Het lijkt een gladde plaat van roestvrij staal, maar kijk eens wat dichterbij, en je ziet een vereenvoudigde dwarsdoorsnede van het sedimentaire bekken van Los Angeles.

Caltech-onderzoeker Sunyoung Park en haar collega's printen 3D-modellen zoals de metalen proxy van Los Angeles om een ​​nieuw platform te bieden voor seismische experimenten. Door een model af te drukken dat de rand van een bassin of de opkomst en ondergang van een topografische functie nabootst en er laserlicht op te richten, Park kan simuleren en registreren hoe seismische golven door de echte aarde kunnen gaan.

In haar presentatie op de jaarlijkse bijeenkomst van de Seismological Society of America (SSA) in 2021, Park legde uit waarom deze fysieke modellen in sommige gevallen enkele van de nadelen van numerieke modellering van grondbewegingen kunnen verhelpen.

Kleinschalig, complexe structuren in een landschap kunnen de grondbeweging versterken en veranderen na een aardbeving, maar seismologen hebben het moeilijk om deze effecten te modelleren, zei Parket. "Hoewel we weten dat deze dingen erg belangrijk zijn voor grondschudden, de effecten van topografie, interfaces en randen zijn moeilijk numeriek te bestuderen."

Het opnemen van deze functies in simulaties van grondbewegingen vereist veel rekenkracht, en het kan moeilijk zijn om deze numerieke berekeningen te verifiëren, voegde ze eraan toe.

Om deze uitdagingen aan te gaan, Park begon met het maken van 3D-modellen van eenvoudige topografische kenmerken en bassins om deze effecten op grondschudden te onderzoeken. Metaal is haar favoriete printmateriaal, "omdat het zo rigide kan zijn als de omstandigheden aan de onderste aardkorst, " ze zei.

Door de afdrukparameters te controleren, Park kan ook de dichtheid van het metaal regelen zoals het door de printer wordt vastgelegd, het creëren van een materiaal met verschillende seismische snelheden. Het resultaat, in het geval van het voorbeeld van het bassin in Los Angeles dat ze tijdens de bijeenkomst liet zien, is een model van 20 bij 4 centimeter dat een doorsnede van 50 kilometer door het bassin voorstelt.

Op een schaal van ongeveer 1:250, 000 voor het gedrukte landschap, Park moest de golflengten die ze gebruikte om seismische golven te simuleren ook verkleinen, dat is waar het op laser gebaseerde bron- en ontvangersysteem binnenkomt. Een laserschot op het model bootst een seismische brongebeurtenis na, en laser-dopplerontvangers voelen de resulterende trillingen wanneer de seismische golven interageren met de kenmerken van het model.

Experimenten met de modellen hebben enkele intrigerende bevindingen opgeleverd. Met een ondiepe bassindwarsdoorsnede, bijvoorbeeld, Park ontdekte dat sommige hoogfrequente golven niet door het bassin konden reizen.

"We weten dat bassins meestal grondbewegingen versterken, " ze zei, "maar dit suggereert dat we daar ook over moeten nadenken in termen van verschillende frequentie-inhouden."

Park zei dat de modellen ook nuttig kunnen zijn voor het bestuderen van golfvoortplanting door andere seismologisch complexe kenmerken, zoals zwaar beschadigd gesteente in de buurt van een breuk, gesteentelagen geïnjecteerd met vloeistoffen en gassen tijdens olie- en gaswinning of koolstofvastlegging, en functies in de diepe aarde.

Park zal in juni 2021 toetreden tot het Department of Geophysical Sciences van de University of Chicago.