Пре пет година Паул Јохнсон није могао да мисли да ће предвиђање земљотреса икада бити могуће. Сада, он није тако сигуран.
"Не могу рећи да хоћемо, али пуно се надам да ћемо постићи напредак у току деценија", каже сеизмолог Националне лабораторије из Лос Аламоса. "Сада се више надам него икад."
Главни разлог те нове наде је технологија коју је Јохнсон почео да проучава пре отприлике четири године: машинско учење. За многе звукове и мале покрете дуж тектонских линија раскола где се јављају земљотреси дуго се сматрало бесмисленим. Али машинско учење - обучавање рачунарских алгоритама за анализу велике количине података у потрази за обрасцима или сигналима - указује на то да би неки од малих сеизмичких сигнала могли бити значајни.
Такви компјутерски модели би се можда показали кључним за откључавање способности предвиђања земљотреса, удаљена могућност која је толико контроверзна, да многи сеизмолози одбијају да о томе чак и расправљају.
Када се теорија тектонике плоча учврстила у 60-има, многи научници сматрали су да је предвиђање земљотреса само питање времена. Једном када би се могли моделирати мали земљотреси узроковани помицањем плоча, и размишљање је ишло, требало би бити могуће предвидјети веће земљотресе данима или чак седмицама унапријед. Али мноштво фактора, од врсте стене до удаљености клизања, утиче на јачину земљотреса, и брзо је постало очигледно да модели тектонских активности малих размера не могу пружити поуздан начин предвиђања великих земљотреса. Можда би мале промене и проклизавања, који се догађају стотинама пута дневно, могли указивати на мало повећање вероватноће да ће потрес бити велики, али чак и након налета мање тектонске активности, велики потрес је још увек мало вероватан. Потребан је бољи сигнал за надолазећи потрес ако ће предвиђања икада постати стварност.
Коришћење машинског учења за проналажење таквог сигнала вероватно је далеко - ако је чак и могуће. У студији, објављеној крајем прошле године, Јохнсон и његов тим сугерирали су да би могао постојати претходно занемарени сеизмички сигнал који би могао садржавати образац који открива када би велики земљотрес - попут злогласног и дуго очекиваног потреса Каскадије на северозападу Пацифика - могао доћи до удара. Ако се хипотеза испуни, то би могло променити начин на који се прогнозирају земљотреси од секунде унапред до, можда једног дана, деценија унапред.
Последња побољшања у прогнозирању земљотреса биле су оне драгоцене секунде. Сеизмолози раде на побољшању система раног упозоравања попут оних у Јапану и СхакеАлерт система који се проводи дуж западне обале САД-а. Ти системи шаљу упозорења тек након што је потрес већ започео - али на време да се искључе ствари попут лифтова или гасовода и упозоре заједнице даље од епицентра.
Слој Земље на којој живимо разбијен је у десетак тектонских фракција које се крећу једна према другој. (УСГС) Покушај да се екстраполира колики ће потрес у току постати, где је његов епицентар и шта ће утицати, све из неколико секунди података, већ је велики изазов, каже Јохнсон. Постојећи системи упозоравања погрешно су процијенили велике земљотресе и дали лажне узбуне другима. Али пре 2007. нисмо ни имали секунде. Где би могли да будемо 2027. године?
„Не знамо колико ће сеизмологија заиста урадити деценију од сада“, каже Јохнсон. "Али биће много боље него данас."
Напредак у надзору земљотреса вероватно ће се ослањати на рачунаре који су обучени да делују као експерти сеизмолози. Са савршеном меморијом, мало унапред схваћених идеја и нула потребе за сном, машине могу да сортирају кроз море података прикупљених током померања тектонских плоча. Све су те информације упоредиве са оним што бисте чули у гужви на улици - бука аутомобила, људи, животиња и временских прилика све се помешала. Истраживачи пролазе кроз те сигнале, преписане као таласе, у покушају да открију да ли било који од њих указује на то да се земљотрес догађа или ће се ускоро догодити. Дуго се надала да би, угуран у сву ту буку, могао постојати некакав прекурсор који би се могао мерити или посматрати како би указао на дужину времена до следећег великог потреса.
