• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  •  science >> Vetenskap >  >> Naturen
    En milstolpe för att förutse jordbävningsrisker

    Som en milstolpe för jordbävningsprognoser, forskare avslöjar den första fysikbaserade modellen av jordbävningsrisker i Kalifornien för att replikera uppskattningar från statens ledande statistiska modell. I radarbilden ovan, en del av Kaliforniens San Andreas förkastning kan ses nedanför Crystal Springs Reservoir (i svart), med San Francisco (i rosa) i öster. Kredit:NASA Jet Propulsion Laboratory

    Jordbävningar utgör en stor fara för människor och städer världen över, men med rätt riskreducerande insatser, från strängare byggkrav till noggrann zonindelning, risken för katastrofala kollapser av vägar och byggnader och förlust av människoliv kan begränsas.

    Alla dessa åtgärder är beroende av att vetenskapen levererar seismiska riskmodeller av hög kvalitet. Och ändå, nuvarande modeller beror på en lista med osäkra antaganden, med förutsägelser som är svåra att testa i den verkliga världen på grund av de långa intervallen mellan stora jordbävningar.

    Nu, ett team av forskare från Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, University of Southern California, University of California vid Riverside och U.S. Geological Survey har kommit med en fysikbaserad modell som markerar en vändpunkt i jordbävningsprognoser. Deras resultat visas i det nya numret av Vetenskapens framsteg .

    "Oavsett om en stor jordbävning inträffar nästa vecka eller om tio år, ingenjörer måste bygga på lång sikt, " säger studiens huvudförfattare, Bruce Shaw, en geofysiker vid Lamont-Doherty. "Vi har nu en fysisk modell som talar om för oss vad de långsiktiga farorna är."

    Simulerar nästan 500, 000 år av jordbävningar i Kalifornien på en superdator, forskare kunde matcha farouppskattningar från statens ledande statistiska modell baserad på hundra års instrumentella data. De ömsesidigt validerande resultaten ger stöd för Kaliforniens nuvarande riskprognoser, som hjälper till att sätta försäkringspriser och byggnadsdesignstandarder över hela staten. Resultaten tyder också på en växande roll för fysikbaserade modeller för att prognostisera jordbävningsrisk och utvärdera konkurrerande modeller i Kalifornien och andra jordbävningsbenägna regioner.

    Jordbävningssimulatorn som användes i studien, RSQSim, förenklar Kaliforniens statistiska modell genom att eliminera många av de antaganden som används för att uppskatta sannolikheten för att en jordbävning av en viss storlek drabbar en specifik region. Forskarna, faktiskt, blev förvånade när simulatorn, programmerad med relativt grundläggande fysik, kunde reproducera uppskattningar från en modell som har förbättrats stadigt i decennier. "Detta visar att vår simulator är redo för bästa sändningstid, säger Shaw.

    Den fysikbaserade modellen producerade sina resultat efter att ha simulerat nästan 500, 000 år av jordbävningar i Kalifornien. En slumpmässigt utvald 3, 000-årssegmentet visualiseras här. Kredit:Kevin Milner, University of Southern California

    Seismologer kan nu använda RSQSim för att testa den statistiska modellens regionspecifika förutsägelser. Exakta riskuppskattningar är särskilt viktiga för statliga tillsynsmyndigheter i högriskstäder som Los Angeles och San Francisco, som skriver och reviderar byggregler baserat på den senaste vetenskapen. I en stat med stor bostadsbrist, regulatorer är under press för att göra byggnader starka nog att stå emot kraftiga skakningar samtidigt som byggkostnaderna håller nere. Ett andra verktyg för att bekräfta farouppskattningar ger siffrorna ökad trovärdighet.

    "Om du kan få liknande resultat med olika tekniker, som skapar förtroende för att du gör något rätt, " säger studiemedförfattare Tom Jordan, en geofysiker vid USC.

    Ett kännetecken för simulatorn är dess användning av hastighet och tillståndsberoende friktion för att uppskatta hur verkliga fel går sönder och överför stress till andra fel, ibland utlöser ännu större skalv. Utvecklad vid UC Riverside för mer än ett decennium sedan, och förfinas ytterligare i den aktuella studien, RSQSim är den första fysikbaserade modellen som replikerar Kaliforniens senaste rupturprognos, UCERF3. När resultaten från båda modellerna matades in i Kaliforniens statistiska markskakande modell, de kom fram till liknande faroprofiler.

    John Vidale, chef för Southern California Earthquake Center, som hjälpte till att finansiera studien, säger att den nya modellen har skapat en realistisk 500, 000-årig historia av jordbävningar längs Kaliforniens förkastningar för forskare att utforska. Vidale förutspådde att modellen skulle förbättras när datorkraften växer och mer fysik läggs till programvaran. "Detaljer som jordbävningar på oväntade platser, utvecklingen av jordbävningsförkastningar över geologisk tid, och det viskösa flödet djupt under de tektoniska plattorna är ännu inte inbyggt, " han sa.

    Forskarna planerar att använda modellen för att lära sig mer om efterskalv, och hur de utvecklar sig om Kaliforniens fel, och att studera andra felsystem globalt. De arbetar också med att införliva simulatorn i en fysikbaserad modell för markrörelse, kallas CyberShake, för att se om den kan återskapa skakningsuppskattningar från den nuvarande statistiska modellen.

    "När vi förbättrar fysiken i våra simuleringar och datorer blir kraftfullare, vi kommer att bättre förstå var och när de riktigt destruktiva jordbävningarna sannolikt kommer att inträffa, " säger studiemedförfattare Kevin Milner, en forskare vid USC.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com