Skalvet i San Fernando 1971 ledde till att USGS och Caltech gick samman, utöka seismisk övervakning genom regionen

Den 9 februari är det 50 år sedan den förödande jordbävningen i San Fernando 1971 som skakade Los Angeles. Storleken på 6,6 var det värsta som regionen hade upplevt på årtionden. Men ur tragedin kom en period av enorma framsteg inom jordbävningsvetenskapen och även i ökad allmän säkerhet under jordbävningar i södra Kalifornien.

Bara sekunder efter klockan 06.00 den 9 februari, 1971, en 12 mil lång sektion av ett underuppskattat förkastning längs San Gabriel-bergen halkade plötsligt och dramatiskt. Hela Los Angeles-regionen rasslades, men skakningarna var särskilt våldsamma i det nordöstra hörnet av San Fernando-dalen. Vid slutet, två stora sjukhus (inklusive ett som bara var månader gammalt) låg förstört, kraftledningar hade fallit, gasledningar hade exploderat, motorvägsöverfarter hade kollapsat, och många äldre byggnader skadades så att de inte kunde repareras. I slutet, 65 människor miste livet, mer än 2, 000 andra personer skadades, och mer än 500 miljoner dollar i egendomsskada var uppenbar.

Det kan vara svårt att föreställa sig idag eftersom bra information är tillgänglig i våra fingertoppar nästan omedelbart efter en jordbävning. Men den dagen, nätverket av seismometrar som övervakar markskakningar i södra Kalifornien var på väg, och forskare visste väldigt lite om vad som faktiskt hände under en jordbävning.

"Människor hade inte ens börjat ställa de viktiga frågorna om hur jordbävningar verkligen uppstår, " säger Thomas Heaton (Ph.D. '78), professor i teknisk seismologi, emeritus, på Caltech. "1971 års jordbävning i San Fernando markerade en stor övergång inom jordbävningsvetenskapen, och Caltech var mycket i ledningen i den övergången."

Skalvet inträffade i slutet av en period av betydande urban expansion i Los Angeles, när regionens första höga byggnader nyligen hade byggts. Ett av kraven för att bygga så höga byggnader hade varit att föra register över skakningarna de upplevde under jordbävningar. Som ett resultat, jordbävningen i San Fernando var den första som registrerades väl av dussintals närliggande seismometrar.

"Det här var första gången vi verkligen fick en glimt av hur skakningarna var runt en stor jordbävning, " förklarar Heaton. "Det tillät oss att verkligen börja förstå hur jordbävningsprocessen var."

Heaton har själv gjort datormodeller av vad som hände under jordbävningen 1971 - av vad som exakt hände längs förkastningen. De modeller som bäst passade de faktiska uppgifterna från händelsen visade sig vara mycket annorlunda än vad jordbävningsforskare skulle ha förväntat sig vid den tiden. Så småningom dessa ansträngningar, i kombination med arbete med ytterligare jordbävningar, ledde till en helt ny idé om jordbävningsfysik:jordbävningar utvecklas över tiden, med förkastningar som börjar glida på ett ställe med glidningen som rör sig utåt och migrerar längs förkastningen.

Det fanns också en ny insikt bland forskare efter jordbävningen 1971 att dragkraften förkastas längs bergskedjorna norr om L.A.-regionen, såsom San Fernando och Sierra Madre förkastningen, kan orsaka skalv med stor magnitud. Fokus innan San Fernando hade varit på San Andreas- och Newport-Inglewood-felen. När jordbävningen i Northridge 1994 inträffade och var nästan en tvilling till San Fernando-evenemanget, forskarna visste mycket mer om vad de kunde förvänta sig.

Lika viktigt efter skalvet, Heaton säger, var den stora känslan bland jordbävningsforskare och ingenjörer att övervaknings- och rapporteringssystemen måste förbättras. När jordbävningen i San Fernando drabbade, det slog ut strömmen till större delen av L.A.-regionen. I det värst skadade området i San Fernando Valley, all kommunikation gick ner, så det var svårt för räddningspersonal att veta var de skulle fokusera sina ansträngningar. Seismologer lämnades nästan blinda. Caltechs seismologiska laboratorium fick normalt registreringar av skakning via telefonlinjerna, men de var nere också.

"Vår oförmåga att reagera på den jordbävningen hade verkligen en stark inverkan på mig och många av mina kollegor att försöka bygga ett system som skulle ge information under nödsituationen för att hjälpa räddningschefer att veta vad de ska göra, säger Heaton.

