Precair gebalanceerde rotsen (PBR's) zijn formaties die over de hele wereld worden gevonden waar een slank rotsblok gevaarlijk op een voetstuk wordt gebalanceerd. Ze vormen als blokken bewaard op kliffen, of wanneer zachtere rotsen eroderen en de hardere rotsen achterlaten. Ze kunnen zich ook vormen wanneer aardverschuivingen of terugtrekkende gletsjers ze op vreemde posities plaatsen.

Ondanks hun delicate evenwichtsoefening, veel PBR's, zoals de Brimham Rocks in Yorkshire, of Chiricahua National Monument in Arizona - hebben de aardbeving van duizenden jaren overleefd. Ze kunnen ons daarom de bovengrens vertellen van aardbevingen die hebben plaatsgevonden sinds ze voor het eerst werden gevormd - dat schudden, was het sterk genoeg, zou hebben geleid tot het omvallen.

Door gebruik te maken van oude geologische gegevens die zijn opgesloten in Californische PBR's, Onderzoekers van het Imperial College London hebben baanbrekend werk verricht met een nieuwe techniek om de nauwkeurigheid van risicoschattingen voor grote aardbevingen tot 49 procent te vergroten.

Aardbevingsgevaarmodellen schatten de kans op toekomstige aardbevingen op een bepaalde locatie. Ze helpen ingenieurs beslissen waar bruggen, dammen, en gebouwen moeten worden gebouwd en hoe robuust ze moeten zijn, evenals het informeren van de prijzen van aardbevingsverzekeringen in gebieden met een hoog risico.

De bevindingen worden vandaag gepubliceerd in AGU-vooruitgang .

Hoofdauteur Anna Rood, van de afdeling Civiele en Milieutechniek van Imperial, zei:"Deze nieuwe aanpak zou ons kunnen helpen uit te zoeken welke gebieden het meest waarschijnlijk een grote aardbeving zullen ervaren. PBR's werken als inverse seismometers door regionale seismische geschiedenis vast te leggen die we niet in de buurt hadden om te zien, en vertel ons de bovengrens van eerdere aardbevingen door simpelweg niet om te vallen. Door hierop in te spelen, we bieden unieke waardevolle gegevens over de tarieven van zeldzame, aardbevingen van grote omvang."

Huidige schattingen van aardbevingsgevaar zijn grotendeels afhankelijk van waarnemingen zoals de nabijheid van breuklijnen en hoe seismisch actief een regio in het verleden is geweest. Echter, schattingen voor zeldzamere aardbevingen die hebben plaatsgevonden over perioden van 10, 000 tot 1, 000, 000 jaar zijn uiterst onzeker vanwege het gebrek aan seismische gegevens over die tijdschalen en de daaropvolgende afhankelijkheid van rotsachtige aannames.

Door zeldzame door kosmische straling gegenereerde atomen in PBR's te tellen en PBR-aardbeving-interacties digitaal te modelleren, Imperial-onderzoekers hebben een nieuwe methode ontwikkeld voor het valideren van aardbevingsgevaar die in bestaande modellen kan worden ingebouwd om hun precisie te verfijnen.

Rotsklokken

Om gebruik te maken van de seismologie van het verleden, de onderzoekers gingen op zoek naar de kwetsbaarheid (waarschijnlijkheid van omvallen als gevolg van het schudden van de grond) en de leeftijd van PBR's op een locatie in de buurt van de Diablo Canyon Nuclear Power Plant in de kust van Californië.

Ze gebruikten een techniek genaamd kosmogene oppervlakteblootstellingsdatering - het tellen van het aantal zeldzame berylliumatomen gevormd in rotsen door langdurige blootstelling aan kosmische straling - om te bepalen hoe lang PBR's in hun huidige formatie hadden bestaan.

Vervolgens gebruikten ze 3D-modelleringssoftware om de PBR's digitaal na te bootsen en te berekenen hoeveel aardbevingen ze konden weerstaan ​​voordat ze omvielen.

Zowel de leeftijd als de kwetsbaarheid van de PBR's werden vervolgens vergeleken met de huidige risicoschattingen om hun zekerheid te vergroten.

Ze ontdekten dat het combineren van hun berekeningen met bestaande modellen de onzekerheid van schattingen van aardbevingsgevaar op de locatie met 49 procent verminderde, en, door de 'worst-case-scenario'-schattingen te verwijderen, verminderde de gemiddelde omvang van aardbevingen die naar schatting eens in de 10 voorkomen, 000 jaar met 27 procent. Ze ontdekten ook dat PBR's twee keer zo lang in het landschap kunnen worden bewaard als eerder werd gedacht.

Ze concluderen dat deze nieuwe methode het aantal aannames vermindert, en dus de onzekerheid, gebruikt bij het schatten en extrapoleren van historische aardbevingsgegevens voor schattingen van toekomstig risico.

Studie co-auteur Dr. Dylan Rood, van Imperial's Department of Earth Science and Engineering, zei:"We balanceren op de rand van een doorbraak in de wetenschap van het voorspellen van aardbevingen. Onze 'rock clock'-technieken hebben het potentieel om enorme kosten te besparen in seismische engineering, en we zien dat ze op grote schaal worden gebruikt om locatiespecifieke risicoschattingen voor aardbevingsgevoelige gebieden te testen en bij te werken, met name in kustgebieden waar de controlerende seismische bronnen offshore-fouten zijn waarvan de bewegingen inherent moeilijker te onderzoeken zijn."

Het team gebruikt nu hun technieken om de gevarenschattingen voor Zuid-Californië te valideren, een van de gevaarlijkste en dichtstbevolkte regio's van de Verenigde Staten.

Anna zei:"We kijken nu naar PBR's in de buurt van grote aardbevingsfouten zoals de San Andreas-breuk in de buurt van Los Angeles. We kijken ook hoe we kunnen bepalen welke gegevens - of het nu gaat om foutslipsnelheden of de keuze van grondschudvergelijkingen - zijn de resultaten in de originele gevarenmodellen scheeftrekken. Op deze manier kunnen we het begrip van wetenschappers van grote aardbevingen nog meer verbeteren."