Před pěti lety by si Paul Johnson nemyslel, že by bylo možné předpovídat zemětřesení. Teď si není tak jistý.
"Nemohu říci, že to uděláme, ale doufám, že během desítek let uděláme hodně pokroku, " říká seismolog Los Alamos National Laboratory. "Jsem teď nadějnější než kdy předtím."
Hlavním důvodem této nové naděje je technologie, na kterou se Johnson začal zabývat zhruba před čtyřmi lety: strojové učení. Mnoho zvuků a malých pohybů podél tektonických zlomových linií, kde dochází k zemětřesení, bylo dlouho považováno za bezvýznamné. Strojové učení - školení počítačových algoritmů k analýze velkého množství dat k hledání vzorů nebo signálů - však naznačuje, že na některých malých seismických signálech může nakonec záležet.
Takové počítačové modely by se mohly ukázat jako klíčové pro uvolnění schopnosti předpovídat zemětřesení, což je vzdálená možnost, která je tak kontroverzní, mnoho seismologů to dokonce odmítá.
Když se v šedesátých letech minulého století začala prosazovat teorie deskových tektoniků, mnoho vědců se domnívalo, že předpověď zemětřesení byla jen otázkou času. Jakmile by bylo možné modelovat malé otřesy způsobené posunovacími deskami, mělo by se uvažovat, mělo by být možné předvídat větší dny zemětřesení nebo dokonce týdny předem. Síla zemětřesení však ovlivňuje mnoho faktorů, od horninového typu po vzdálenost zemního skluzu, a rychle se ukázalo, že modely malé tektonické činnosti nemohou poskytnout spolehlivý způsob, jak předpovědět velká zemětřesení. Možná malé posuny a skluzy, ke kterým dochází stokrát denně, by mohly naznačovat mírné zvýšení pravděpodobnosti velkého zemětřesení, ale i po roji drobné tektonické aktivity je stále velmi nepravděpodobné, že by došlo k velkému otřesu. Pokud se předpověď stane skutečností, je zapotřebí lepší signál pro příchozí zemětřesení.
Použití strojového učení k nalezení takového signálu je pravděpodobně daleko daleko - pokud je to dokonce možné. Ve studii zveřejněné koncem minulého roku Johnson a jeho tým navrhli, že by mohl existovat dříve ignorovaný seismický signál, který by mohl obsahovat vzorec odhalující, kdy by mohlo dojít k velkému zemětřesení - jako nechvalně a dlouho očekávané zemětřesení Cascadia v severozápadním Pacifiku -. Pokud hypotéza vyjde, mohla by změnit způsob předpovídání zemětřesení z vteřin předem, možná jednoho dne, desetiletí předem.
Poslední vylepšení v předpovídání zemětřesení byly ty vzácné sekundy. Seismologové pracují na zdokonalení systémů včasného varování, jako jsou systémy v Japonsku, a systému ShakeAlert, který se rozšiřuje podél západního pobřeží USA. Tyto systémy rozesílají výstrahy až po zemětřesení, které již začalo - ale včas zastavit věci, jako jsou výtahy nebo plynová potrubí a varovat komunity dále od epicentra.
Vrstva Země, ve které žijeme, je rozdělena na tucet nebo tak tektonickou, která se pohybuje vůči sobě. (USGS) Pokoušet se extrapolovat, jak velký bude vznikající zemětřesení, kde je jeho epicentrum a co bude ovlivněno, to vše z několika sekund dat, je již velká výzva, říká Johnson. Stávající varovné systémy nesprávně posoudily významná zemětřesení a na druhé vydaly falešné poplachy. Ale před rokem 2007 jsme si ani nevšimli vteřin. Kde bychom mohli být v roce 2027?
"Nevíme, jak dobře seismologie od nynějška skutečně povede, " říká Johnson. "Ale bude to mnohem lepší než dnes."
Pokroky v monitorování zemětřesení budou pravděpodobně záviset na počítačích, které byly vyškoleny k tomu, aby fungovaly jako odborníci seismologové. S dokonalou pamětí, málo předsudky a nulovou potřebou spánku mohou stroje třídit moře dat shromážděných při posunu tektonických desek. Všechny tyto informace jsou srovnatelné s tím, co byste slyšeli na přeplněné ulici - zvuky automobilů, lidí, zvířat a počasí dohromady. Vědci prohledávají tyto signály, přepsané jako vlny, ve snaze zjistit, zda některý z nich naznačuje, že došlo nebo se chystá zemětřesení. Naděje již dlouho spočívá v tom, že vtažený do veškerého šumu by mohl být nějaký prekurzor, který by mohl být měřen nebo pozorován, aby ukazoval dobu do dalšího velkého zemětřesení.
