Aardbevingen vormen een groot gevaar voor mensen en steden over de hele wereld, maar met de juiste risicobeperkingsinspanningen, van strengere bouweisen tot zorgvuldige zonering, de kans op catastrofale instortingen van wegen en gebouwen en verlies van mensenlevens kan worden beperkt.

Al deze maatregelen zijn afhankelijk van de wetenschap die seismische gevarenmodellen van hoge kwaliteit levert. En toch, huidige modellen zijn afhankelijk van een lijst van onzekere aannames, met voorspellingen die in de echte wereld moeilijk te testen zijn vanwege de lange intervallen tussen grote aardbevingen.

Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers van het Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University, Universiteit van zuid Californië, University of California in Riverside en de U.S. Geological Survey hebben een op fysica gebaseerd model bedacht dat een keerpunt markeert in de voorspelling van aardbevingen. Hun resultaten verschijnen in het nieuwe nummer van wetenschappelijke vooruitgang .

"Of er volgende week of over 10 jaar een grote aardbeving plaatsvindt, ingenieurs moeten bouwen voor de lange termijn, " zegt de hoofdauteur van de studie, Bruce Shaw, een geofysicus bij Lamont-Doherty. "We hebben nu een fysiek model dat ons vertelt wat de gevaren op de lange termijn zijn."

Bijna 500 simuleren, 000 jaar aardbevingen in Californië op een supercomputer, onderzoekers waren in staat om gevarenschattingen van het toonaangevende statistische model van de staat te matchen op basis van honderd jaar instrumentele gegevens. De wederzijds validerende resultaten bieden ondersteuning voor de huidige gevarenprojecties van Californië, die helpen bij het vaststellen van verzekeringstarieven en ontwerpnormen voor gebouwen in de hele staat. De resultaten suggereren ook een groeiende rol voor op fysica gebaseerde modellen bij het voorspellen van aardbevingsgevaar en het evalueren van concurrerende modellen in Californië en andere aardbevingsgevoelige regio's.

De aardbevingssimulator die in het onderzoek is gebruikt, RSQSim, vereenvoudigt het statistische model van Californië door het elimineren van veel van de aannames die nodig zijn om de kans te schatten dat een aardbeving van een bepaalde omvang een specifieke regio treft. De onderzoekers, in feite, waren verrast toen de simulator, geprogrammeerd met relatief elementaire fysica, was in staat om schattingen te reproduceren van een model dat decennialang gestaag is verbeterd. "Dit laat zien dat onze simulator klaar is voor prime time, "zegt Sjaa.

Seismologen kunnen nu RSQSim gebruiken om de regiospecifieke voorspellingen van het statistische model te testen. Nauwkeurige schattingen van gevaren zijn vooral belangrijk voor regelgevende instanties van de overheid in steden met een hoog risico, zoals Los Angeles en San Francisco, die bouwcodes schrijven en herzien op basis van de nieuwste wetenschap. In een staat met een ernstig woningtekort, regelgevers staan ​​onder druk om gebouwen sterk genoeg te maken om hevig schudden te weerstaan ​​en tegelijkertijd de bouwkosten laag te houden. Een tweede hulpmiddel om schattingen van gevaren te bevestigen, geeft de cijfers extra geloofwaardigheid.

"Als je vergelijkbare resultaten kunt krijgen met verschillende technieken, dat geeft vertrouwen dat je iets goed doet, " zegt studie co-auteur Tom Jordan, een geofysicus bij USC.

Een kenmerk van de simulator is het gebruik van snelheids- en toestandsafhankelijke wrijving om te benaderen hoe echte fouten breken en stress overbrengen naar andere fouten, soms zelfs grotere aardbevingen veroorzaken. Meer dan tien jaar geleden ontwikkeld aan UC Riverside, en verder verfijnd in de huidige studie, RSQSim is het eerste op fysica gebaseerde model dat de meest recente breukvoorspelling van Californië repliceert, UCERF3. Toen de resultaten van beide modellen werden ingevoerd in het statistische baanbrekende model van Californië, ze kwamen met vergelijkbare gevarenprofielen.

John Vidale, directeur van het Southern California Earthquake Center, die hielpen bij het financieren van de studie, zegt dat het nieuwe model een realistische 500 heeft gecreëerd, 000-jarige geschiedenis van aardbevingen langs de breuklijnen van Californië voor onderzoekers om te verkennen. Vidale voorspelde dat het model zou verbeteren naarmate de rekenkracht groeit en er meer natuurkunde aan de software wordt toegevoegd. "Details zoals aardbevingen op onverwachte plaatsen, de evolutie van aardbevingsfouten in de geologische tijd, en de stroperige stroming diep onder de tektonische platen is nog niet ingebouwd, " hij zei.

De onderzoekers zijn van plan het model te gebruiken om meer te weten te komen over naschokken, en hoe ze zich ontvouwen over de fouten van Californië, en om andere foutsystemen wereldwijd te bestuderen. Ze werken ook aan het integreren van de simulator in een op fysica gebaseerd grondbewegingsmodel, genaamd CyberShake, om te zien of het schudschattingen van het huidige statistische model kan reproduceren.

"Naarmate we de fysica in onze simulaties verbeteren en computers krachtiger worden, we zullen beter begrijpen waar en wanneer de echt vernietigende aardbevingen waarschijnlijk zullen toeslaan, " zegt co-auteur Kevin Milner, een onderzoeker bij het USC.