Πριν από πέντε χρόνια, ο Paul Johnson δεν θα πίστευε ότι οι προβλέψεις σεισμών θα ήταν ποτέ δυνατές. Τώρα, δεν είναι τόσο σίγουρος.
"Δεν μπορώ να πω ότι θα το κάνουμε, αλλά είμαι πολύ πιο αισιόδοξος ότι θα κάνουμε πολλή πρόοδο μέσα σε δεκαετίες", λέει ο σεισμολόγος του Εθνικού Εργαστηρίου Los Alamos. «Είμαι περισσότερο αισιόδοξος τώρα από όσο ήμουν ποτέ».
Ο κύριος λόγος για τη νέα αυτή ελπίδα είναι μια τεχνολογία που ο Johnson άρχισε να κοιτάζει πριν από περίπου τέσσερα χρόνια: μηχανική μάθηση. Πολλοί από τους ήχους και τις μικρές κινήσεις κατά μήκος των τεκτονικών γραμμών θραύσης όπου συμβαίνουν σεισμοί έχουν θεωρηθεί από καιρό ως χωρίς νόημα. Αλλά οι αλγόριθμοι υπολογιστή μάθησης-κατάρτισης υπολογιστή για την ανάλυση μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων για να αναζητήσουν μοτίβα ή σήματα-υποδηλώνει ότι ορισμένα από τα μικρά σεισμικά σήματα μπορεί να έχουν τελικά σημασία.
Τέτοια μοντέλα υπολογιστών μπορεί να αποδειχθούν απαραίτητα για την απελευθέρωση της δυνατότητας πρόβλεψης σεισμών, μιας απομακρυσμένης πιθανότητας που είναι τόσο αμφιλεγόμενη, πολλοί σεισμολόγοι αρνούνται να την συζητήσουν.
Όταν η θεωρία της τεκτονικής πλάκας απέκτησε έδαφος στη δεκαετία του 1960, πολλοί επιστήμονες πίστευαν ότι η πρόβλεψη του σεισμού ήταν μόνο θέμα χρόνου. Μόλις οι μικρές σεισμοί που προκλήθηκαν από τις μετατοπισμένες πλάκες μπορούσαν να διαμορφωθούν, ο τρόπος σκέψης, έπρεπε να είναι δυνατή η πρόβλεψη μεγαλύτερων σεισμών ημερών ή ακόμη και εβδομάδων εκ των προτέρων. Αλλά ένας μεγάλος αριθμός παραγόντων, από τον τύπο του βράχου έως την απόσταση ενός σφάλματος, επηρεάζουν τη δύναμη ενός σεισμού και γρήγορα έγινε φανερό ότι τα μοντέλα μικρής κλίμακας τεκτονική δραστηριότητα δεν θα μπορούσαν να αποτελέσουν έναν αξιόπιστο τρόπο για την πρόβλεψη μεγάλων σεισμών. Ίσως μικρές μετατοπίσεις και ολίσθηση, που συμβαίνουν εκατοντάδες φορές την ημέρα, θα μπορούσαν να υποδηλώνουν μια μικρή αύξηση στην πιθανότητα ενός μεγάλου σεισμού να χτυπά, αλλά ακόμη και μετά από ένα σμήνος μικρής τεκτονικής δραστηριότητας, ένας μεγάλος σεισμός είναι ακόμα εξαιρετικά απίθανο να συμβεί. Ένα καλύτερο σήμα για έναν εισερχόμενο σεισμό χρειάζεται εάν η πρόβλεψη γίνει ποτέ πραγματικότητα.
Η χρήση της εκμάθησης μηχανών για την εύρεση ενός τέτοιου σήματος είναι πιθανό να είναι μακριά - αν είναι ακόμη δυνατό. Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στα τέλη του περασμένου έτους, ο Johnson και η ομάδα του πρότειναν να υπάρξει ένα προηγούμενο σεισμικό σήμα που θα μπορούσε να περιέχει ένα σχέδιο που αποκαλύπτει πότε θα μπορούσε να χτυπήσει ένας μεγάλος σεισμός, όπως ο περίφημος και πολυαναμενόμενος σεισμός του Cascadia στον βορειοδυτικό Ειρηνικό. Αν η υπόθεση υποχωρήσει, θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο που προβλέπονται σεισμοί από δευτερόλεπτα πριν, ίσως μια μέρα, δεκαετίες νωρίτερα.
Οι πιο πρόσφατες βελτιώσεις στην πρόγνωση των σεισμών ήταν αυτά τα πολύτιμα δευτερόλεπτα. Οι σεισμολόγοι εργάζονται για τη βελτίωση των συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης όπως αυτά της Ιαπωνίας και του συστήματος ShakeAlert που αναπτύσσεται κατά μήκος της δυτικής ακτής των ΗΠΑ. Αυτά τα συστήματα στέλνουν ειδοποιήσεις μόνο μετά από ένα σεισμό που έχει ήδη ξεκινήσει - αλλά εγκαίρως να κλείσουν πράγματα όπως ανελκυστήρες ή γραμμές φυσικού αερίου και να προειδοποιήσουν τις κοινότητες μακρύτερα από το επίκεντρο.
