल-संतृप्त, खंडित, या बस बुरे दिन से गुज़रने के आधार पर अलग-अलग गति से यात्रा करती हैं। पर्याप्त भूकंपीय घटनाओं से पर्याप्त डेटा इकट्ठा करें, और आप हमारे पैरों के नीचे क्या छिपा है, इसकी तस्वीर बना सकते हैं। भूकंप प्राकृतिक डेटा प्रदान करते हैं; विस्फोटक जानबूझकर डेटा प्रदान करते हैं। लेकिन पेन स्टेट की एक टीम एक मध्य मार्ग सुझाती है: गरज के साथ बारिश। हाँ, वे शोरगुल वाले आकाशीय गुस्से 'थंडरक्वेक' का कारण बन सकते हैं - भूकंपीय संकेत जो, विभिन्न भौतिक कारणों से, पूरी तरह से गड़बड़ हैं। टीम का कहना है कि उन्होंने आखिरकार एक मॉडल बनाया है जो इस अराजकता को समझता है, और इसका उपयोग अपने परिसर के नीचे के इलाके का पुनर्निर्माण करने के लिए किया है।

थंडरक्वेक इतने जटिल क्यों हैं? यह बिजली से शुरू होता है, जो अपने मार्ग के साथ सुपरहीटेड प्लाज्मा बुलबुले बनाकर गड़गड़ाहट पैदा करती है - मोतियों की एक माला की तरह। प्रत्येक मोती एक ध्वनिक शॉक वेव उत्पन्न कर सकता है, जिससे विस्तारित तरंगों की एक श्रृंखला बनती है जो बिजली के अनियमित मार्ग का पता लगाती है। ये तरंगें एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करती हैं, और जब वे जमीन से टकराती हैं, तो वे रुकती नहीं हैं - वे नरम मिट्टी, कठोर चट्टान और मानव बुनियादी ढांचे से टकराती हैं, जिनमें से प्रत्येक ऊर्जा संचरण को प्रभावित करता है। कुछ ऊर्जा रेले तरंगें बन जाती हैं जो सतह पर फिसलती हैं; बाकी गहराई में गोता लगाती हैं। उपयोगी जानकारी निकालने के लिए, आपको मॉडल करना होगा कि गड़गड़ाहट की भूकंपीय तरंगें कैसी दिखनी चाहिए - जिसका अर्थ है उस सारी अराजकता को मॉडल करना। चूंकि हर थंडरक्वेक अद्वितीय है, कोई भी मॉडल एक अनुमान है। यह डर कि अनुमान पर्याप्त अच्छे नहीं होंगे, शायद वैज्ञानिकों को वर्षों तक दूर रखा।

टीम ने SPECFEM3D कार्टेशियन, एक 3D भूकंपीय तरंग पुनर्निर्माण सॉफ्टवेयर का उपयोग किया, जिसने समझौते को मजबूर किया। वातावरण को 3.6 किमी मोटी सजातीय परत के रूप में माना जाता है (जो तूफान के पास निश्चित रूप से नहीं है), और अपडेट पृथ्वी-वायु इंटरफेस पर तरंगों की तुलना में धीमी गति से चलते हैं - इसलिए उन्होंने पृथ्वी के शीर्ष 20 मीटर को 200 मीटर तक फैलाया। मॉडल के विफल होने के कई कारण हैं - इसलिए उन्होंने परिसर के ऊपर से गुजरने वाले वास्तविक गरज के साथ इसका परीक्षण किया।

यहाँ मजेदार हिस्सा है: फाइबर-ऑप्टिक केबल सीस्मोमीटर के रूप में कार्य कर सकते हैं, और पेन स्टेट के पास परिसर के नीचे भूकंपीय संवेदन के लिए समर्पित एक 4 किलोमीटर फाइबर लाइन है, जो नियमित गर्मियों के गरज वाले क्षेत्र में सुविधाजनक रूप से स्थित है। दो साल के डेटा से 458 अच्छी तरह से हल किए गए थंडरक्वेक मिले, जिनमें से प्रत्येक की पुष्टि अमेरिका के राष्ट्रीय बिजली पहचान नेटवर्क (एक चीज़ जो स्पष्ट रूप से मौजूद है) के रिकॉर्ड का उपयोग करके की गई। भूकंप ने विभिन्न ऊंचाइयों से आने वाले कई संकेत दिखाए, जो मोतियों की माला संरचना के अनुरूप थे। जमीन से टकराने पर, प्रत्येक बुलबुले ने 'एक उच्च-ऊर्जा आवेगी तरंगिका उत्पन्न की जिसके बाद एक से दो सेकंड तक चलने वाली सतह-तरंग सामग्री का क्षयकारी तरंग ट्रेन आया।'

इस डेटा का उपयोग करके, टीम ने चार 'कमजोर क्षेत्रों' की पहचान की जहां भूकंपीय संकेत धीमे हो जाते हैं - तलछट, खंडित चट्टान, या उच्च पानी की मात्रा वाले क्षेत्र। पेन स्टेट एक कार्स्ट संरचना पर स्थित है, जहां पानी ने धीरे-धीरे चूना पत्थर की आधारशिला को बदल दिया है, संभावित रूप से कमजोर स्थान बना दिया है। उन्होंने रडार, इंजीनियरिंग सर्वेक्षण, बोरहोल और स्वतंत्र भूकंपीय डेटा का उपयोग करके पुष्टि की कि इन चार साइटों में कुछ असामान्य है।

सभी अनुमानों के बावजूद, मॉडल सटीक पुनर्निर्माण पैदा करता है, और थंडरक्वेक फायदे प्रदान करते हैं: वे अपेक्षाकृत लगातार होते हैं, और वे सतह के पास के क्षेत्रों की इमेजिंग के लिए सबसे अच्छे होते हैं जहां हमारा बुनियादी ढांचा रहता है। तो यह एक ऐसा मामला है जहां मॉडल गलत है, लेकिन उपयोगी भी है। साइंस एडवांसेज, 2026। DOI: 10.1126/sciadv.aeg8096।