Jordskælvssimuleringer af Californiens Hayward-fejl: Supercomputermodellering hjælper med at vise mere realistiske bevægelser

Jordskælvssimuleringer af Californiens Hayward-fejl: Supercomputermodellering hjælper med at vise mere realistiske bevægelser
Jordskælvssimuleringer af Californiens Hayward-fejl: Supercomputermodellering hjælper med at vise mere realistiske bevægelser
Anonim

I de næste 30 år er der en ud af tre chance for, at Californiens Hayward-forkastning vil briste med et jordskælv med en styrke på 6,7 eller højere, ifølge United States Geologic Survey (USGS). Et sådant jordskælv vil forårsage omfattende skader på strukturer, transport og forsyningsvirksomheder samt økonomiske og sociale forstyrrelser i den østlige region af San Francisco Bay Area (East Bay).

Lawrence Livermore og Lawrence Berkeleys nationale laboratorieforskere har brugt nogle af verdens mest kraftfulde supercomputere til at modellere jordrystelser til en størrelsesorden (M) 7.0 jordskælv på Hayward-forkastningen og viser mere realistiske bevægelser end nogensinde før. Forskningen vises i Geophysical Research Letters.

Tidligere simuleringer løste jordbevægelser fra lave frekvenser op til 0,5-1 Hertz (vibrationer pr. sekund). De nye simuleringer er løst op til 4-5 Hertz (Hz), hvilket repræsenterer en fire til otte gange stigning i de opløste frekvenser. Bevægelser med disse frekvenser kan bruges til at evaluere, hvordan bygninger reagerer på rystelser

Simuleringerne er afhængige af det LLNL-udviklede SW4 seismiske simuleringsprogram og den nuværende bedste repræsentation af den tredimensionelle (3D) jord (geologi og overfladetopografi fra USGS) til at beregne seismiske bølgegrundrystelser i hele San Francisco Bugtområde. Det er vigtigt, at resultaterne i gennemsnit stemmer overens med modeller baseret på faktiske registrerede jordskælvsbevægelser fra hele verden.

"Denne undersøgelse viser, at kraftfuld supercomputing kan bruges til at beregne jordskælvsrystelser i stor, regional skala med mere realisme, end vi nogensinde har været i stand til at producere før," sagde Artie Rodgers, LLNL-seismolog og hovedforfatter til papiret.

Hayward-forkastningen er en større fejl på den østlige side af Bay Area. Denne forkastning er i stand til M 7 jordskælv og udgør en betydelig fare for jordbevægelse for den tætbefolkede East Bay, herunder byerne Oakland, Berkeley, Hayward og Fremont. Det sidste større brud skete i 1868 med en M 6.8-7.0 hændelse. Instrumentelle observationer af dette jordskælv var ikke tilgængelige på det tidspunkt, men historiske rapporter fra de få tusinde mennesker, der boede i East Bay på det tidspunkt, indikerer store skader på strukturer.

Den nylige undersøgelse rapporterer jordbevægelser simuleret til et såkaldt scenariejordskælv, en af mange muligheder.

"Vi forventer ikke at forudsige de særlige forhold ved rystelser fra et fremtidigt jordskælv med M 7 Hayward-forkastning, men denne undersøgelse viser, at fuldt deterministiske 3D-simuleringer med frekvenser op til 4 Hz nu er mulige. Vi opnår god overensstemmelse med jordbevægelsesmodeller, der er afledt af faktiske optagelser, og vi kan undersøge virkningen af kilde-, sti- og siteeffekter på jordbevægelser," sagde Rodgers.

Efterhånden som disse simuleringer bliver nemmere med forbedringer i SW4 og computerkraft, vil holdet prøve en række mulige brud og undersøge, hvordan bevægelser varierer. Holdet arbejder også på forbedringer af SW4, der vil muliggøre simuleringer til 8-10 Hz for endnu mere realistiske bevægelser.

