Seismic Activity in the Aegean Sea: Understanding Recent Earthquake Clusters

Real-Time Segment-Based PSHA for the Marmara Sea

Toward Participatory Earthquake Forecasting — Prof. Dr. Ali Osman Öncel

🇹🇷 Türkçe

🇬🇧 English

1. Introduction / Giriş

🔹 Türkçe

Marmara Denizi, Kuzey Anadolu Fay Zonu'nun batı sonlanımında yer alır ve İstanbul metropolünün doğrudan altında uzanan karmaşık segmentler içerir. Tarihsel kayıtlar (1766, 1999 vb.) ve modern GPS verileri, bazı segmentlerde önemli gerilme birikimine işaret etmektedir. Bu çalışma, segment bazlı ve gerçek zamanlı güncellenen PSHA yaklaşımını Marmara'ya uygulayarak; bilimsel doğruluğu, şeffaf belirsizlik raporlamasını ve kamusal erişilebilirliği bir araya getirmeyi amaçlar.

Motivasyon: Statik haritalar, zamansal değişkenliği yansıtmakta yetersiz kalır. Bizim hedefimiz; yıllık güncellemeler, açık veri ve katılımcı kullanıcı arayüzü ile hem bilim insanları hem de yerel yönetimler için kullanılabilir, doğrulanabilir bir PSHA ürünü sunmaktır.

Think Zone — Ali Osman Öncel: Bu çalışma, Marmara Denizi’nin deprem potansiyelini **kamuoyuna daha anlaşılır ve etik bir şekilde** anlatmak için tasarlanmıştır. Bilim, halk için açık bilgi üretmelidir.

Anma: İhsan Ketin, Aykut Barka, Xavier Le Pichon, Hiroo Kanamori — Marmara çalışmalarına katkılarıyla anılırlar.

🔹 English

The Sea of Marmara occupies the western termination of the North Anatolian Fault and includes a network of complex segments beneath the Istanbul megacity. Historical earthquakes (e.g., 1766, 1999) and modern GPS indicate significant strain accumulation in parts of the region. This work applies a segment-based, real-time PSHA framework to Marmara, combining scientific rigor, transparent uncertainty reporting, and public accessibility.

Motivation: Static hazard maps do not reflect temporal variability. Our aim is to deliver annually updated, open-data PSHA outputs and a participatory UI that municipal planners and citizens can use and reproduce.

Think Zone — Ali Osman Öncel: This project is built to communicate Marmara’s seismic potential to the public in a clear and ethical way. Science should produce open information for society.

In Tribute: İhsan Ketin, Aykut Barka, Xavier Le Pichon, Hiroo Kanamori — pioneers whose work shaped Marmara studies.

2. Methods / Yöntem

🔹 Türkçe

Veri kaynakları: AFAD/KOERI katalogları, IRIS/USGS arşivleri (1970–2025 geri testleri; 2000–2025 ana çalışma), sürekli GPS hız alanları, denizaltı jeofizik verileri ve mikrozon veri setleri. Segment tanımı: Tekirdağ, Central (Merkez) Marmara, Adalar, Ganos ve yardımcı splays — jeolojik ve denizaltı morfolojisine dayanarak belirlendi.

Analiz akışı: (1) katalog standardizasyonu, (2) Mc ve decluster (Zaliapin / Reasenberg), (3) yıllık a-value güncellemeleri (kaydırmalı pencere), (4) Monte Carlo kırılma üretimi (≥10.000), (5) GMPE uygulaması (NGA-West2 ağırlıklı mantık ağacı), (6) olasılık hesapları (P = 1 − e^(−N·T)).

Think Zone: Yöntem, belirsizliği sayıya dönüştürür; asıl hedef bu sayıları toplum için anlamlı kılmaktır.

Anma: Hiroo Kanamori — sismik enerji ve moment kavramlarına katkılarıyla anılır.

🔹 English

Data sources: AFAD/KOERI catalogs, IRIS/USGS archives (retrospective tests 1970–2025; main processing 2000–2025), continuous GPS velocity fields, marine geophysics, and local microzonation data. Segment definition: Tekirdağ, Central Marmara, Adalar, Ganos and subsidiary splays based on geological and bathymetric evidence.

Processing pipeline: (1) catalog ingestion & standardization; (2) Mc & declustering (Zaliapin/Reasenberg); (3) rolling 1-year a-value updates; (4) Monte Carlo rupture generation (≥10,000 realizations); (5) GMPE application (NGA-West2 family via logic tree); (6) probability computation (P = 1 − e^(−N·T)).

Think Zone: Methods translate uncertainty into numbers — the real task is translating numbers into useful public guidance.

In Tribute: Hiroo Kanamori — honored for revolutionary contributions to seismic moment and energetics.

3. Results / Bulgular

🔹 Türkçe

Kısa özet (örnek 2025 güncellemesi): Mesela, Merkez Marmara segmenti için a≈3.6 → 50 yıllık P(M≥6.5) ≈ %90 (medyan); Tekirdağ ≈ %81; Adalar ≈ %57. Bu tür sayılar, **belirsizlik bantları (5–95%)** ile beraber gösterilir ve yıllık eşdeğerler de (ör. %90/50y ≈ 2.2%/y) sunulur.

Görselleştirme: interaktif harita ve bar grafiklerle segment bazlı olasılıklar gösterilmektedir. Kullanıcı, büyüklük eşiklerini ve zaman penceresini kaydırarak anında olasılıkları görür — bu, katılımcı öğrenmeyi destekler.

🌍 Canlı Marmara Haritası (IRIS Seismic Monitor)

Kaynak: IRIS Seismic Monitor — gerçek zamanlı Marmara aktivitesi.