Omedelbart efter jordbävningen 1971, U.S. Geological Survey (USGS), som hade verkat i Bay Area, blev tillsagd att starta en butik i södra Kalifornien. Trots allt, jordbävningen i San Fernando hade varit landets överlägset mest skadliga jordbävning sedan jordbävningen i San Francisco 1906.

Caltech välkomnade USGS med öppna armar, och tillsammans, Caltech-forskare och USGS har satt många system på plats för att avslöja var skakningen var under en jordbävning och dess styrka. Nu, dessa system är så snabba att södra Kalifornien har ett tidig varningssystem för jordbävningar som kan varna att skakningar är på väg.

"Under de senaste 50 åren har vi haft denna otroligt starka relation mellan USGS och Caltech, och det har gjort det möjligt för de seismiska nätverken i södra Kalifornien att både växa sig större och mer naturligt utvecklas för att inkludera de senaste vetenskapliga idéerna än de någonsin skulle ha utan det, " säger Mike Gurnis, John E. och Hazel S. Smits professor i geofysik och chef för Seismo Lab.

En annan viktig del av utvecklingen efter jordbävningen 1971 var skapandet av den federala regeringen 1977 av ett program med flera byråer kallat National Hazards Earthquake Reduction Program (NHERP).

"Det skulle vara svårt att överskatta betydelsen av NHERP för jordbävningsforskning, övervakning, och rapportering i södra Kalifornien, " säger Lucy Jones, en besökande assistent inom geofysik på Caltech som tjänstgjorde vid USGS i mer än 30 år. "Det skapades som en del av resultatet av jordbävningen 1971, och det är det huvudsakliga regeringsprogrammet som har finansierat jordbävningsarbetet sedan dess, inklusive det seismiska nätverket vid Caltech och USGS-kontoret i Pasadena. Det är också där finansieringen lades till för att få tidig varning om jordbävningar."

För allmänheten, det kanske viktigaste resultatet av San Fernando-evenemanget 1971 var de lagar och ändringar av byggregler som infördes för att göra byggnader säkrare under stora jordbävningar. Eftersom skadorna under jordbävningen hade varit så fruktansvärda, en av de första förändringarna var antagandet av nya seismiska standarder för sjukhus.

Andra förändringar tog lite längre tid. Under jordbävningen, San Fernando-förkastningen kom faktiskt upp till jordens yta och slet igenom människors hus. Före evenemanget fanns det inget som hindrade byggare från att bygga bostäder och företag direkt ovanpå aktiva fellinjer.

Men som Jones noterar, det finns två typer av skador i samband med jordbävningar. "Skadorna från skakningar kan stoppas genom att bygga starkare byggnader, " säger hon. "Faren från felet kan inte stoppas eftersom själva felet rör sig."

Efter jordbävningen 1971, Clarence Allen (MS '51, Ph.D. '54), den bortgångne Caltech-geologen och geofysikern, åkte till Sacramento och förklarade för lagstiftarna att geologer vet var de aktiva felen finns och att en jordbävning som San Fernando säkert skulle hända igen i Kalifornien. 1972, Kaliforniens lagstiftande församling antog Alquist-Priolo Earthquake Fault Zoning Act, som förbjuder att bygga över aktiva fel. "Det var verkligen på grund av att Clarence spenderade tiden och ansträngningen för att hjälpa människor att förstå att geologin faktiskt kunde berätta för dig var detta skulle hända som denna förändring gjordes, säger Jones.

Det tog mycket mer strid och tid att få staden Los Angeles att kräva en förändring som seismologer identifierade som välbehövlig efter jordbävningen 1971:kravet på att eftermontera oförstärkta murverk. Under jordbävningen, många av dessa oförstärkta byggnader fick skador, inklusive tragiska kollapser på ett härbärge för hemlösa i centrala Los Angeles och på Veterans Administration Hospital i San Fernando, där 49 personer dog. 1981, staden krävde att cirka 10, 000 oförstärkta byggnader antingen byggas om eller rivas. 1986, delstaten Kalifornien antog en lag som kräver att alla jurisdiktioner katalogiserar oförstärkta murverk och utvecklar eftermonteringsprogram.

"1994, när jordbävningen i Northridge inträffade, ingen dog i en oförstärkt murbyggnad, säger Jones, "vilket är ganska fantastiskt eftersom det alltid har varit där människor dör i jordbävningar i Kalifornien. Så jordbävningen 1971 räddade verkligen liv i jordbävningen 1994."