For beboere i East Bay viser simuleringerne specifikt stærkere jordbevægelser på den østlige side af forkastningen (Orinda, Moraga) sammenlignet med den vestlige side (Berkeley, Oakland). Dette skyldes forskellige geologiske materialer - dybe svagere sedimentære bjergarter, der danner East Bay Hills. Evaluering og forbedring af den nuværende 3D-jordmodel er genstand for aktuel forskning, f.eks. ved brug af jordskælvet M 4.4 Berkeley den 4. januar 2018, der var almindeligt mærket omkring den nordlige Hayward-forkastning.

Simuleringer af jordskælv af store jordskælv vinder accept, efterhånden som beregningsmetoder forbedres, computerressourcer bliver mere kraftfulde og repræsentationer af 3D-jordstruktur og jordskælvskilder bliver mere realistiske.

Rodgers tilføjer: "Det er vigtigt at demonstrere, at højtydende computersimuleringer kan generere realistiske resultater, og vores team vil arbejde sammen med ingeniører for at evaluere de beregnede bevægelser, så de kan bruges til at forstå den resulterende risikofordeling til infrastrukturen og i sidste ende at designe sikrere energisystemer, bygninger og anden infrastruktur."

Andre Livermore-forfattere omfatter seismolog Arben Pitarka, matematikere Anders Petersson og Bjorn Sjogreen, sammen med projektleder og bygningsingeniør David McCallen fra University of California Office of the President og LBNL..

Dette arbejde er en del af DOE's Exascale Computing Project (ECP). ECP er fokuseret på at fremskynde leveringen af et egnet exascale computerøkosystem, der leverer 50 gange mere computervidenskab og dataanalytisk applikationskraft end muligt med DOE HPC-systemer såsom Titan (ORNL) og Sequoia (LLNL), med det mål at lancere en U. S. exascale økosystem inden 2021. ECP er et samarbejde mellem to Department of Energy-organisationer - DOE Office of Science og National Nuclear Security Administration.

Simuleringer blev udført ved hjælp af en Computing Grand Challenge-allokering på Quartz-supercomputeren på LLNL og med en Exascale Computing Project-tildeling på Cori Phase-2 ved National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) ved LBNL.

Video:

Populært emne.

Trends

Populær for måneden

  • 20 procent flere træer i megabyer ville betyde renere luft og vand, lavere kulstof- og energiforbrug

    Plantering af 20 procent flere træer i vores megabyer ville fordoble fordelene ved byskove, såsom forureningsreduktion, kulstofbinding og energireduktion, ifølge en undersøgelse i Ecological Modeling. Forfatterne af undersøgelsen, som blev udført på Parthenope Universitet i Napoli i Italien, siger, at byplanlæggere, beboere og andre interessenter bør begynde at lede i byerne efter naturressourcer og bevare naturen i vores byområder ved at plante flere træer.

  • NOAA: 2017 var det tredje varmeste år nogensinde i verden: NOAA, NASA-forskere bekræfter, at jordens langsigtede opvarmningstendens fortsætter

    Efter tre år i træk med rekordhøje temperaturer for kloden var Jorden en lidt køligere planet i 2017. Men ikke meget. Jordens globale gennemsnitlige temperatur for 2017 gjorde det til det tredjevarmeste år i NOAA's 138-årige klimarekord, efter 2016 (varmeste) og 2015 (næstvarmeste).

  • Langsigtet opvarmningstendens fortsatte i 2017: NASA, NOAA

    Jordens globale overfladetemperaturer i 2017 rangeret som de næstvarmeste siden 1880 ifølge en analyse fra NASA. For at fortsætte planetens langsigtede opvarmningstrend var de globale gennemsnitlige temperaturer i 2017 1,62 grader Fahrenheit (0,90 grader Celsius) varmere end gennemsnittet fra 1951 til 1980, ifølge forskere ved NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS) i New York.

