Búa okkur betur undir jarðskjálfta framtíðarinnar
„Ein af þeim sviðsmyndum sem sagan segir okkur og sem jarðskjálftafræðingar hafa nefnt sem líklegan atburð í náinni framtíð, er jarðskjálfti á austurhluta Reykjanesskaga, sem gæti verið sambærilegur við Suðurlandsskjálftana 2000 og Ölfusskjálftann 2008. Slíkur skjálfti getur haft töluverð áhrif á byggð á höfuðborgarsvæðinu. Þær rannsóknaafurðir sem SERICE-verkefnið hefur búið til nýtast vel við að meta jarðskjálftaáhættu á höfuðborgarsvæðinu og á öðrum stöðum á landinu þar sem stærri skjálftar geta orðið,“ segir Bjarni Bessason, prófessor í umhverfis- og byggingarverkfræði. Hann hefur ásamt samstarfsfólki sínu unnið að viðamiklu rannsóknarverkefni þar sem markmiðið er að þróa ný verkfæri og líkön til að meta jarðskjálftaáhættu á Íslandi.
Íslendingar þekkja vel hversu mikil áhrif snarpir jarðskjálftar geta haft á. Vel er þekkt hvaða áðurnefndir þrír skjálftar á Suðurlandi höfðu á ýmiss konar mannvirki og enn fremur höfðu jarðskjálftar í tengslum við eldsumbrot í Grindavík í nóvember 2023 í för með sér miklar skemmdir á bæði húsnæði og vegum þar í bæ. Til mikils er að vinna að geta dregið úr áhrifum slíkra skjálfta á mannvirki og það er m.a. verkefni Bjarna og félaga en hann leiðir verkefnið ásamt samstarfsmönnum sínum, prófessorunum Rajesh Ruphakety og Sigurði Erlingssyni.
Suðurlandsskjálftarnir kveikjan að verkefninu
Rannsóknarverkefnið, sem nefnist Jarðskjálftaáhætta á Íslandi (e. Seismic risk in Iceland - SERICE), hófst áður en umbrotin byrjuðu á Reykjanesskaga en Bjarni segir Suðurlandsskjálftana þrjá hafa verið kveikjuna að verkefninu. „Brotabelti Suðurlands er þekkt upptakasvæði jarðskjálfta og vaktað með ýmsum mælitækjum. Mikilvæg og margvísleg gögn voru skráð í þessum atburðum á mælakerfi Veðurstofu Íslands. Einnig voru skráðar hröðunartímaraðir í sterkhröðunarmælikerfi Rannsóknamiðstöðvar Háskóla Íslands í jarðskjálftaverkfræði,“ segir Bjarni og bendir á að umræddar tímaraðir lýsi ýmist yfirborðshreyfingu eða jarðskjálftasvörun valdra bygginga og brúa á meðan skjálftinn ríður yfir.
Sigurður Erlingsson.
Sigurður bendir enn fremur á að allar húsbyggingar og önnur mannvirki séu tryggð gegn tjóni af völdum jarðskjálfta hjá Náttúruhamfaratryggingum Íslands. „Í kjölfar atburðanna 2000 og aftur eftir Ölfusskjálftann 2008 var tjón og viðgerðakostnaður metinn fyrir öll tryggð manvirki sem skemmdust í jarðskjálftunum til að ákvarða bótagreiðslur. Öll framangreind gögn eru kveikjan að þessu rannsóknaverkefni og gera okkur mögulegt að læra af atburðunum og undirbúa okkur undir tilsvarandi jarðskjálfta í framtíðinni,“ bendir Sigurður á.
Jarðskjálftaáhætta lýsir líkum á skemmdum, slysum og tjóni
En hvernig meta menn jarðskjálftaáhættu? Til þess þarf þekkingu og líkön fyrir þrjú meginatriði að sögn Rajesh. „Í fyrsta lagi þarf vitneskju um jarðskjálftavá og staðbundin jarðskjálftaáhrif, í öðru lagi þarf upplýsingar um byggingar og alla inniviði á svæðinu sem eru útsett fyrir jarðskjálftaáraun og í þriðja lagi þarf þekkingu á tjónnæmi þessara mannvirkja en það lýsir hversu viðkvæm þau eru fyrir yfirborðshreyfingum með tilliti til skemmda. Í sinni breiðustu merkingu lýsir jarðskjálftaáhætta líkum og umfangi á skemmdum á mannvirkjum og innviðum, slysum og dauðsföllum og efnahagslegu, félagslegu og menningarlegu tjóni,“ bætir hann við.
Verkefnið hlaut m.a. öndvegisstyrk úr Rannsóknasjóði Íslands en þeir eru með hæstu styrkjum sem veittir eru hér á landi. Að sögn Bjarna skipti styrkurinn miklu máli fyrir verkefnið. „Hann hefur fleytt okkur vel áfram og opnað ýmsar dyr. Verkefnið hefur getið af sér öflugan rannsóknahóp sem vinnur að ýmsum undirverkefnum sem öll tengjast beint eða óbeint jarðskjálftaáhættu á Íslandi. Rannsóknir á viðfangsefninu voru þó hafnar áður en styrkurinn fékkst og munu halda áfram þótt styrktímabilinu ljúki formlega á þessu ári,“ bendir hann á.
Bjarni Bessason.
