Ο σεισμολόγος του Στάνφορντ Γκρέγκορι Μπερόζα έβγαινε για ψώνια μια μέρα όταν άκουσε ένα τραγούδι που δεν αναγνώριζε. Έτσι, έβγαλε το smartphone του και χρησιμοποίησε τη δημοφιλή εφαρμογή Shazam για να προσδιορίσει τη μουσική.
Το Shazam χρησιμοποιεί έναν αλγόριθμο για να βρει το "ακουστικό αποτύπωμα" για ένα τραγούδι-το κομμάτι ενός τραγουδιού που το κάνει μοναδικό- και το συγκρίνει με τη βάση δεδομένων του τραγουδιού.
Τι θα συμβεί αν, αναρωτιόταν ο Beroza, θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει μια παρόμοια τεχνική για να εντοπίσει τους σεισμούς;
Για χρόνια, οι σεισμολόγοι προσπαθούσαν να εντοπίσουν «μικροκάμπιες» - τέχνες τόσο μικροσκοπικές που δεν καταγράφουν καν σε παραδοσιακά εργαλεία μέτρησης. Ο προσδιορισμός των μικροκοιτίδων μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν τη σεισμική συμπεριφορά και ενδεχομένως να τους βοηθήσει να προβλέψουν επικίνδυνα σεισμικά γεγονότα.
Όπως τα τραγούδια, οι σεισμοί έχουν επίσης δακτυλικά αποτυπώματα.
"Η δομή της γης αλλάζει πολύ αργά, έτσι οι σεισμοί που συμβαίνουν κοντά ο ένας στον άλλο έχουν πολύ παρόμοιες κυματομορφές, δηλαδή, ανακινείται σχεδόν με τον ίδιο τρόπο", εξηγεί ο Beroza.
Με την πάροδο του χρόνου, οι ερευνητές δημιούργησαν βάσεις δεδομένων για τα δακτυλικά αποτυπώματα σεισμού, προκειμένου να εντοπίσουν τις μετακινήσεις εδάφους που μπορεί να είναι μικροκοιτίδες. Όταν συμβαίνει μια μετακίνηση εδάφους, οι σεισμολόγοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη βάση δεδομένων για να δουν αν συμφωνούν με οποιοδήποτε γνωστό αποτύπωμα σεισμού. Αλλά η χρήση αυτών των βάσεων δεδομένων είναι μια αργή διαδικασία και οι σεισμολόγοι προσπαθούν συχνά να διαβάζουν τεράστιες ποσότητες δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.
"Μπορείτε να φανταστείτε αν προσπαθούσατε να συγκρίνετε όλες τις ώρες με όλες τις άλλες φορές 365 ημέρες το χρόνο, 24 ώρες την ημέρα, γίνεται γρήγορα μια πολύ μεγάλη δουλειά", λέει ο Beroza. "Στην πραγματικότητα, παίρνει απίστευτα μεγάλο."
Πώς λειτουργεί το FAST (Στάνφορντ) (Στάνφορντ) Αλλά ένας αναγνώστης μικροκυμάτων με βάση το αλγόριθμο που βασίζεται στο Shazam θα μπορούσε να έχει τη δυνατότητα να κάνει το έργο σχεδόν αμέσως, δήλωσε ο Beroza.
Ο σεισμολόγος στρατολόγησε τρεις σπουδαστές με εμπειρία στη υπολογιστική γεωεπιστήμη για να δημιουργήσουν έναν αλγόριθμο. Μαζί, η ομάδα ήρθε με ένα πρόγραμμα που ονομάζεται Fingerprint and Similarity Thresholding (FAST). Το ακρωνύμιο είναι κατάλληλο: Η FAST μπορεί να αναλύσει μία εβδομάδα συνεχών σεισμικών δεδομένων σε λιγότερο από δύο ώρες, 140 φορές ταχύτερες από τις παραδοσιακές τεχνικές. Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές βάσεις δεδομένων, το FAST χρησιμοποιεί δακτυλικά αποτυπώματα για να συγκρίνει "όπως με, όπως", κόβοντας τη χρονοβόρα διαδικασία σύγκρισης όλων των σεισμών με όλους τους άλλους σεισμούς.
Τα αποτελέσματα της εργασίας της ομάδας δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο περιοδικό Science Advances .
"Η πιθανή χρήση του [FAST] είναι πραγματικά παντού", λέει ο Beroza. "Θα μπορούσε να είναι χρήσιμο για την ανεύρεση σεισμών κατά τη διάρκεια μετασεισμικών αλληλεπιδράσεων [οι μικρότεροι σεισμοί που ακολουθούν συχνά ένα μεγαλύτερο] για να κατανοήσουν τη διαδικασία με την οποία ένας σεισμός οδηγεί σε άλλο σεισμό".
Μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη στην κατανόηση της "επαγόμενης σεισμικότητας" - μικρού μεγέθους σεισμοί που προκαλούνται από την ανθρώπινη συμπεριφορά. Μια κοινή αιτία προκαλούμενης σεισμικότητας είναι η έγχυση υγρών αποβλήτων, όπου μολυσμένο νερό από διάτρηση πετρελαίου και αερίου απορρίπτεται με την έγχυση του σε βαθιά υπόγεια φρεάτια. Η έγχυση υγρών αποβλήτων πιστεύεται ότι είναι η αιτία του μεγαλύτερου σεισμού που προκλήθηκε από τον άνθρωπο στην ιστορία των ΗΠΑ, σεισμού μεγέθους 5.7 στην Οκλαχόμα το 2011. Οι εξορύξεις, η υδραυλική θραύση και η κατασκευή πολύ μεγάλων δεξαμενών είναι επίσης γνωστό ότι προκαλούν σεισμούς. Σε αντίθεση με τους φυσικούς σεισμούς, των οποίων ο αριθμός παραμένει συνεπής με τα χρόνια, οι σεισμοί που προκαλούνται από τον άνθρωπο αυξάνονται συχνότερα, λέει ο Beroza. Το FAST μπορεί να είναι ιδιαίτερα χρήσιμο σε αυτόν τον τομέα, δίνοντας στους ερευνητές μια καλύτερη εικόνα για το πόσο ανθρώπινες δραστηριότητες αποσταθεροποιούν το φλοιό της Γης.
Υπάρχουν ακόμα προκλήσεις πριν η FAST μπορεί να εφαρμοστεί πλήρως. Στην έρευνα της ομάδας, το FAST χρησιμοποιήθηκε μόνο με ένα μόνο όργανο σε μία γραμμή σφάλματος. Για να είναι ευρέως χρήσιμη, πρέπει να συνδεθεί σε δίκτυο μέσω σειράς σεισμικών αισθητήρων. Πρέπει επίσης να είναι ακόμα ταχύτερη, λέει ο Beroza. Η ομάδα εργάζεται επί του παρόντος για αυτές τις βελτιώσεις, και Beroza αναμένει να απελευθερώσει περισσότερα αποτελέσματα εντός του έτους.