  • Midlertidige 'badekarafløb' i havkoncentratfloden

    Et eksperiment med den største flotille af sensorer, der nogensinde er udsat i et enkelt område, giver ny indsigt i, hvordan havaffald, eller flotsam, bevæger sig på havets overflade. Eksperimentet udført i Den Mexicanske Golf nær stedet for Deepwater Horizon-olieudslippet placerede hundredvis af drivende sensorer for at observere, hvordan materiale bevæger sig på havets overflade.

  • Kødædere af dyr kunne være vores magtfulde allierede

    Kødædende dyr, der lever i og omkring menneskers beboelse, er i tilbagegang med en hidtil uset hastighed - men de kan give afgørende fordele for menneskelige samfund. En international gennemgang ledet af forskere fra University of Queensland har afsløret, at rovdyr og ådselædere lige fra flagermus til leoparder og gribbe er værdifulde for menneskers sundhed og velvære.

  • Jaghunde som mulige vektorer for infektionssygdommen tularaemia

    Tulariæmi er en smitsom bakteriesygdom, der er livstruende for gnavere, kaniner og harer, men som også kan smitte mennesker og hunde. Mens kontakt med forurenet blod eller kød gør jægere til en højrisikogruppe, er hyppigheden af infektioner blandt jagthunde ikke blevet undersøgt meget.

  • Hvordan planter ser lys

    Proteinerne PCH1 og PCHL hjælper planterne med at tilpasse sig deres omgivelser. Planter reagerer følsomt på ændringer i deres omgivelser og besidder evnen til at tilpasse sig dem. De bruger fotoreceptorproteinet phytochrom B til at se lys og regulerer derefter processer som frøspiring, kimplanteudvikling, langsgående vækst og blomsterdannelse.

  • En overlevelseslektion fra flagermus: At spise variation får arterne til at formere sig

    Kost er en vigtig faktor, der påvirker alle arters overlevelse og udvikling. Mange undersøgelser har vist, at når arter udvikler sig fra at være et rovdyr eller insektæder til at være vegetar, stiger hastigheden, hvormed nye arter opstår. Men en ny undersøgelse offentliggjort i Ecology Letters afslører, at altædende New World noctilionoid flagermus, de arter med diæter, der omfatter både plante- og animalske materialer, producerer flere generationer i det lange løb end speciali

  • Pentagon bygget med mineraliserede mikrober, der går forud for dinosaurer

    En ny undersøgelse ledet af The Australian National University (ANU) har fundet ud af, at nogle af byggestenene i Pentagon og Empire State Building blev lavet af mikrober, der levede for op til 340 millioner år siden, før dinosaurerne. Materialet, kendt som oolitisk kalksten, er et populært byggemateriale over hele verden og er næsten fuldstændigt lavet af millimeterstore kugler af karbonat kaldet ooider.

  • Klimaændringer forbundet med flere blomstrende skove

    Ny forskning fra en videnskabsmand fra Florida State University har afsløret et overraskende forhold mellem stigende atmosfærisk kuldioxid og blomsteropblomstringer i en fjerntliggende tropisk skov. FSU-forskere, der studerede de rige tropiske skove på Panamas Barro Colorado-ø, fandt ud af, at stigningen i kuldioxid har sat scenen for en stigning i flere årtier i den samlede blomsterproduktion.

  • Bylys sætter fælder for trækfugle: Hvordan fugle bliver tiltrukket af kunstig lysforurening i byområder

    På deres efterårstræk sydpå på den nordlige halvkugle bliver snesevis af fugle lokket af kunstig lysforurening ind i byområder, der kan være en økologisk fælde, ifølge University of Delawares Jeff Buler. Buler, lektor i UD's Department of Entomology and Wildlife Ecology, og hans forskerhold brugte 16 vejrovervågningsradarer fra det nordøstlige USA over en syvårig periode til at kortlægge fordelingen af trækfugle under deres efterårsstop.

  • Kan det tage år fra dit liv at være for social?

