O sul da Califórnia define o que é legal. O clima perfeito de San Diego, o brilho de Hollywood, a magia da Disneylândia. A geologia é espetacular, também.

"O sul da Califórnia é um excelente laboratório natural para estudar os processos ativos de terremotos, "disse Tom Jordan, professor do Departamento de Ciências da Terra da University of Southern California (USC). "O deserto permite que você observe muito bem o sistema de falhas."

O sistema de falhas a que ele se refere é o San Andreas, entre os sistemas de falhas mais famosos do mundo. Com raízes profundas no México, faz uma cicatriz na Califórnia desde o Mar Salton, no sul, até o Cabo Mendocino, no norte, onde então dá um mergulho para oeste no Pacífico.

Situado no coração do Sistema de Falha de San Andreas, O sul da Califórnia é um local ideal para estudar terremotos. O fato de ser o lar de quase 24 milhões de pessoas torna-se um motivo mais urgente para estudá-los.

Jordan e uma equipe do Southern California Earthquake Center (SCEC) estão usando os recursos de supercomputação do Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), um Departamento de Energia (DOE) dos Estados Unidos para usuários do Office of Science User Facility, avançar na modelagem para o estudo do risco de terremotos e como reduzi-lo.

Com sede na USC, o centro é uma das maiores colaborações em geociências, envolvendo mais de 70 instituições de pesquisa e 1, 000 investigadores de todo o mundo.

A equipe conta com dados de um século de registros instrumentais, bem como modelos regionais e nacionais de risco sísmico para desenvolver novas ferramentas para a compreensão dos riscos de terremotos. Trabalhando com a ALCF, ele usou essas informações para melhorar seu simulador de ruptura de terremoto, RSQSim.

RSQ é uma referência ao atrito dependente da taxa e do estado em terremotos - uma lei de atrito que pode ser usada para estudar a nucleação, ou iniciação, de terremotos. O RSQSim modela os processos de nucleação e ruptura para entender como os terremotos transferem o estresse para outras falhas.

A equipe do ALCF foi fundamental na adaptação do código para Mira, o supercomputador de 10 petaflop do ALCF, o que permite as simulações maiores necessárias para modelar comportamentos sísmicos em sistemas de falha muito complexos, como San Andreas, e que levou à maior descoberta da equipe.

O SCEC, em parceria com o U.S. Geological Survey, já havia desenvolvido um modelo com base empírica que integra a teoria, informações geológicas e dados geodésicos, como deslocamentos de GPS, para determinar as relações espaciais entre falhas e taxas de deslizamento das placas tectônicas que criaram essas falhas.

Embora mais tradicional, uma versão mais recente é considerada a melhor representação das rupturas do terremoto na Califórnia, mas a imagem que ele retrata ainda não é tão precisa quanto os pesquisadores esperariam.

"Sabemos muito sobre como os terremotos podem ser grandes, com que frequência ocorrem e onde ocorrem, mas não podemos predizê-los com precisão no tempo, "observa Jordan.

A equipe recorreu a Mira para executar o RSQSim para determinar se ele poderia alcançar resultados mais precisos com mais rapidez. Um código baseado em física, RSQSim produz catálogos de terremotos sintéticos de longo prazo que incluem datas, vezes, locais e magnitudes para eventos previstos.

Usando simulação, pesquisadores impõem tensões sobre alguma representação de um sistema de falha, mudando o estresse em grande parte do sistema e, portanto, mudando a forma como os terremotos futuros ocorrem. Tentar modelar essas poderosas interações mediadas por estresse é particularmente difícil com sistemas complexos e falhas como San Andreas.

"Apenas deixamos o sistema evoluir e criar catálogos de terremotos por cem mil ou um milhão de anos. É como jogar um grão de areia em um conjunto de engrenagens para ver o que acontece, "explicou Christine Goulet, um membro da equipe e diretor executivo de ciências para projetos especiais com o SCEC.

O resultado final é uma imagem mais detalhada do possível perigo, que prevê uma sequência de terremotos de várias magnitudes esperados para ocorrer na falha de San Andreas em um determinado intervalo de tempo.

O grupo tentou calibrar os vários parâmetros do RSQSim para replicar o modelo projetado pelo SCEC e pelo Serviço Geológico dos EUA. Mas o grupo acabou decidindo executar o código com seus parâmetros padrão. Embora a intenção inicial fosse avaliar a magnitude das diferenças entre os modelos, eles descobriram, em vez de, que ambos os modelos concordam estreitamente em suas previsões de atividade sismológica futura.

"Então foi um momento aha. Eureka, "lembrou Goulet." Os resultados foram uma surpresa porque o grupo havia pensado cuidadosamente sobre como otimizar os parâmetros. A decisão de não alterá-los de seus valores padrão gerou resultados muito bons. "

Os pesquisadores notaram que a validação mútua das duas abordagens poderia se provar extremamente produtiva na avaliação adicional das estimativas de risco sísmico e suas incertezas.

As informações derivadas das simulações ajudarão a equipe a calcular os fortes movimentos do solo gerados por falhas que ocorrem na superfície - o tremor característico que é sinônimo de terremotos. Para fazer isso, a equipe associa as previsões de ruptura do terremoto, o SCEC-U.S. Código de pesquisa geológica e RSQSim, com diferentes modelos que representam a maneira como as ondas se propagam pelo sistema. Esses modelos envolvem equações padrão, chamadas de equações de previsão de movimento do solo, usado por engenheiros para calcular os níveis de agitação de terremotos de diferentes tamanhos e locais.

"Esses experimentos mostram que o modelo baseado em física RSQSim pode replicar as estimativas de risco sísmico derivadas do modelo empírico, mas com muito menos suposições estatísticas, "observou Jordan." O acordo nos dá mais confiança de que os modelos de risco sísmico para a Califórnia são consistentes com o que sabemos sobre a física de terremotos. Agora podemos começar a usar essa física para melhorar os modelos de risco. "