Een nieuwe studie door onderzoekers en collega's van de Northwestern University verklaart een raadselachtig probleem met kaarten van toekomstige aardbevingen die worden gebruikt om aardbevingsbestendige gebouwen te ontwerpen. Het onderzoek werd op 1 mei gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances in een artikel met de titel "Waarom lijken seismische gevarenkaarten wereldwijd historische intensiteitsobservaties te overschatten?"

Hoewel seismologen deze kaarten al zo'n vijftig jaar maken, weten ze heel weinig over hoe goed ze daadwerkelijk trillingen voorspellen, omdat grote, schadelijke aardbevingen in geen enkel gebied voorkomen.

Om meer te weten te komen, heeft het Northwestern-onderzoeksteam schudgegevens verzameld van eerdere aardbevingen. Deze omvatten CHIMP (California Historical Intensity Mapping Project), dat gegevens van seismometers combineert met historische gegevens (seismische intensiteit genoemd) die grondschokken als gevolg van aardbevingen meten op basis van de manier waarop deze door de mens gemaakte structuren en objecten in het aardbevingsgebied hebben beïnvloed. Intensiteitsinformatie kan worden verkregen uit foto's van schade, verslagen uit de eerste hand of kranten, en mondelinge geschiedenis.

"We hebben een raadselachtig probleem gevonden", zegt geofysicus Leah Salditch, hoofdauteur van het onderzoek en recentelijk promovendus in Northwestern. afstuderen. "Gevarenkaarten voor Californië, maar ook voor Japan, Italië, Nepal en Frankrijk leken allemaal de historisch waargenomen aardbevingsintensiteiten te overschatten. De gevarenkaarten zijn gemaakt door groepen in verschillende landen, maar ze voorspelden allemaal een grotere schok dan waargenomen."

Bij het analyseren van de mogelijke oorzaken ontdekte het onderzoeksteam dat het probleem te maken had met de conversievergelijkingen die werden gebruikt bij het vergelijken van gevarenkaarten die toekomstige aardbevingen voorspellen met daadwerkelijke schudgegevens, en niet met systemische problemen met de gevarenmodellering zelf.

Salditch, die deel uitmaakte van de onderzoeksgroep van co-auteur Seth Stein, William Deering emeritus hoogleraar aard- en planetaire wetenschappen aan Northwestern, is nu geowetenschappelijk gevarenadviseur bij Guy Carpenter &Company. Andere Noordwestelijke auteurs zijn Molly Gallahue en James Neely, ook recent Ph.D. afgestudeerden van Stein's groep.

Seismologen zeggen vaak dat "aardbevingen geen mensen doden, gebouwen doden mensen" - de meeste sterfgevallen bij een aardbeving worden veroorzaakt door instortende gebouwen. Als gevolg hiervan is de beste manier om het aantal sterfgevallen bij toekomstige aardbevingen terug te dringen het bouwen van gebouwen die daar bestand tegen moeten zijn. Omdat aardbevingsbestendig bouwen echter duur is, moeten gemeenschappen de kosten ervan in evenwicht brengen met andere maatschappelijke behoeften. Ze kunnen bijvoorbeeld besluiten om meer staal in schoolgebouwen te stoppen of meer leraren in dienst te nemen.

Om deze moeilijke keuzes te maken en op de juiste manier te ontwerpen, gebruiken beleidsmakers en ingenieurs aardbevingsgevarenkaarten die voorspellen hoeveel trillingen er met een bepaalde waarschijnlijkheid kunnen worden verwacht gedurende de vele jaren dat gebouwen en andere constructies in gebruik zullen zijn. Deze kaarten zijn gebaseerd op aannames over waar en hoe vaak aardbevingen in het gebied kunnen voorkomen, hoe groot ze zullen zijn en hoeveel trillingen ze zullen veroorzaken.

Bij het onderzoeken van de puzzel waarom gevarenkaarten uit vijf verschillende landen allemaal een grotere trilling voorspelden dan werd waargenomen, kwam het onderzoeksteam tot de conclusie dat er een probleem moest zijn met de kaarten, de gegevens of beide.

"We hebben naar een aantal mogelijke problemen met de kaarten gekeken, waaronder de mate waarin grondschokken afhankelijk is van de lokale geologie, maar geen van deze was groot genoeg om het probleem te verklaren", aldus Gallahue.

Als het probleem niet op de kaarten lag, zat het dan wel in de historische gegevens?

"Waarschijnlijk niet", zegt co-auteur Susan Hough van de U.S. Geological Survey. "De schudgegevens in de verschillende landen zijn verzameld met behulp van verschillende technieken, maar waren allemaal lager dan de kaarten voorspelden. Verwacht wordt dat de historische intensiteiten naar verwachting te hoog zijn, omdat historische bronnen de neiging hebben de meest dramatische effecten van schudden te benadrukken."

Als er geen problemen waren met de gevarenkaarten en de schudgegevens, waarom waren ze het daar dan niet mee eens?

"Er is een subtiel probleem", zegt co-auteur Norman Abrahamson van de University of California, Berkeley. "Gevarenkaarten worden weergegeven in fysieke eenheden, terwijl intensiteiten op een andere schaal worden gemeten, dus de ene moet naar de andere worden omgezet. Het blijkt dat de conversievergelijkingen niet zo goed werken bij zeer sterke trillingen, dus het omzetten van de kaartwaarden overschat de intensiteitsgegevens.

"Het probleem zit niet in de kaarten, maar in de conversie", zei hij. "Het veranderen van de conversie lost het grootste deel van de discrepantie tussen de kaarten en de gegevens op. Bovendien zou een betere beschrijving van het trillen van de grond de zaken nog sterker moeten maken."

"Dit is een belangrijk en bevredigend resultaat", zegt co-auteur Neely, nu verbonden aan de Universiteit van Chicago. "Kaarten en gegevens die het niet eens leken te zijn, hadden allebei gelijk. Het probleem zat hem in het vergelijken van de twee."

"We zijn dit project tien jaar geleden begonnen en dachten dat er ernstige problemen zouden kunnen zijn met de gevarenkaarten", zei Stein. "Nu lijkt het erop dat er geen fundamenteel probleem met hen is.

"Kaarten voor sommige gebieden zijn om verschillende redenen misschien niet zo goed", zei hij.

"Op sommige plaatsen weten we bijvoorbeeld niet genoeg over de geschiedenis van aardbevingen of de trillingen die grote aardbevingen veroorzaken vanwege de relatief korte beschikbare tijd. Op andere plaatsen kunnen de snelheid en omvang van aardbevingen veranderen of gewoon slecht worden begrepen. Dus op sommige plaatsen kunnen kaarten toekomstige trillingen te veel voorspellen, en op andere plaatsen kunnen ze te weinig voorspellen.

"De natuur zal ons soms verrassen. Omdat de basismethode voor het in kaart brengen van gevaren er echter goed uitziet, kunnen we verwachten dat deze kaarten redelijk goed zullen zijn en beter zullen worden naarmate we meer leren."

Meer informatie: Leah Salditch, Waarom lijken seismische gevarenkaarten over de hele wereld historische intensiteitswaarnemingen te overschatten?, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adj9291. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj9291

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door Northwestern University