Erdbebenmodellierer schließen sich zusammen, um Code zu vergleichen und zu verbessern

Die Bewegung entlang von Verwerfungen in der Erdkruste kann plötzlich und erschütternd sein, wie es bei einem Erdbeben zu spüren ist, oder sie kann allmählicher über Tausende von Jahren erfolgen. Jede Art von Bewegung entlang einer Verwerfung kann die Spannungen und andere Faktoren beeinflussen, die zu nachfolgenden Bewegungen beitragen.

Um diese dynamischen Verwerfungszonenprozesse besser zu verstehen, haben Forscher auf Computerphysik basierende Modelle entwickelt, die Folgen von Erdbeben und nicht erdbebenbedingten Bewegungen simulieren. Diese Simulationen könnten dazu beitragen, neue Erkenntnisse über Erdbeben zu gewinnen, einschließlich Faktoren, die ihren Zeitpunkt, ihren Ort, ihre Dauer und ihre Stärke beeinflussen. Diese Modelle werden jedoch immer fortschrittlicher und detaillierter. Forscher sehen sich einem erhöhten Bedarf gegenüber, den zugrunde liegenden numerischen Code zu verifizieren, um die Glaubwürdigkeit der Simulationen sicherzustellen.

Im Gegensatz zur Modellvalidierung, bei der Simulationen auf ihre Fähigkeit getestet werden, reale Beobachtungen zu reproduzieren, umfasst die Codeverifizierung das Setzen von Berechnungs-Benchmarks – im Wesentlichen gut definierte zu lösende Probleme – um die Zuverlässigkeit und Fähigkeit von Simulationen zu testen, konzeptionelles Verständnis genau darzustellen des Erdbebenverhaltens.

In einer neuen Studie berichten Jiang et al. über Bemühungen der internationalen Gemeinschaft, die verschiedenen numerischen Codes zu vergleichen und zu verifizieren, die Simulationen von Störungszonenprozessen zugrunde liegen. Aufbauend auf früheren Bemühungen entwickelten die Forscher zwei neue 3D-Benchmark-Probleme zum Testen und Vergleichen verschiedener numerischer Codes. Beide Benchmarks erfordern eine Bewegungssimulation entlang einer Verwerfung, die in einen 3D-Raum mit bestimmten physikalischen Eigenschaften eingebettet ist und die konzeptionelle Erdbebendynamik rechnerisch widerspiegelt.

Erdbebenwissenschaftler aus der ganzen Welt nutzten die Benchmarks, um eine Reihe von Simulationen von Störungszonenprozessen zu testen. Insgesamt stellten diese Bemühungen die Genauigkeit der Simulationen sicher. Insbesondere reproduzierten die Simulationen die Dauer des Erdbebens, die Gesamtbewegung, die maximale Geschwindigkeit und die Spannungsänderung auf Verwerfungen genau.

Allerdings waren auch Diskrepanzen zwischen einigen Simulationen offensichtlich. Beispielsweise variierten Berechnungsmodelle, die unterschiedliche räumliche Größen und Auflösungen verwendeten, in ihren Simulationen, wie Erdbeben beginnen und wachsen und wie oft sie wiederkehren.

Diese Ergebnisse könnten dazu beitragen, zukünftige Bemühungen zur Erdbebenmodellierung zu informieren, von denen die Forscher hoffen, dass sie den Aufstieg einer neuen Generation von Modellen unterstützen werden, um das Verständnis der Dynamik von Verwerfungszonen und seismischen Gefahren zu verbessern.

Diese Geschichte wurde mit freundlicher Genehmigung von Eos, gehostet von der American Geophysical Union, neu veröffentlicht. Lesen Sie die Originalgeschichtehier.