Precariously balanced rocks (PBRs) är formationer som finns över hela världen där ett smalt stenblock balanseras betänkligt på ett piedestalblock. De bildas som block bevarade på klippor, eller när mjukare stenar eroderar och lämnar de hårdare stenarna bakom sig. De kan också bildas när jordskred eller retirerande glaciärer avsätter dem i konstiga positioner.

Trots deras känsliga balansgång, många PBRs—som Brimham Rocks i Yorkshire, eller Chiricahua National Monument i Arizona – har överlevt jordbävningar under tusentals år. De kan därför berätta för oss den övre gränsen för jordbävningsskakning som har inträffat sedan de först bildades – skaka det, om den var stark nog, skulle ha fått dem att störta.

Genom att utnyttja forntida geologiska data låsta inom kaliforniska PBRs, Forskare från Imperial College London har brutit mark med en ny teknik för att öka precisionen i riskuppskattningarna för stora jordbävningar med upp till 49 procent.

Jordbävningsriskmodeller uppskattar sannolikheten för framtida jordbävningar på en given plats. De hjälper ingenjörer att bestämma var broar, dammar, och byggnader bör byggas och hur robusta de ska vara – samt informera om priser på jordbävningsförsäkringar i högriskområden.

Resultaten publiceras idag i AGU avancerar .

Huvudförfattare Anna Rood, från Imperials avdelning för byggnads- och miljöteknik, sa:"Det här nya tillvägagångssättet kan hjälpa oss att ta reda på vilka områden som är mest benägna att uppleva en stor jordbävning. PBR:er fungerar som omvända seismometrar genom att fånga regional seismisk historia som vi inte var i närheten av att se, och berätta för oss den övre gränsen för tidigare jordbävningsskakningar helt enkelt genom att inte störta. Genom att utnyttja detta, vi tillhandahåller unikt värdefull information om frekvensen av sällsynta, jordbävningar med stor magnitud."

Aktuella uppskattningar av jordbävningsrisker bygger till stor del på observationer som närhet till förkastningslinjer och hur seismiskt aktiv en region har varit tidigare. Dock, uppskattningar för mer sällsynta jordbävningar som har inträffat under perioder av 10, 000 till 1, 000, 000 år är extremt osäkra på grund av bristen på seismiska data som spänner över dessa tidsskalor och efterföljande beroende av steniga antaganden.

Genom att räkna sällsynta kosmiska strålningsgenererade atomer i PBR och digitalt modellera PBR-jordbävningsinteraktioner, Imperialistiska forskare har skapat en ny metod för validering av jordbävningsrisker som kan byggas in i befintliga modeller för att finjustera deras precision.

Rock klockor

För att ta del av det förflutnas seismologi, forskarna bestämde sig för att fastställa bräckligheten (sannolikheten för att välta på grund av markskakning) och åldern hos PBR på en plats nära kärnkraftverket Diablo Canyon i kustnära Kalifornien.

De använde en teknik som kallas kosmogen ytexponeringsdatering - räknande antalet sällsynta berylliumatomer som bildas i bergarter genom långvarig exponering för kosmiska strålar - för att bestämma hur länge PBR hade funnits i deras nuvarande formation.

De använde sedan 3-D-modelleringsprogramvara för att digitalt återskapa PBR:erna och beräkna hur mycket jordbävningsmarkskakningar de kunde motstå innan de välter.

Både åldern och bräckligheten hos PBR jämfördes sedan med nuvarande farouppskattningar för att öka deras säkerhet.

De fann att kombinationen av deras beräkningar med befintliga modeller minskade osäkerheten för uppskattningar av jordbävningsrisker på platsen med 49 procent, och, genom att ta bort "worst-case-cenario"-uppskattningarna, minskat den genomsnittliga storleken på jordbävningar som beräknas inträffa en gång var tionde, 000 år med 27 procent. De fann också att PBR kan bevaras i landskapet dubbelt så länge som man tidigare trott.

De drar slutsatsen att denna nya metod minskar mängden antaganden, och därför osäkerheten, används för att uppskatta och extrapolera historiska jordbävningsdata för uppskattningar av framtida risker.

Studiens medförfattare Dr. Dylan Rood, vid Imperials institution för geovetenskap och teknik, sa:"Vi vacklar på kanten av ett genombrott inom vetenskapen om jordbävningsprognoser. Våra 'rock clock'-tekniker har potential att spara enorma kostnader inom seismisk teknik, och vi ser att de används brett för att testa och uppdatera platsspecifika riskuppskattningar för jordbävningsbenägna områden – särskilt i kustområden där de kontrollerande seismiska källorna är offshoreförkastningar vars rörelser i sig är svårare att undersöka."

Teamet använder nu sina tekniker för att validera farouppskattningar för södra Kalifornien - en av de mest farliga och tätbefolkade regionerna i USA.

Anna sa:"Vi tittar nu på PBR nära stora jordbävningsförkastningar som San Andreas-förkastningen nära Los Angeles. Vi tittar också på hur man kan fastställa vilka data – oavsett om det är förkastningshastigheter eller val av markskakningsekvationer – som är snedvrida resultaten i de ursprungliga riskmodellerna. På så sätt kan vi förbättra forskarnas förståelse för stora jordbävningar ännu mer."