En milepæl for at forudsige risici for jordskælv

Jordskælv udgør en alvorlig fare for mennesker og byer verden over, men med den rette indsats for at reducere farer, fra strengere bygningskrav til omhyggelig zoneinddeling, potentialet for katastrofale sammenbrud af veje og bygninger og tab af menneskeliv kan være begrænset.

Alle disse foranstaltninger afhænger af, at videnskaben leverer seismiske faremodeller af høj kvalitet. Og stadigvæk, nuværende modeller afhænger af en liste over usikre antagelser, med forudsigelser, der er svære at teste i den virkelige verden på grund af de lange intervaller mellem store jordskælv.

Nu, et team af forskere fra Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, University of Southern California, University of California at Riverside og U.S. Geological Survey er kommet med en fysikbaseret model, der markerer et vendepunkt i forudsigelser om jordskælv. Deres resultater fremgår af det nye nummer af Videnskab fremskridt .

"Uanset om der sker et stort jordskælv i næste uge eller om 10 år, ingeniører skal bygge i det lange løb, "siger undersøgelsens hovedforfatter, Bruce Shaw, en geofysiker ved Lamont-Doherty. "Vi har nu en fysisk model, der fortæller os, hvad de langsigtede farer er."

Simulerer næsten 500, 000 års jordskælv i Californien på en supercomputer, forskere var i stand til at matche fareestimater fra statens førende statistiske model baseret på hundrede års instrumental data. De gensidigt validerende resultater tilføjer understøttelse af Californiens aktuelle fareprognoser, som hjælper med at fastsætte forsikringspriser og bygningsdesignstandarder i hele staten. Resultaterne tyder også på en voksende rolle for fysikbaserede modeller i at forudsige jordskælvsfare og evaluere konkurrerende modeller i Californien og andre områder, der er tilbøjelige til jordskælv.

Jordskælvsimulatoren, der blev brugt i undersøgelsen, RSQSim, forenkler Californiens statistiske model ved at eliminere mange af de antagelser, der går i at estimere sandsynligheden for, at et jordskælv af en bestemt størrelse rammer en bestemt region. Forskerne, faktisk, blev overrasket, da simulatoren, programmeret med relativt grundlæggende fysik, var i stand til at gengive estimater fra en model, der er forbedret støt i årtier. "Dette viser, at vores simulator er klar til prime time, "siger Shaw.

Seismologer kan nu bruge RSQSim til at teste den statistiske models regionsspecifikke forudsigelser. Nøjagtige fareestimater er især vigtige for offentlige tilsynsmyndigheder i højrisikobyer som Los Angeles og San Francisco, der skriver og reviderer byggekoder baseret på den nyeste videnskab. I en stat med alvorlig boligmangel, tilsynsmyndigheder er under pres for at gøre bygninger stærke nok til at modstå kraftige rystelser, samtidig med at byggeomkostningerne holdes nede. Et andet værktøj til at bekræfte fareestimater giver tallene øget troværdighed.

"Hvis du kan få lignende resultater med forskellige teknikker, der skaber tillid, du gør noget rigtigt, "siger studieforfatter Tom Jordan, en geofysiker ved USC.

Et kendetegn for simulatoren er dens anvendelse af hastighed og statsafhængig friktion til at tilnærme, hvordan virkelige fejl bryder og overfører stress til andre fejl, nogle gange udløser endnu større skælv. Udviklet på UC Riverside for mere end et årti siden, og forfinet yderligere i den aktuelle undersøgelse, RSQSim er den første fysikbaserede model, der replikerede Californiens seneste brudprognose, UCERF3. Når resultaterne fra begge modeller blev indført i Californiens statistiske jordskælvende model, de kom med lignende fareprofiler.

John Vidale, direktør for Southern California Earthquake Center, som hjalp med at finansiere undersøgelsen, siger, at den nye model har skabt en realistisk 500, 000-års historie med jordskælv langs Californiens fejl, som forskere kan undersøge. Vidale forudsagde, at modellen ville blive bedre, efterhånden som computerkraften vokser, og der tilføjes mere fysik til softwaren. "Detaljer som jordskælv på uventede steder, udviklingen af ​​jordskælvsfejl over geologisk tid, og den viskøse strøm dybt under de tektoniske plader er endnu ikke indbygget, " han sagde.

Forskerne planlægger at bruge modellen til at lære mere om efterskælv, og hvordan de udspiller sig i Californiens fejl, og at studere andre fejlsystemer globalt. De arbejder også på at inkorporere simulatoren i en fysikbaseret jordbevægelsesmodel, kaldet CyberShake, for at se, om det kan gengive rystende skøn fra den nuværende statistiske model.

"Når vi forbedrer fysikken i vores simuleringer, og computere bliver mere kraftfulde, vi vil bedre forstå, hvor og hvornår de virkelig ødelæggende jordskælv sandsynligvis vil ramme, "siger studieforfatter Kevin Milner, en forsker ved USC.