📊 Tarihsel Tarama (IEB 1970–2025)

Kaynak: IRIS Earthquake Browser (USGS kaynaklı 1970–2025 kayıtları).

🔹 English

Short summary (illustrative 2025 update): Example ensemble medians: Central Marmara a≈3.6 → 50-yr P(M≥6.5) ≈ 90%; Tekirdağ ≈ 81%; Adalar ≈ 57%. Values are displayed with 5–95% credible intervals and per-year equivalents (e.g., 90%/50y ≈ 2.2%/yr) to avoid misinterpretation.

Visualization: interactive maps and bar charts present segment-level probabilities. Users can slide magnitude/time controls to see instant probability updates — supporting participatory learning.

🌍 Live Marmara Map (IRIS Seismic Monitor)

Source: IRIS Seismic Monitor — live Marmara activity.

📊 Historical Browser (IEB 1970–2025)

Source: IRIS Earthquake Browser (USGS 1970–2025 records).

4. Discussion / Tartışma

🔹 Türkçe

Segment bazlı, yıllık güncellemeler kısa vadede tahmin gücünü artırabilir; özellikle mikro-sismisite ve GPS gerilme sinyallerinin örtüştüğü bölgelerde. Ancak bu duyarlılık, katalog kesintileri ve GMPE seçimleri gibi belirsizliklerle birlikte gelir. Bu sebeple mantık ağacı ile epistemik belirsizlikler raporlanmalı ve her öngörü ile birlikte güven aralığı sunulmalıdır.

Think Zone: Bilimsel iletişimda şeffaflık, güveni güçlendirir; belirsizlikleri saklamak değil, doğru çerçevelemek gerekir.

Anma: Oncel, Wyss, Wiemer, Rundle — bu çalışma onların mirasını modern, açık ve katılımcı bir zemine taşıma amacındadır.

🔹 English

Annualized, segment-based updates can improve short-term forecast likelihood where microseismicity and geodetic strain co-locate. That increased sensitivity also raises variability due to catalog incompleteness and GMPE selection. Hence, epistemic uncertainties must be explicitly reported via a logic-tree and credible intervals accompanying every published forecast.

Think Zone: Transparency in scientific communication builds trust — the goal is to frame uncertainty, not to hide it.

In Tribute: Oncel, Wyss, Wiemer, Rundle — this work seeks to carry their legacy into an open, participatory platform.

5. Conclusion / Sonuç

🔹 Türkçe

Segment tabanlı, açık kaynaklı ve yıllık güncellenen bir PSHA platformu, Marmara için hem bilimsel hem toplumsal değer taşır. Bu proje, doğrulanabilirlik, şeffaf belirsizlik raporlaması ve etkileşimli iletişim ile karar alıcıların ve halkın bilgiye dayalı adım atmasını destekleyecektir.

Think Zone: Bilim, yalnızca olasılık hesaplamak değil; topluma bilgi vererek riskleri azaltma sorumluluğunu taşır.

Not (Ali Osman Öncel): Bu proje, Marmara’da yaşamı etkileyen karar süreçlerine daha açık ve bilimsel dayanaklı bilgi sağlama amacıyla tasarlandı. Amacımız, hem akademik katkı hem de toplum için kullanılabilir bir ürün sunmaktır.

🔹 English

An open-source, segment-based, annually updated PSHA platform serves both scientific advancement and societal needs in the Marmara region. By ensuring reproducibility, transparent uncertainty reporting and interactive communication, the project empowers decision-makers and the public.

Think Zone: Science is not only about computing probabilities; it bears the responsibility to inform society to reduce risk.

Note (Ali Osman Öncel): This project is designed to deliver scientifically grounded, usable information to stakeholders in Marmara. Our goal is to provide both academic impact and practical tools for society.

6. Resources / Kaynaklar

🔹 Türkçe

• AFAD / KOERI katalogları
• IRIS Earthquake Browser (1970–2025)
• Temblor / Rundle et al. (konsept çalışmaları)
• Oncel, Wyss, Wiemer ve ilgili Marmara makaleleri
• GitHub depo: (proje yayınlandığında eklenecektir)

🔹 English

• AFAD / KOERI catalogs
• IRIS Earthquake Browser (1970–2025)
• Temblor / Rundle et al. conceptual works
• Oncel, Wyss, Wiemer and Marmara literature
• GitHub repository: (to be provided at release)

Not: Tam referans listesi (APA) ve proje detayları, yayın/teklif dosyasında yer alacaktır; isterseniz hemen APA listesi ekleyeyim.

7. References (selected)

Seçme Kaynaklar (örnek):

• Oncel, A., & Wyss, M. (2001). Seismicity of Turkey and segment-based studies. JGR.
• Wiemer, S. (2001). ZMAP and completeness methods. Seis. Res. Lett..
• Wyss, M., & Wiemer, S. (2000). Magnitude completeness. BSSA.
• Rundle, J. B., et al. (2016). Temblor: Personalized PSHA ideas. Earthquake Science.
• Parsons, T. (2004). Marmara hazard. JGR.

Selected references (example):

• Oncel, A., & Wyss, M. (2001). Seismicity of Turkey and segment-based studies. JGR.
• Wiemer, S. (2001). ZMAP and completeness methods. Seis. Res. Lett..
• Wyss, M., & Wiemer, S. (2000). Magnitude completeness. BSSA.
• Rundle, J. B., et al. (2016). Temblor: Personalized PSHA ideas. Earthquake Science.
• Parsons, T. (2004). Marmara hazard. JGR.

© 2025 Prof. Dr. Ali Osman Öncel — Bilim & Teknoloji Derneği. Bu sayfa açık kaynaklı veriler ve referanslarla hazırlanmıştır.