Самые мощные суперкомпьютеры в мире смоделировали 800 тысяч лет сейсмической истории Южной Калифорнии

18 февраля 2021 г.

Международная группа ученых изучила тектонически активную зону в Южной Калифорнии и создала потрясающую по своим масштабам компьютерную геофизическую модель. Статья с результатами исследования была опубликована в журнале Bulletin of the Seismological Society of America.

Несмотря на то, что изучаемая область разлома Сан-Андреас является одним из самых опасных регионов в мире, в этой области не было по-настоящему сильных землетрясений уже более 150 лет. В 1857 году был последний случай, когда разлом вызывал сильнейшее землетрясение магнитудой 7.9, что накладывает определенные ограничения для исследователей по количеству доступных данных.

Однако, как замечают ученые из университета Южной Калифорнии, масштабы того землетрясения могли быть больше, чем многие себе представляли. В то время ученые не располагали достаточным объемом данных и технологиями, чтобы оценить весь масштаб этого и других землетрясений, как например землетрясение в Нортридже 1994-го года, унесшее жизни 72 человек.

В результате упорной работы под руководством сейсмолога из Центра землетрясений Южной Калифорнии (SCEC) при Университете Южной Калифорнии Кевина Милнера, за десять лет учеными была разработана новая система для прогнозирования вероятности и уровня потенциального воздействия землетрясений для всей Южной Калифорнии. А для того, чтобы спрогнозировать будущее, необходимо, как известно, знать своё прошлое.

Представленный прототип симулятора землетрясений, получивший название «Rate-State RSQ Sim», моделирует сотни тысяч лет сейсмической активности в Калифорнии. В комбинации со специальным программным обеспечением CyberShake, прототип моделирует сейсмические возмущения, которые могут возникнуть при каждом землетрясении, дает их количественную оценку и позволяет оценить степень потенциального риска.

Ученые пишут, что результаты моделирования хорошо коррелируют с другими землетрясениями, происходившими в прошлом, а также с результатами других аналитических методов и довольно реалистично отображают вероятностное распределение землетрясений в объемном пространстве.

По словам исследователей, новый метод моделирования позволяет точнее определить, насколько сильное землетрясение может произойти в отдельно взятом месте.

Вычислительные мощности, необходимые для такого сложного масштабного исследования, обеспечивались суперкомпьютером Frontera в Техасском центре передовых вычислений. Этот суперсовременный комплекс является самым производительным академическим суперкомпьютером в мире. Система была построена на инвестиции Национального научного фонда США, сумма которых составила 60 миллионов долларов. Кластер Frontera состоит из 8008 узлов, каждый из которых содержит по два 28-ядерных процессора Intel Xeon Platinum 8280, что в сумме даёт около полумиллиона ядер.

Помимо Frontera, к работе также привлекались отдельные мощности комплекса Blue Waters в Национальном центре приложений суперкомпьютеров (25 тысяч вычислительных узлов, 380 тысяч процессорных ядер AMD Opteron и 30 тысяч графических процессоров Nvidia Tesla) и комплекса Summit в Вычислительном центре Oak Ridge Leadership Computing (девять тысяч 22-ядерных процессоров IBM POWER9 и 27 тысяч графических процессоров NVIDIA Tesla V100).

«При помощи Frontera мы добились большого прогресса в определении того, какие землетрясения мы можем ожидать, по какой причине и как часто, – говорит Кевин Милнер. – Мы намеренно не сообщаем коду, когда произойдут землетрясения. Мы запускаем моделирование сотен тысяч лет и просто позволяем коду самому переносить напряжение с одного разлома на другой».

Работа началась с исследования общего геологического строения Калифорнии и в результате учеными было смоделировало более 800 000 виртуальных лет геологической истории, как напряжения в земной коре образуются и рассеиваются под действием различных тектонических сил и явлений. На основе этих симуляций комплекс создал обширный каталог с записями о месте и времени возникновения землетрясения, о его магнитуде и прочих характеристиках.

По словам ученых, каталог, подготовленный командой университета, стал одним из крупнейших из когда-либо созданных.

Читать подробнее:

Источник: Bulletin of the Seismological Society of America

Перевод/адаптация текста: «Вестник ОНЗ РАН»

Печать