Auk þeirra Bjarna, Rajesh og Sigurðar koma Elín Ásta Ólafsdóttir, lektor við Umhverfis- og byggingarverkfræðideild HÍ, og Ching-Yi Tsai rannsóknasérfræðingur að verkefninu ásamt doktorsnemunum Mojatab Moosapoor, Sayed Javad Fattahi og Victor Moises Hernande Aguirre. Þá eru ótaldir meistaranemar í umhverfis- og byggingarverkfræði sem hafa unnið sín lokaverkefni innan ramma rannsóknarverkefnisins. „Loks hafa bæði innlendir og erlendir aðilar utan HÍ verið í samstarfi við okkur og stutt verkefnið með einum eða öðrum hætti,“ bætir Rajesh við.
Afar umfangsmikið verkefni
Að sögn Sigurðar hefur verkefnið verið nokkuð umfangsmikið og því hefur því verið skipt í þrjá meginvinnupakka en hver doktorsnemanna kemur að einum pakkanna. „Fyrsti vinnupakkinn snýr að rannsóknum á jarðvegi og staðbundum jarðskjálftaáhrifum. Notast er við vettvangsmælingar til að mæla stífni lausra jarðefna við náttúrulegar aðstæður og til að kortleggja setlög á milli hraunlaga sem geta magnað upp bylgjuhreyfingar í jarðskjálftum. Í þessum pakka eru einnig mældir efniseiginleika jarðefnasýna á rannsóknastofum og loks er notaður hugbúnaður við að reikna mögnun jarðskjálftabylgna vegna lausra jarðlaga,“ útskýrir Sigurður.
Í öðrum vinnupakka er unnið að því að kvarða eðlisfræðilegt jarðskálftareiknilíkan fyrir íslenskar aðstæður. „Líkanið má nota til að herma jarðskjálftahreyfingu á formi hröðunartímaraða á völdum stað fyrir skilgreinda sviðsetta jarðskjálfta. Reiknilíkanið er kvarðað með mældum tímaröðum frá Suðurlandsskjálftunum 2000 og 2008 en einnig hefur verið unnið með jarðskjálftagögn frá Reykjanesskaga frá yfirstandandi eldivirkni á svæðinu,“ bætir Sigurður við.
Rajesh Ruphakety.
Þriðji og síðasti vinnupakkinn er helgaður tjónnæmis- og skemmdalíkönum sem nota má til að áætla tjón í jarðskjálftum. „Annars vegar er áhersla á að búa til tölfræðileg reiknilíkön sem byggjast á aðhvarfsgreiningu og tjónagögnunum frá Suðurlandsskjálftunum 2000 og 2008. Hins vegar er unnið með eðlisfræðileg reiknilíkön til að herma svörun og tjón í byggingum fyrir skilgreinda áraun vegna jarðskjálfta. Eðlisfræðilegu líkönin eru kvörðuð bæði með tilraunaniðurstöðum og rauntjóni í Suðurlandsskjálftunum,“ segir Rajesh og segir megináhersluna þar á tjón á húsbyggingum og brúm.
Atburðir á Reykjanesi undirstrika mikilvægi undirbúnings fyrir hamfarir
Verkefnið hófst árið 2021 og lýkur formlega í lok þessa árs. „Nú þegar liggja fyrir margvíslegar rannsóknaafurðir, svo sem sérhæfð aðferðafræði og hugbúnaður til að ákvarða skúfbylgjuhraða í jarðvegi (lykilstærð við mat á staðbundnum jarðskjálftaáhrifum) og til að kortleggja flókin jarðsnið, kvörðuð reiknilíkön til að herma yfirborðshreyfingar í jarðskjálftum sem taka mið af jarðfræðilegum aðstæðum hér á landi, tjónnæmislíkön og skemmdaföll fyrir íslenskar byggingargerðir,“ segir Bjarni og bætir við að niðurstöðurnar sé m.a. að finna í opnum gagnagrunnum, þær séu birtar í ritrýndum tímaritsgreinum, ráðstefnugreinum og meistararitgerðum. Auk þess séu þrjár doktorsritgerðir í smíðum. Afrakstur verkefnsins verði jafnframt gerður aðgengilegur á vefsíðu þess, serice.hi.is, sem er í þróun. Loks verður haldin opin, eins dags, málstofa um SERICE-verkefnið, þann 9. sepetmber, í samvinnu við Verkfræðingafélag Íslands.
Þremenningarnir benda enn fremur á að atburðir undanfarin þrjú ár á Reykjanesi, þar sem þúsundir jarðskjálfta hafa orðið, sumir hverjir mjög öflugir, undirstrika mikilvægi þess að Íslendingar verði viðbúnir náttúruatburðum sem eiga sér sögulegar fyrirmyndir. „Jarðskjálfta- og eldvirkni á Íslandi er mikil á alþjóðlegum mælikvarða og vel þekkt í erlendu fræðasamfélagi. Ljóst er að rannsóknir og þekkingaruppbygging á fagsviðinu sem rannsóknaverkefnið spannar er mikilvæg fyrir íslenskt samfélag en gagnast líka erlendum samfélögum sem búa við jarðskjálftavá. Rannsóknarniðurstöður hafa því bæði íslenska og erlenda skírskotun,“ segir Bjarni að endingu.