    Store jordegern kaldet gulbugede murmeldyr lever i gennemsnit meget længere, hvis de er mindre sociale og mere isolerede, end hvis de er mere sociale og mindre isolerede, har en UCLA-ledet langtidsundersøgelse fundet. Et team af biologer studerede 66 voksne hunmurmeldyr fra 2002 til 2015 på Rocky Mountain Biological Laboratory i det vestlige Colorado.

  • Radioaktivitet fra olie- og gasspildevand fortsætter i Pennsylvania-strømsedimenter: Radioaktivitet i sedimenter på tre deponeringssteder målt 650 gange højere end norm alt

    Mere end syv år efter embedsmænd i Pennsylvania anmodede om, at bortskaffelsen af radiumfyldt fracking-spildevand i overfladevand begrænses, viser en ny Duke University-undersøgelse, at høje niveauer af radioaktivitet fortsætter i strømsedimenter på tre deponeringssteder.

  • Celler, der mangler kerner, kæmper for at bevæge sig i 3D-miljøer

    Forskere fra University of North Carolina Lineberger Comprehensive Cancer Center har afsløret nye detaljer om, hvordan kernens fysiske egenskaber påvirker, hvordan celler kan bevæge sig rundt i forskellige miljøer - såsom "blødt" væv som hjerne og fedt eller "

  • Bybende undersøgelse viser, hvordan planter mærker verden: Denne forståelse kan hjælpe kommercielle afgrøder til at modstå patogener og tørke

    Planter mangler øjne og ører, men de kan stadig se, høre, lugte og reagere på miljømæssige signaler og farer - især på virulente patogener. Det gør de ved hjælp af hundredvis af membranproteiner, der kan mærke mikrober eller andre belastninger.

  • Bio-fornybar proces kunne hjælpe ‘green’ plast

    Da John Wesley Hyatt patenterede den første industrielle plastik i 1869, var hans hensigt at skabe et alternativ til den elfenbensbro af elefanten, der blev brugt til at lave klavertangenter. Men denne tidlige plastik udløste også en revolution i den måde, folk tænkte på fremstilling:

  • Virus har vist sig at være en sandsynlig årsag til mystisk polio-lignende sygdom

    En større gennemgang af medicinske forskere fra UNSW Sydney har identificeret stærke beviser for, at en virus kaldet Enterovirus D68 er årsagen til en mystisk polio-lignende sygdom, der har lammet børn i USA, Canada og Europa. Undersøgelsen, af et hold ledet af UNSW professor Raina MacIntyre, direktør for NHMRC Center for Research Excellence in Epidemic Response, er offentliggjort i tidsskriftet Eurosurveillance.

  • Vacciner beskytter ikke opdrættede fisk mod sygdom

    Vaccinerne, der bruges af kommercielle fiskeopdrættere, beskytter ikke fisk mod sygdom, ifølge en ny undersøgelse. Undersøgelsen er udarbejdet af forskere ved University of Waterloo, det pavelige katolske universitet i Valparaiso og Chiles universitet i Valparaiso.

  • Varmetab fra Jordens indre udløser isskjold mod havet

    Grønlands indlandsis bliver mindre og mindre. Afsmeltningen sker med øget styrke og med en hastighed, som ingen modeller tidligere har forudsagt. I dag præsenterer forskere fra Arktisk Forskningscenter, Aarhus Universitet og Grønlands Naturinstitut i tidsskriftet Scientific Reports resultater, der for første gang viser, at den nordøstlige del af det dybe bundvand Grønlands fjorde bliver varmet op af varme, der gradvist tabes fra Jordens indre.

  • Hunkatte er mere tilbøjelige til at være højrehåndede, opdager forskere

    Forskere ved Queen's University Belfast har fundet ud af, at hunkatte er meget mere tilbøjelige til at bruge deres højre pote end hanner. Dr. Louise McDowell, Dr. Deborah Wells og professor Peter Hepper fra School of Psychology ved Queen's, rekrutterede 44 katte til undersøgelsen og fandt ud af, at selvom der ikke var nogen generel befolkningspræference som den menneskelige præference for højrehåndethed, var der en kønspræference.

Bedste anmeldelser for året