Jeden z těchto zvuků - to, co Johnson nazývá „signál podobný třesu“ - byl identifikován a studován po řadu let. "Hodil jsem všechno, co jsem měl v mé sadě nástrojů, a rozhodl jsem se, že tam nic není, " říká.
Algoritmy a počítače, které sestavil jeho tým, však sledovaly signál z poněkud odlišné perspektivy a zaměřovaly se na jeho energii. Tato energie (zaznamenaná jako amplituda, míra velikosti seismických vln) rostla „vždy tak nepatrně“ během cyklu zemětřesení, říká Johnson. Jakmile zemětřesení zasáhlo, amplituda signálu klesla a restartoval cyklus pravidelného růstu až do dalšího zemětřesení.
Byl to vzor.
Tento dříve ignorovaný signál, Johnson říká, „obsahoval prediktivní informace pro předpovídání dalšího cyklu zemětřesení“ minut předem v urychlených modelech poruch v laboratoři, což se v reálném životě překládá na desetiletí předem. Výsledky v laboratoři a ve skutečném světě však nejsou vždy v pořádku.
Cílem strojového učení není v tomto okamžiku pomoci při předpovídání zemětřesení, ale spíše porozumět zemětřesením, která již začala, nebo obecně dynamice zemětřesení. Pokroky v lokalizaci zemětřesení, odhadování velikosti a třídění podle „šumu“ však zlepšují naše chápání toho, jak zemětřesení působí, včetně toho, kdy by mohly zasáhnout.
"Chci objasnit, že to, co děláme, je jiné než předpověď." Ale ano, všechny tyto věci jsou nepřímo spojeny, “říká Mostafa Moustavi, Stanfordský seismolog, který pomocí strojového učení třídí šum v pozadí a detekuje malé zemětřesení.
Men-Andrin Meier, seismolog v Caltechu, říká, že jeho „nejlepší odhad je, že zemětřesení jsou ze své podstaty nepředvídatelná.“ Přesto však pracuje na využití strojového učení ke zlepšení systémů včasného varování a zlepšení v monitorování, které se týká těchto varování, by mohlo potenciálně zlepšit předpovědi zemětřesení. Lepší mapy poruch a lepší porozumění zemětřesným procesům, trendům a cyklům by mohly vést ke zlepšení předpovídání, říká Moustafa.
Přesto si někteří seismologové myslí, že „předpověď“ je fantazie. Robert Geller, seismolog z Tokijské univerzity, je známý svým pesimismem ohledně předpovědi zemětřesení.
"Výzkum předpovědi zemětřesení není ve skutečnosti věc, " říká e-mailem. „Jde jen o shromažďování velkého množství dat v naději, že lze najít spolehlivého„ předchůdce “. Žádný nebyl dosud nalezen. “
Podle Gellera mohou být jakékoli laboratorní výsledky týkající se zemětřesných signálů ignorovány, dokud nejsou trvale reprodukovány ve skutečném světě. "Nepochybuji o tom, že v pozorovaných datech výskytu zemětřesení mohou najít spoustu zjevných vzorů, které se dívají dozadu." Nevidím však žádný důvod si myslet, že takové vzorce budou fungovat včas, “říká Geller.
Porucha Cascadia u ostrova Vancouver pomalu sklouzává po celou dobu a vyvolává nízkou seismicitu, kterou necítíte, a pak se vrací asi jednou za rok zpět na místo. Velmi malé posunutí zemského povrchu od tohoto sklouznutí lze monitorovat, takže Johnsonův tým se pokusil zjistit, zda nový signál, který jejich algoritmy strojového učení identifikovaly, dokáže předvídat pohyb.
"A hle, hle, to zmapovalo rychlost vysídlení, " říká Johnson.
Otázkou nyní je, jak by se signál mohl týkat blokování poruchy - vzájemně propojené horniny, které zabraňovaly drastickému sklouznutí tektonických desek a způsobovaly zemětřesení asi 300 let. Nakonec se zablokování poruchy zlomí a zasáhne masivní zemětřesení. Možná signál, který Johnsonův tým studuje, nebo jiný dosud neobjevený signál, by mohl dát nějaký smysl, kdy k tomu dojde - pokud jsou takové signály vůbec spojeny s velkými zemětřeseními.
