Когда мы начнём предсказывать землетрясения?

Предсказать землетрясения невозможно, но машинное обучение сделает это реальностью.

Как это станет реальностью? Какая технология необходима для понимания происходящего под поверхностью Земли? Над подобными вопросами работает команда экспертов из Лос-Аламосской национальной лаборатории, Университета штата Пенсильвания и Геологической службы США. На карту поставлены жизни.

В среднем около 10 000 человек умирают от землетрясений и каждый год происходит как минимум одно землетрясение магнитудой 8 баллов. В дополнение к целому ряду смертельных последствий (пожары и наводнения) землетрясения могут разрушить здания, грунт, вызвать оползни и послать разрушительные цунами.

Реальная угроза землетрясений

Многие люди не воспринимают землетрясение как большую угрозу, но история показала, что оно способно уничтожать целые города. Самое смертоносное землетрясение в истории произошло в Шаньси (Китай) в 1556 году и по оценкам погибли 830 000 человек.

Гайти 2010 год, в результате землятресения (7 баллов) погибло 222 570 человек, ранено 300 000 человек и еще 1,3 миллиона человек были эвакуированы. В 2004 году на Суматре (Индонезия) произошло землетрясение магнитудой 9,1. После землетрясения и последующего цунами 227 898 человек погибли или пропали без вести, 2 миллиона человек остались без жилья.

Шкала Рихтера классифицирует землетрясения на основании их силы и продолжительности, фиксируя колебания сейсмографа. Магнитуда 8 баллов или выше — классифицируется как сильное землетрясение. Для справки, самое сильное из когда-либо измеренных землетрясений было 9,5 — которое произошло у побережья Чили в 1960 году. 

Могут ли ученые предсказывать землетрясения? Короткий ответ — нет. Большинство землетрясений происходят на Тихоокеанском огненном поясе, где находится большая часть мировой вулканической активности и зон разломов. Зоны разлома — это места, где тектонические плиты сталкиваются и трутся друг о друга.

Тихоокеанское вулканическое огненное кольцо (Тихоокеанское огненное кольцо, Тихоокеанское кольцо, Тихоокеанский огненный пояс) — область по периметру Тихого океана, в которой находится большинство действующих вулканов и происходит множество землетрясений. Всего в этой зоне насчитывается 328 действующих наземных вулканов из 540 известных.

Эти столкновения происходят медленно. Со временем создаётся огромное давление. Когда напряжение между двумя пластинами ослабевает, энергия уходит в виде сейсмических волн — которые распространяются на поверхности земли создавая колебания. Землетрясения бывают и вдали от зон разломов, из-за сжатия или растяжения тектонических плит.

В результате землетрясения 2010 года в Гаити погибло 222 570 человек, 300 000 человек получили ранения, а число эвакуированных превысило 1 миллион.

Когда мы начнём предсказывать землетрясения?

Почему мы еще не умеем предсказывать землетрясения? 

Понять механику землетрясений сложно. Нельзя посмотреть сквозь поверхность земли на взаимодействие тектонических плит так же, как смотреть в телескоп за звёздами.

Этот барьер для наблюдения является одной из причин, почему предсказать землетрясения так проблематично. В настоящее время у нас нет никакого точного способа предсказания, кроме как наблюдение показателей, которые кажутся нам полезными (лунные фазы, приливы и поведение животных). 

Разработка прогноза землетрясения с помощью машинного обучения

Геофизик Пол Джонсон из Лос-Аламосской национальной лаборатории, профессор наук о Земле Крис Марон и другие исследователи, используют машинное обучение для развития науки о землетрясениях и создания модели для прогнозирования землетрясений.

Среди многих форм данных, доступных при наблюдениях землетрясений, есть акустические данные полученные от трения тектонических плит. В прошлом они просто игнорировалась, потому что их было так много, что человеку было невозможно в них разобраться. Но с машинным обучением геофизики могут использовать 100% данных.

Производство землетрясений для науки

В лаборатории Криса Марона (в Департаменте геологических наук штата Пенсильвания) исследователи используют машину для землетрясений, которая разработана для того, чтобы перетерать гранит под огромным давлением — для записи и анализа звука от трения.

Исследователи подают акустические данные от этих смоделированных землетрясений в компьютер, который может генерировать алгоритм прогнозирования на основе заданных показателей. Эти алгоритмы будут использоваться для прогнозирования, а затем прогнозы будут сравниваться с фактическими результатами.

Первый крупный прорыв в лаборатории произошел, когда исследователи смогли предсказать следующее землетрясение лабораторной машины на основе предыдущих данных. 

Масштабируемое трение — предсказатель землетрясения

Проблема с имитацией лабораторного эксперимента заключается в том, что землетрясения не обязательно происходят и повторяются в течение жизни человека. Сильные землетрясения в определенном месте могут случиться только раз в 50, 100 или 1000 лет, что делает чрезвычайно трудным тестирование модели прогнозирования.

Исследователи решили изучить особый тип движения плит, называемый «медленным скольжением» — во время которого пластины трутся друг о друга в течении дней, недель или месяцев — в отличие от сильного землетрясения, которое происходит внезапно и длится несколько минут.

Ученые наблюдали медленное скольжение плит под островом Ванкувер. Модели данных разработанные в лаборатории были похожими с наблюдениям в реальной жизни. Исследователи использовали данные собранные в Ванкувере, для создания новой модели машинного обучения, используя тот же метод практики в лаборатории. Машина прошла обучение с 15 зафиксированных событий. Примечательно, что алгоритм мог точно предсказать время скольжения плит и их смещение. 

Будущие предсказания землетрясений

Когда геологи говорят о прогнозировании, они имеют в виду способность предсказать время, местоположение и масштаб землетрясения для эвакуации людей.

Это исследование пока не спасет жизни, но участники проекта надеются, что они значительно продвинулись в науке о прогнозировании, что даст толчок дальнейшему развитию.

Создание модели прогнозирования землетрясений по всему миру, все еще является далекой целью. В течение следующего десятилетия мы не сможем точно прогнозировать землетрясения, но сможем более точно определить что предшествовало его началу. 

Мы только начинаем царапать поверхность возможностей машинного обучения. Поскольку ученые продолжают использовать этот новый инструмент, точное предсказание землетрясения может стать реальностью.

Рейтинг
Загрузка ...
Журнал MAGAZINE.TOWN