Gli scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) hanno creato un nuovo modello di tomografia a forma d'onda aggiunto che simula in modo più accurato i movimenti del suolo di terremoti ed esplosioni. L'articolo, pubblicato nel Journal of Geophysical Research:Solid Earth , è stato selezionato per l'Evidenziazione dell'editore.

La tomografia sismica è un metodo per stimare le proprietà sismiche tridimensionali (3D) inaccessibili della Terra, in particolare le velocità della composizione e le variazioni di temperatura legate alla compressione e alle onde di taglio. Fornisce immagini di strutture 3D relative ai processi tettonici a placche, nonché modelli per rappresentare meglio la propagazione delle onde sismiche attraverso la complessa struttura terrestre.

A differenza dei tipici modelli di tomografia sismica, questo modello utilizza simulazioni di propagazione delle onde completamente tridimensionali per calcolare la sensibilità dei sismogrammi osservati alla struttura terrestre, consentendo simulazioni più accurate e stime migliori delle proprietà della sorgente sismica.

Nella nuova ricerca, gli scienziati hanno creato un nuovo modello della struttura sismica 3D per i 400 km superiori della Terra negli Stati Uniti occidentali utilizzando la tomografia a forma d'onda aggiunta (AWT). Il modello è prodotto da un processo di inversione della forma d'onda ad alta intensità di calcolo che aggiorna il modello sotto la superficie per migliorare la corrispondenza con i sismogrammi osservati. Per triangolare le caratteristiche nel modello, AWT è anche ad alta intensità di dati, richiedendo molti sismogrammi che attraversano la regione target.

Il team, composto da scienziati del Geophysical Monitoring Program (GMP) di LLNL e ricercatori di Mondaic, una piccola società di incubazione in fase di avvio dell'Istituto Federale Svizzero di Tecnologia, ha utilizzato più di 60.000 simulazioni HPC sul supercomputer Lassen di LLNL per eseguire 256 iterazioni del modello per 72 terremoti per adattarsi a quasi 100.000 sismogrammi.

"Mentre esistono altri modelli degli Stati Uniti occidentali, questo modello è unico in quanto si basa su molte più iterazioni di inversione rispetto ai modelli precedenti e fornisce un adattamento molto migliore ai sismogrammi registrati", ha affermato Artie Rodgers, scienziato dell'LLNL, autore principale dell'articolo. "Può anche fornire stime più accurate delle caratteristiche della sorgente sismica rimuovendo la distorsione dovuta alla struttura terrestre 3D sconosciuta nei modelli precedenti."

I ricercatori hanno scoperto che la struttura sismica è composta da variazioni 3D delle velocità e densità delle onde sismiche di compressione e di taglio e le onde polarizzate orizzontalmente e verticalmente hanno velocità diverse.

Sebbene molti studi di tomografia sismica si concentrino sull'imaging della struttura del sottosuolo, la motivazione principale del nuovo lavoro è stata lo sviluppo di un modello 3D per adattamenti della forma d'onda migliorati di periodi da 20 a 120 secondi dopo un movimento terrestre.

"Abbiamo prodotto una struttura 3D più dettagliata della crosta e del mantello superiore allo scopo di migliorare le capacità predittive delle simulazioni di forme d'onda 3D per applicazioni come la caratterizzazione della sorgente e/o le simulazioni del movimento del suolo di terremoti a lungo periodo", ha affermato Rodgers. "Gli adattamenti della forma d'onda sono notevolmente migliori con il nostro modello finale rispetto ai modelli precedenti della stessa regione."

I metodi di monitoraggio delle esplosioni nucleari possono trarre vantaggio da modelli 3D in grado di simulare accuratamente le forme d'onda di breve periodo (20 s), che sono fortemente influenzate dalla struttura della crosta e del mantello superiore. Allo stesso modo, gli studi sul rischio e sul rischio del movimento del suolo del terremoto richiedono simulazioni di forme d'onda di periodo molto più breve (meno di 5–10 s) rispetto a quelle trovate nel nuovo modello. Tuttavia, Rodgers ha affermato che la struttura su larga scala deve prima adattarsi ai dati di periodo più lungo prima di approfondire le onde di periodo più breve. Il lavoro per risolvere la struttura su scala più fine è in corso.

Questo nuovo metodo consente a LLNL di sfruttare più informazioni sulle forme d'onda sismiche per supportare il monitoraggio nazionale e internazionale dei test nucleari. Alla ricerca hanno contribuito anche la studentessa laureata della UC Berkeley Claire Doody e gli scienziati dell'LLNL Andrea Chiang e Nathan Simmons. + Esplora ulteriormente

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