En ny studie av forskare och medarbetare från Northwestern University förklarar ett förbryllande problem med kartor över framtida jordbävningsskakningar som används för att designa jordbävningsresistenta byggnader. Forskningen publicerades 1 maj i tidskriften Science Advances i en artikel med titeln "Varför verkar seismiska riskkartor över hela världen överförutse historiska intensitetsobservationer?"
Även om seismologer har gjort dessa kartor i cirka 50 år, vet de väldigt lite om hur väl de faktiskt förutser skakning, eftersom stora skadliga jordbävningar är sällsynta i något område.
För att lära dig mer sammanställde Northwestern-forskargruppen skakdata från tidigare jordbävningar. Dessa inkluderar CHIMP (California Historical Intensity Mapping Project) som kombinerar data från seismometrar med historiska data (kallad seismisk intensitet) som mäter markskakningar orsakade av jordbävningar från hur det påverkade konstgjorda strukturer och föremål inom skalvområdet. Intensitetsinformation kan hämtas från fotografier av skador, förstahands- eller tidningsberättelser och muntlig historia.
"Vi hittade ett förbryllande problem", säger geofysikern Leah Salditch, studiens huvudförfattare och nyligen doktorand i Northwestern. examen. "Riskartor för såväl Kalifornien som Japan, Italien, Nepal och Frankrike verkade alla överförutsäga de historiskt observerade jordbävningsskakningsintensiteterna. Riskkartorna gjordes av grupper i olika länder, men de förutspådde alla högre skakning än vad som observerats."
När forskargruppen analyserade de möjliga orsakerna upptäckte forskargruppen att problemet låg i omvandlingsekvationerna som användes för att jämföra farokartor som förutsäger framtida jordbävningar med faktiska skakdata, snarare än systemiska problem med själva riskmodelleringen.
Salditch, som var i forskargruppen till medförfattaren Seth Stein, William Deering professor emeritus i jord- och planetvetenskaper vid Northwestern, är nu en geovetenskaplig riskrådgivare på Guy Carpenter &Company. Andra Northwestern författare är Molly Gallahue och James Neely, också nyligen Ph.D. utexaminerade från Steins grupp.
Seismologer säger ofta att "jordbävningar dödar inte människor, byggnader dödar människor" - de flesta dödsfall i en jordbävning orsakas av kollapsande byggnader. Som ett resultat av detta är samhällets bästa sätt att minska dödsfallen i framtida jordbävningar att bygga byggnader som ska stå emot dem. Men eftersom jordbävningsbeständig konstruktion är dyr, måste samhällen balansera sina kostnader med andra samhälleliga behov. De kan till exempel välja att lägga mer stål i skolbyggnader eller anställa fler lärare.
För att göra dessa svåra val och designa på lämpligt sätt använder beslutsfattare och ingenjörer kartor över jordbävningsrisker som förutsäger hur mycket skakningar som kan förväntas med viss sannolikhet under de många år som byggnader och andra strukturer kommer att användas. Dessa kartor är baserade på antaganden om var och hur ofta jordbävningar i området kan inträffa, hur stora de kommer att bli och hur mycket skakningar de kommer att orsaka.
När forskargruppen grävde ner sig i pusslet om varför farokartor från fem olika länder alla förutspådde högre skakning än vad som observerats, ansåg forskargruppen att det måste finnas ett problem med kartorna, data eller båda.
"Vi tittade på ett antal möjliga problem med kartorna, inklusive omfattningen som markskakning beror på lokal geologi, men ingen av dessa var tillräckligt stor för att förklara problemet," sa Gallahue.
Om problemet inte fanns i kartorna, fanns det i de historiska uppgifterna?
"Förmodligen inte", sa medförfattaren Susan Hough från U.S. Geological Survey. "Skakdata i de olika länderna sammanställdes med olika tekniker men var alla lägre än vad kartorna förutspått. Om något förväntas historiska intensiteter bli uppblåsta eftersom historiska källor tenderar att betona de mest dramatiska effekterna av skakning."
Om det inte fanns några problem med farokartorna och skakningsdata, varför höll de inte med?
"Det finns ett subtilt problem", säger medförfattaren Norman Abrahamson vid University of California, Berkeley. "Riskartor citeras i fysiska enheter, medan intensiteter mäts på en annan skala, så den ena måste omvandlas till den andra. Det visar sig att omvandlingsekvationerna inte fungerar så bra för mycket kraftiga skakningar, så att konvertera kartvärdena överförutsäger intensitetsdata.
"Problemet är inte kartorna utan i konverteringen," sa han. "Att ändra konverteringen löser det mesta av missanpassningen mellan kartor och data. Dessutom borde en bättre beskrivning av markens skakningar göra saker ännu starkare."
"Detta är ett viktigt och tillfredsställande resultat", säger medförfattaren Neely, nu vid University of Chicago. "Kartor och data som inte verkade överensstämma var båda rätt. Problemet låg i att jämföra de två."
"Vi startade det här projektet för 10 år sedan och trodde att det kunde finnas allvarliga problem med farokartorna," sa Stein. "Nu ser det ut som att det inte finns några grundläggande problem med dem.
"Kartor för vissa områden kanske inte är så bra av olika anledningar", sa han.
"Till exempel, på vissa ställen vet vi inte tillräckligt om jordbävningshistorien eller skakningarna som stora jordbävningar orsakar på grund av den relativt korta tidsperioden som finns tillgänglig. På andra kan jordbävningarnas hastighet och storlek förändras eller bara förstås dåligt. Så på vissa ställen kan kartor förutsäga framtida skakningar och på andra kan de underförutse.
"Naturen kommer ibland att överraska oss. Men eftersom den grundläggande riskkartläggningsmetoden ser bra ut, kan vi förvänta oss att dessa kartor är ganska bra och blir bättre när vi lär oss mer."
Mer information: Leah Salditch, Varför verkar seismiska riskkartor över hela världen överförutse historiska intensitetsobservationer?, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj9291. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj9291
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Northwestern University