Једна од тих бука - коју Јохнсон назива „сигналом сличном тремору“ - идентификована је и проучавана дуги низ година. „Бацио сам све што сам имао у кутију са алаткама и закључио да тамо нема ништа“, каже он.
Али алгоритми и рачунари које је поставио његов тим гледали су сигнал из нешто другачије перспективе, фокусирајући се на његову енергију. Та енергија (забиљежена као амплитуда, мјера величине сеизмичких таласа) је „све тако благо“ порасла током земљотресног циклуса, каже Јохнсон. Једном када је потрес погодио, амплитуда сигнала је опала и поново покренула циклус редовног раста, све док није погодио још један потрес.
То је био образац.
Тај раније занемарени сигнал, каже Јохнсон, "садржавао је предиктивне информације за предвиђање следећег земљотресног циклуса" минута унапред у убрзаним моделима кварова у лабораторији, што се деценијама унапред преводи у стварни живот. Али резултати у лабораторији и у стварном свету се не слажу увек.
У овом тренутку, машинско учење нема за циљ да помогне предвиђању земљотреса, већ да схвати потресе који су већ започели или потресну динамику уопште. Али напредак у лоцирању потреса, процењивању величине и сортирању "буке" побољшавају наше разумевање начина на који земљотреси делују, укључујући и када могу да нападну.
„Желим да појасним да је оно што радимо другачије од предвиђања. Али, да, све ове ствари су индиректно повезане “, каже Мостафа Моустави, сеизмолог са Станфорда који користи машинско учење да би сортирао позадинску буку како би открио мале потресе.
Мен-Андрин Меиер, сеизмолог из Цалтецх-а, каже да је "најбоље претпоставити да су земљотреси сами по себи непредвидиви." Али ипак, он ради на коришћењу машинског учења за побољшање система раног упозоравања и побољшања у мониторингу који иду у те упозорења могла би потенцијално побољшати прогнозе земљотреса. Боље карте грешака и боље разумевање земљотресних процеса, трендова и циклуса све би то могло ићи у побољшање предвиђања, каже Моустафа.
Иако су тако, неки сеизмолози сматрају да је „предвиђање“ фантазија. Роберт Геллер, сеизмолог са Универзитета у Токију, познат је по песимизму у погледу предвиђања земљотреса.
„Истраживање земљотреса у ствари није ствар“, каже он путем е-поште. „Једноставно се састоји од прикупљања пуно података у нади да ће се наћи поуздан„ претходник “. До данас није пронађена ниједна. "
Према Геллер-у, било какви лабораторијски резултати који се односе на земљотресне сигнале могу се игнорисати док се они не репродукују доследно у стварном свету. „Не сумњам да могу наћи пуно привидних образаца у опаженим подацима о земљотресима гледајући уназад. Али не видим разлога да мислим да ће такви обрасци успети да напредују с временом “, каже Геллер.
Грешка Цасцадије са острва Ванцоувер полако клизи све време, производећи малу сеизмичност коју не можете осетити, а затим се враћа на место отприлике једном годишње. Врло мали помак Земљине површине од тог клизања може се надгледати, па је Џонсонов тим покушао да види да ли нови сигнал који су препознали њихови алгоритми машинског учења може да предвиђа кретање.
"И ето, то је пресликало на стопу расељења", каже Јохнсон.
Питање је сада како се сигнал може односити на закључавање грешке - испреплетене стијене које су спречавале драстично клизање тектонских плоча и произвеле велики потрес током око 300 година. На крају ће се закључати грешка и доћи ће до великог земљотреса. Можда би сигнал који Џонсонов тим проучава или би неки други још увек неоткривени сигнал могао дати неки смисао када ће се то догодити - ако су такви сигнали уопште повезани са великим земљотресима.
