En av de värsta mardrömmarna för många invånare i Pacific Northwest är en enorm jordbävning längs Cascadia Subduction Zone offshore, som skulle släppa loss skadliga och sannolikt dödliga skakningar i kustnära Washington, Oregon, British Columbia och norra Kalifornien.

Senast detta hände var år 1700, innan seismiska instrument var i närheten för att registrera händelsen. Så vad som kommer att hända när det spricker härnäst är i stort sett okänt.

Ett forskningsprojekt från University of Washington, att presenteras den 24 oktober vid Geological Society of Americas årsmöte i Seattle, simulerar 50 olika sätt som en jordbävning med magnitud 9,0 på Cascadia subduktionszon kan utvecklas.

"Det hade bara varit en handfull detaljerade simuleringar av en jordbävning i Cascadia med magnituden 9, och det var svårt att veta om de visade hela utbudet, " sa Erin Wirth, som ledde projektet som UW-postdoktor i geo- och rymdvetenskap. "Med bara några simuleringar visste du inte om du såg ett bästa fall, ett värsta fall eller ett genomsnittsscenario. Det här projektet har verkligen gjort det möjligt för oss att vara mer säkra på att säga att vi ser alla möjligheter."

Utanför Oregon och Washingtons kust, Juan de Fuca oceaniska plattan rör sig långsamt under den nordamerikanska plattan. Geologiska ledtrådar visar att den senast skakade och släppte lös en stor jordbävning år 1700, och att det gör det ungefär en gång vart 500:e år. Det kan hända vilken dag som helst.

Wirths projekt körde simuleringar med olika kombinationer för tre nyckelfaktorer:jordbävningens epicentrum; hur långt inåt land jordbävningen kommer att brista; och vilka delar av felet som genererar den starkaste skakningen.

Resultaten visar att skakningsintensiteten kan vara mindre för Seattle om epicentret är ganska nära under staden. Från den utgångspunkten, seismiska vågor kommer att stråla bort från Seattle, skickar de största skakningarna i brottets färdriktning.

"Förvånande, Seattle upplever mindre allvarliga skakningar om epicentret ligger strax under spetsen av nordvästra Washington, ", sa Wirth. "Anledningen är att brottet sprider sig bort från Seattle, så det påverkar mest platser offshore. Men när epicentret ligger ganska långt utanför kusten, brottet färdas inåt landet och all den starka markskakningen hopar sig på väg till Seattle, för att göra skakningarna i Seattle mycket starkare."

Forskningsinsatsen började med att fastställa vilka faktorer som mest påverkar mönstret av markskakning under en jordbävning i Cascadia. Ett, självklart, är epicentrum, eller mer specifikt "hypocenter, " som lokaliserar jordbävningens startpunkt i det tredimensionella rymden.

En annan faktor som de funnit vara viktig är hur långt in i landet felet glider. En jordbävning med magnituden 9,0 skulle sannolikt ge vika längs hela den nord-sydliga utsträckningen av subduktionszonen, men det är inte välkänt hur långt österut det skakproducerande området skulle sträcka sig, närmar sig området under större städer som Seattle och Portland.

Den tredje faktorn är en ny idé som rör en subduktionszons klibbighet. Jordbävningsforskare har blivit medvetna om vikten av "klibbiga punkter, " eller områden mellan plattorna som kan fånga och generera mer skakningar. Detta är fortfarande ett område av aktuell forskning, men jämförelser av olika seismiska stationer under jordbävningen i Chile 2010 och Tohoku-jordbävningen 2011 visar att vissa delar av förkastningen utlöste kraftigare skakningar än andra.

Wirth simulerade en jordbävning med magnituden 9,0, ungefär i mitten av intervallet för uppskattningar för magnituden av jordbävningen 1700. Hennes 50 simuleringar använde variabler som spänner över realistiska värden för glidets djup, och hade slumpmässigt placerade hypocenter och sticky points. De högupplösta simuleringarna kördes på superdatorer vid Pacific Northwest National Laboratory och University of Texas, Austin.

Övergripande, resultaten bekräftar att kustområdena skulle drabbas hårdast, och platser i sedimentfyllda bassänger som centrala Seattle skulle skaka mer än hårt, klippiga bergstoppar. Men inom den allmänna ramen, bilden kan variera mycket; beroende på scenario, skakningsintensiteten kan variera med en faktor 10. Men ingen av bilderna är rosa.

"Vi upptäcker stor förstärkning av markskakning vid Seattle-bassängen, " sa samarbetspartner Art Frankel, en seismolog från U.S. Geological Survey och affilierad fakultetsmedlem vid UW. "Den genomsnittliga varaktigheten av kraftig skakning i Seattle är cirka 100 sekunder, ungefär fyra gånger så lång som från jordbävningen i Nisqually 2001."

Forskningen gjordes som en del av M9-projektet, ett National Science Foundation-finansierat försök att ta reda på hur en jordbävning med magnitud 9 kan se ut i Pacific Northwest och hur människor kan förbereda sig. Två publikationer granskas av USGS, och ingenjörer använder redan simuleringsresultaten för att bedöma hur höga byggnader i Seattle kan reagera på det förutsagda mönstret av skakningar.

Som ny anställd på USGS, Wirth kommer nu att använda geologiska ledtrådar för att begränsa möjliga jordbävningsscenarier.

"Vi har identifierat vilka parametrar vi tycker är viktiga, ", sa Wirth. "Jag tror att det finns en framtid i att använda geologiska bevis för att begränsa dessa parametrar, och kanske förbättra vår uppskattning av seismiska faror i Pacific Northwest."