Terremotos representam um perigo profundo para as pessoas e cidades em todo o mundo, mas com os esforços corretos de mitigação de riscos, desde requisitos de construção mais rígidos até zoneamento cuidadoso, o potencial para colapsos catastróficos de estradas e edifícios e perda de vidas humanas pode ser limitado.

Todas essas medidas dependem de que a ciência forneça modelos de risco sísmico de alta qualidade. E ainda, os modelos atuais dependem de uma lista de suposições incertas, com previsões difíceis de testar no mundo real devido aos longos intervalos entre grandes terremotos.

Agora, uma equipe de pesquisadores do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia, Universidade do Sul da California, A Universidade da Califórnia em Riverside e o U.S. Geological Survey criaram um modelo baseado na física que marca uma virada na previsão de terremotos. Seus resultados aparecem na nova edição da Avanços da Ciência .

"Quer aconteça um grande terremoto na próxima semana ou daqui a 10 anos, os engenheiros precisam construir para o longo prazo, "diz o principal autor do estudo, Bruce Shaw, um geofísico em Lamont-Doherty. "Agora temos um modelo físico que nos diz quais são os perigos a longo prazo."

Simulando quase 500, 000 anos de terremotos na Califórnia em um supercomputador, os pesquisadores foram capazes de comparar as estimativas de risco do modelo estatístico líder do estado com base em cem anos de dados instrumentais. Os resultados de validação mútua adicionam suporte para as projeções de risco atuais da Califórnia, que ajudam a definir taxas de seguro e padrões de projeto de construção em todo o estado. Os resultados também sugerem um papel crescente para modelos baseados na física na previsão do perigo de terremotos e na avaliação de modelos concorrentes na Califórnia e em outras regiões propensas a terremotos.

O simulador de terremoto usado no estudo, RSQSim, simplifica o modelo estatístico da Califórnia, eliminando muitas das suposições que fazem a estimativa da probabilidade de um terremoto de determinado tamanho atingir uma região específica. Os pesquisadores, na verdade, ficaram surpresos quando o simulador, programado com física relativamente básica, foi capaz de reproduzir estimativas de um modelo que tem melhorado continuamente por décadas. "Isso mostra que nosso simulador está pronto para o horário nobre, "diz Shaw.

Os sismólogos agora podem usar o RSQSim para testar as previsões específicas da região do modelo estatístico. Estimativas precisas de risco são especialmente importantes para os reguladores do governo em cidades de alto risco como Los Angeles e San Francisco, que escrevem e revisam códigos de construção com base na ciência mais recente. Em um estado com grave escassez de moradias, os reguladores estão sob pressão para tornar os edifícios fortes o suficiente para resistir a fortes abalos e, ao mesmo tempo, manter os custos de construção baixos. Uma segunda ferramenta para confirmar as estimativas de risco dá credibilidade adicional aos números.

"Se você pode obter resultados semelhantes com técnicas diferentes, que aumenta a confiança de que você está fazendo algo certo, "diz o co-autor do estudo, Tom Jordan, geofísico da USC.

Uma marca registrada do simulador é o uso da taxa e do atrito dependente do estado para aproximar como as falhas do mundo real se rompem e transferem a tensão para outras falhas, às vezes provocando terremotos ainda maiores. Desenvolvido na UC Riverside há mais de uma década, e refinado ainda mais no estudo atual, RSQSim é o primeiro modelo baseado em física a replicar a previsão de ruptura mais recente da Califórnia, UCERF3. Quando os resultados de ambos os modelos foram inseridos no modelo estatístico de tremor do solo da Califórnia, eles criaram perfis de perigo semelhantes.

John Vidale, diretor do Southern California Earthquake Center, que ajudou a financiar o estudo, diz que o novo modelo criou 500 realistas, História de 000 anos de terremotos ao longo das falhas da Califórnia para os pesquisadores explorarem. Vidale previu que o modelo iria melhorar à medida que o poder da computação cresce e mais física é adicionada ao software. "Detalhes como terremotos em lugares inesperados, a evolução das falhas sísmicas ao longo do tempo geológico, e o fluxo viscoso sob as placas tectônicas ainda não está embutido, " ele disse.

Os pesquisadores planejam usar o modelo para aprender mais sobre tremores secundários, e como eles se desdobram nas falhas da Califórnia, e estudar outros sistemas de falha globalmente. Eles também estão trabalhando na incorporação do simulador em um modelo de movimento do solo baseado na física, chamado CyberShake, para ver se ele pode reproduzir estimativas de agitação do modelo estatístico atual.

"À medida que melhoramos a física em nossas simulações e os computadores se tornam mais poderosos, compreenderemos melhor onde e quando os terremotos realmente destrutivos provavelmente ocorrerão, "diz o co-autor do estudo Kevin Milner, pesquisador da USC.