Veda a výskum

Numerické modelovanie seizmických vĺn a seizmického pohybu

prof. RNDr. Peter Moczo, DrSc.

Fakulta matematiky, fyziky a informatiky UK v Bratislave, Ústav vied o Zemi SAV

Zdanlivo paradoxne, čoraz slabšie zemetrasenia (z hľadiska uvoľnenej energie) spôsobujú čoraz väčšie škody. V rozvinutých krajinách je to kvôli hustote a technologickej zložitosti osídlenia, ak sa stavia v rozpore s mierou seizmického ohrozenia. V menej rozvinutých krajinách je to najmä kvôli nedostatočnej kvalite stavieb. V jednom i druhom prípade je však za najväčšie škody zodpovedný anomálny seizmický pohyb v dôsledku nepriaznivých podmienok pod danou lokalitou (zjednodušene a nepresne – nepriaznivého podložia). Najdôležitejšou úlohou seizmológie zemetrasení je preto čo najpresnejšie predikovať, aký bude seizmický pohyb na záujmovej lokalite počas budúcich zemetrasení. Bez ohľadu na to, či je lokalita v seizmicky aktívnej alebo len v mierne aktívnej oblasti, nezastupiteľnú úlohu v predikcii seizmického pohybu má numerické modelovanie. Zásadnou výzvou je vyvíjať metódy, ktoré sú zároveň dostatočne presné a výpočtovo efektívne pre realistické modely vnútra Zeme, t.j., pre geometricky i reologicky veľmi zložité modely, pre ktoré neexistujú presné riešenia. Spolu s Jozefom Kristekom, Martinom Gálisom a Miriam Kristekovou sme vyvinuli nové metódy založené na konečných diferenciách. Ich unikátna presnosť a efektívnosť je dôsledkom originálnej sieťovej reprezentácie materiálových rozhraní a iných nehomogenít pod povrchom záujmovej lokality. Nedávno sme spolu aj s Dávidom Gregorom vyvinuli najpresnejšiu sieťovú reprezentáciu nehomogénneho poroviskoelastického prostredia.

http://www.nuquake.eu

http://cambridge.org/moczo

Image1

Ilustrácia výrazného lokálneho efektu počas zemetrasenia v roku 1985, ktorý spôsobil katastrofické škody na území hlavného mesta Mexika. Anomálne silný a dlho trvajúci seizmický pohyb bol dôsledkom rezonančného zosilnenia seizmických vĺn v šošovke nekonsolidovaných jazerných sedimentov, na ktorých bolo hlavné mesto vybudované.

 

Image2

Najpravdepodobnejšou primárnou príčinou chýbajúcej južnej časti vonkajšej steny Kolosea v Ríme je jeho poškodenie počas zemetrasenia v dôsledku rezonančného zosilnenia seizmického pohybu v sedimentárnej výplni bývalého prítoku rieky Tiber pod južnou časťou kolosea. Moczo et al. 1995. Seismic response of the geologic structure underlying Roman Colosseum and a 2-D resonance of a sediment valley. Annali di Geofisica, 38(5-6), 939-956.

 

Image3

Ilustrácia presnosti našej sieťovej reprezentácie materiálového rozhrania v poroelastickom prostredí. Vďaka nej naša konečno-diferenčná schéma rozlišuje malé rozdiely polohy rozhrania v rámci konečno-diferenčnej bunky, ktorá bola desaťročia považovaná za „atóm“ rozlišovacej schopnosti. Moczo et al. 2019. A discrete representation of material heterogeneity for the finite-difference modelling of seismic wave propagation in a poroelastic medium. Geophys. J. Int., 216, 1072-1099.