Το στρώμα της Γης, στο οποίο ζούμε, χωρίζεται σε μια δωδεκάδα ή και τόσο τεκτονική που κινούνται σε σχέση με την άλλη. (USGS) Προσπαθώντας να εξηγήσω πόσο μεγάλο θα είναι ο σεισμός σε εξέλιξη, όπου το επίκεντρό του είναι και τι πρόκειται να επηρεαστεί, όλα από μερικά δευτερόλεπτα δεδομένων, είναι ήδη μια τεράστια πρόκληση, λέει ο Johnson. Τα υπάρχοντα συστήματα προειδοποίησης έχουν αποπειράσει σοβαρούς σεισμούς και έχουν δώσει ψευδείς συναγερμούς σε άλλους. Αλλά πριν από το 2007, δεν είχαμε καν προειδοποίηση δευτερολέπτων. Πού θα μπορούσαμε να είμαστε το 2027;
«Δεν γνωρίζουμε πόσο καλά θα κάνει η σεισμολογία μια δεκαετία από τώρα», λέει ο Johnson. "Αλλά θα είναι πολύ καλύτερα από σήμερα."
Οι πρόοδοι στην παρακολούθηση του σεισμού πιθανόν να βασίζονται σε υπολογιστές που έχουν εκπαιδευτεί να λειτουργούν ως ειδικοί σεισμολόγοι. Με την τέλεια μνήμη, λίγες προκαταλήψεις και μηδενική ανάγκη για ύπνο, οι μηχανές μπορούν να ταξινομηθούν μέσα από μια θάλασσα δεδομένων που συλλέγονται ως μετατόπιση των τεκτονικών πλακών. Όλες αυτές οι πληροφορίες είναι συγκρίσιμες με αυτές που θα ακούγατε σε ένα πολυσύχναστο δρόμο - οι θόρυβοι των αυτοκινήτων, των ανθρώπων, των ζώων και των καιρικών συνεννοήσεων. Οι ερευνητές κοσκινίζουν τα σήματα αυτά, μεταγλωττίζονται ως κύματα, σε μια προσπάθεια να ανακαλύψουν αν κάποιο από αυτά δείχνει ότι συμβαίνει ή πρόκειται να συμβεί σεισμός. Η ελπίδα εδώ και πολύ καιρό είναι ότι, γεμάτο όλο αυτό το θόρυβο, μπορεί να υπάρχει κάποιο πρόδρομο που θα μπορούσε να μετρηθεί ή να παρατηρηθεί για να δείξει το χρονικό διάστημα μέχρι τον επόμενο μεγάλο σεισμό.
Ένας από αυτούς τους θορύβους - αυτό που ο Johnson ονομάζει "σήμα που μοιάζει με τρόμο" - έχει αναγνωριστεί και μελετηθεί για αρκετά χρόνια. "Έριξα όλα όσα είχα στην εργαλειοθήκη μου και αποφάσισα ότι δεν υπάρχει τίποτα εκεί", λέει.
Αλλά οι αλγόριθμοι και οι υπολογιστές που η ομάδα του δημιούργησε εξέτασε το σήμα από μια ελαφρώς διαφορετική προοπτική, εστιάζοντας στην ενέργεια του. Αυτή η ενέργεια (καταγεγραμμένη ως πλάτος, μέτρο του μεγέθους των σεισμικών κυμάτων) αυξήθηκε "τόσο ελαφρώς" σε όλο τον κύκλο σεισμού, λέει ο Johnson. Μόλις χτυπήθηκε ένας σεισμός, το εύρος του σήματος έπεσε και επανέλαβε τον κύκλο της τακτικής ανάπτυξης μέχρι να χτυπήσει άλλος σεισμός.
Ήταν ένα μοτίβο.
Αυτό που αγνοούσε στο παρελθόν το σήμα, λέει ο Johnson, "περιείχε προγνωστικά στοιχεία για την πρόβλεψη του επόμενου κύκλου σεισμού" λεπτά εκ των προτέρων στα επιταχυνόμενα μοντέλα σφαλμάτων στο εργαστήριο, τα οποία μεταφράζονται σε δεκαετίες εκ των προτέρων στην πραγματική ζωή. Αλλά τα αποτελέσματα στο εργαστήριο και στον πραγματικό κόσμο δεν είναι πάντοτε ευθυγραμμισμένα.
