Нове дослідження підкреслює потенціал прогнозування сильних землетрусів на кілька місяців наперед за допомогою машинного навчання для виявлення ранніх ознак сейсмічної активності. Однак ефективність та етичні наслідки такої технології прогнозування залишаються предметом дискусій.
Дослідження, проведене вченим з Університету Аляски в Фербенксі, свідчить про те, що громадськість може отримувати повідомлення про землетрус за кілька днів до місяців заздалегідь на основі ідентифікації попередньої тектонічної активності низького рівня на великих територіях. Цей аналіз зосередився на двох значних землетрусах на Алясці та в Каліфорнії.
Роботою керував доцент-доцент Тарсіло Гірона з Геофізичного інституту UAF.
Жирона, геофізик і дослідник даних, вивчає попередню активність вулканічних вивержень і землетрусів. Геолог Кіріакі Дрімоні з Університету Людвіга-Максиміліана в Мюнхені, Німеччина, є співавтором. Метод виявлення, заснований на машинному навчанні, був опублікований 28 серпня в Nature Communications.
«Наша стаття демонструє, що передові статистичні методи, зокрема машинне навчання, мають потенціал для виявлення передвісників землетрусів великої магнітуди шляхом аналізу наборів даних, отриманих із каталогів землетрусів», — сказав Жирона.
Автори написали комп’ютерний алгоритм для пошуку даних для виявлення аномальної сейсмічної активності. Алгоритми — це набір комп’ютерних інструкцій, які навчають програму інтерпретувати дані, вивчати їх і робити обґрунтовані прогнози чи рішення.
Тематичні дослідження: землетруси в Анкоріджі та Ріджкресті
Вони зосередилися на двох великих землетрусах: землетрусі 2018 року в Анкориджі магнітудою 7,1 і 2019 році в Ріджкресті, Каліфорнія, послідовності землетрусів магнітудою 6,4-7,1. Вони виявили, що приблизно три місяці аномальної регіональної сейсмічності малої магнітуди відбулися на приблизно від 15% до 25% південної центральної Аляски та південної Каліфорнії до кожного з двох вивчених землетрусів.
Їхні дослідження показують, що заворушення, які передують великим землетрусам, здебільшого зафіксовані сейсмічною активністю з магнітудою нижче 1,5. Землетрус в Анкоріджі стався 30 листопада 2018 року о 8:29 ранку, епіцентр знаходився приблизно в 10,5 милі на північ від міста. Він завдав значної шкоди деяким дорогам і шосе, а також кілька будівель.
Висновки та наслідки
Використовуючи свою програму, навчену даними, Жирона та Дрімоні виявили на прикладі землетрусу в Анкоріджі, що ймовірність того, що потужний землетрус станеться через 30 днів або менше, різко зросла приблизно до 80% приблизно за три місяці до землетрусу 30 листопада. Імовірність зросла приблизно до 85% всього за кілька днів до того, як це сталося. Вони отримали подібні висновки щодо ймовірності для послідовності землетрусів Ріджкрест за період, що почався приблизно за 40 днів до початку послідовності землетрусів.
Жирона та Дрімоні пропонують геологічну причину низької активності попередників: значне підвищення тиску порової рідини в межах розлому. Тиск порової рідини відноситься до тиску рідини в породі. Високий тиск порової рідини потенційно може призвести до ковзання розлому, якщо тиск достатній для подолання опору тертя між блоками породи по обидві сторони розлому.
«Підвищення тиску порової рідини в розломах, що призводять до сильних землетрусів, змінює механічні властивості розломів, що, своєю чергою, призводить до нерівномірних коливань у регіональному полі напруги», – сказав Дрімоні. «Ми припускаємо, що ці нерівномірні коливання … контролюють аномальну, попередню сейсмічність низької магнітуди». За словами Жирони, машинне навчання має великий позитивний вплив на дослідження землетрусів.
«Сучасні сейсмічні мережі створюють величезні набори даних, які, якщо їх правильно проаналізувати, можуть запропонувати цінну інформацію про передвісників сейсмічних подій», — сказав він. «Тут прогрес у машинному навчанні та високопродуктивних обчисленнях може відіграти трансформаційну роль, дозволяючи дослідникам ідентифікувати значущі закономірності, які можуть сигналізувати про наближення землетрусу».
Проблеми в прогнозуванні землетрусів
Автори заявляють, що їхній алгоритм буде перевірено в ситуаціях майже в реальному часі, щоб виявити та вирішити потенційні проблеми для прогнозування землетрусів. Метод не слід застосовувати в нових регіонах без навчання алгоритму історичній сейсмічності цього району, додають вони. Створення надійних прогнозів землетрусів має «дуже важливий і часто суперечливий вимір», сказав Жирона.
«Точне прогнозування має потенціал для порятунку життів і зменшення економічних втрат шляхом надання ранніх попереджень, які дозволяють вчасно евакуюватись і підготуватися», — сказав він. «Однак невизначеність, притаманна прогнозу землетрусів, також викликає значні етичні та практичні питання».
«Помилкові тривоги можуть призвести до непотрібної паніки, економічних зривів і втрати громадської довіри, тоді як невраховані прогнози можуть мати катастрофічні наслідки», — сказав він.