Σε αυτό το σημείο, η μηχανική μάθηση δεν προορίζεται να βοηθήσει στην πρόβλεψη του σεισμού, αλλά μάλλον να κατανοήσει τις σεισμικές καταστάσεις που έχουν ήδη αρχίσει ή να καταστρέψουν τη δυναμική εν γένει. Αλλά η πρόοδος στον εντοπισμό των σεισμών, η εκτίμηση των μεγεθών και η διαλογή μέσω του "θορύβου" βελτιώνουν την κατανόησή μας για το πώς δρουν οι σεισμοί, ακόμη και όταν θα μπορούσαν να χτυπήσουν.
"Θέλω να καταστήσω σαφές ότι αυτό που κάνουμε είναι διαφορετικό από την πρόβλεψη. Όμως, ναι, όλα αυτά τα πράγματα συνδέονται έμμεσα, "λέει ο Mostafa Moustavi, ένας σεισμολόγος του Στάνφορντ που χρησιμοποιεί τη μηχανική μάθηση για να ταξινομήσει τον θόρυβο του περιβάλλοντος για να ανιχνεύσει μικρούς σεισμούς.
Οι άνδρες Andrin Meier, ένας σεισμολόγος στο Caltech, λένε ότι «οι καλύτεροι εικασίες είναι ότι οι σεισμοί είναι εγγενώς απρόβλεπτοι». Ωστόσο, εργάζεται για τη χρήση της μηχανικής μάθησης για τη βελτίωση των συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης και οι βελτιώσεις στην παρακολούθηση που εισέρχονται σε αυτές τις ειδοποιήσεις ενδεχομένως να βελτιωθούν οι προβλέψεις σεισμού. Καλύτεροι χάρτες των βλαβών και καλύτερη κατανόηση των σεισμικών διεργασιών, των τάσεων και των κύκλων θα μπορούσαν να συμβάλουν στη βελτίωση των προβλέψεων, λέει ο Moustafa.
Ωστόσο, ορισμένοι σεισμολόγοι πιστεύουν ότι η "πρόβλεψη" είναι μια φαντασίωση. Ο Robert Geller, ένας σεισμολόγος του Πανεπιστημίου του Τόκιο, είναι γνωστός για την απαισιοδοξία του σχετικά με την πρόβλεψη του σεισμού.
"Η έρευνα πρόγνωσης σεισμών δεν είναι πραγματικά κάτι", λέει μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου. "Απλώς συνίσταται στη συγκέντρωση πολλών δεδομένων με την ελπίδα ότι μπορεί να βρεθεί ένας αξιόπιστος« πρόδρομος ». Κανένας δεν έχει βρεθεί μέχρι σήμερα. "
Σύμφωνα με τον Geller, οποιαδήποτε εργαστηριακά αποτελέσματα σχετικά με σήματα σεισμού μπορούν να αγνοηθούν μέχρι να αναπαραχθούν με συνέπεια στον πραγματικό κόσμο. "Δεν έχω καμία αμφιβολία ότι μπορούν να βρουν πολλά εμφανή μοτίβα σε παρατηρούμενα δεδομένα εμφάνισης σεισμού που κοιτάζουν προς τα πίσω. Δεν βλέπω όμως κανέναν λόγο να πιστεύω ότι τέτοια σχέδια θα λειτουργήσουν με την πάροδο του χρόνου ", λέει ο Geller.
Το σφάλμα Cascadia από το νησί του Βανκούβερ σιγά-σιγά γλιστρά συνεχώς, προκαλώντας χαμηλή σεισμικότητα που δεν μπορείτε να νιώσετε, και στη συνέχεια σκαρφαλώνει πίσω στη θέση του περίπου μία φορά το χρόνο. Η πολύ μικρή μετατόπιση της επιφάνειας της Γης από αυτή την ολίσθηση μπορεί να παρακολουθηθεί, οπότε η ομάδα του Johnson προσπάθησε να δει αν το νέο σήμα που εντοπίζουν οι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης θα μπορούσε να προβλέψει την κίνηση.
"Και, ιδω και ιδια, χαρτογραφηθηκε στο ποσοστο μετατοπισης", ειχε ο Johnson.
Το ερώτημα τώρα είναι πώς το σήμα μπορεί να σχετίζεται με το κλείδωμα του σφάλματος-τα αλληλοσυνδεόμενα βράχια που έχουν κρατήσει τις τεκτονικές πλάκες από ολίσθηση δραστικά και προκαλώντας μεγάλο σεισμό για περίπου 300 χρόνια. Τελικά, το κλείδωμα του σφάλματος θα σπάσει, και ένας τεράστιος σεισμός θα χτυπήσει. Ίσως η ομάδα του σήματος Johnson να μελετήσει, ή ένα άλλο, αν και ακόμα μη-ανακαλυφθέν σήμα, θα μπορούσε να δώσει κάποια αίσθηση πότε θα συμβεί αυτό - αν τέτοια σήματα σχετίζονται με μεγάλους σεισμούς καθόλου.
