Νέα γεωφυσική μέθοδος θα μπορούσε να δώσει προειδοποίηση μηνών για μεγάλους σεισμούς;

Το κοινό θα μπορούσε να έχει μέρες ή μήνες προειδοποίησης για έναν μεγάλο σεισμό μέσω της αναγνώρισης προηγούμενων τεκτονικών αναταραχών χαμηλού επιπέδου σε μεγάλες περιοχές, σύμφωνα με έρευνα ενός επιστήμονα του Πανεπιστημίου της Αλάσκας Fairbanks που ανέλυσε δύο μεγάλους σεισμούς στην Αλάσκα και την Καλιφόρνια.

Επικεφαλής της εργασίας ήταν ο βοηθός καθηγητής ερευνητής Társilo Girona του Γεωφυσικού Ινστιτούτου UAF.

Χωροχρονική εξέλιξη της μέγιστης πιθανότητας αναταραχής (Pun; ή πιθανότητα να συμβεί σεισμός μεγάλου μεγέθους σε 30 ημέρες ή λιγότερο) στη Νότια Καλιφόρνια. Από: Nature Communications (2024).

Ο Girona, γεωφυσικός και επιστήμονας δεδομένων, μελετά την πρόδρομη δραστηριότητα ηφαιστειακών εκρήξεων και σεισμών. Η γεωλόγος Κυριακή Δρυμώνη του Πανεπιστημίου Ludwig-Maximilians-Universität στο Μόναχο της Γερμανίας είναι συν-συγγραφέας.

Η μέθοδος ανίχνευσης, που βασίζεται στη μηχανική μάθηση, δημοσιεύτηκε στις 28 Αυγούστου στο Nature Communications .

«Το έγγραφό μας δείχνει ότι οι προηγμένες στατιστικές τεχνικές, ιδιαίτερα η μηχανική μάθηση, έχουν τη δυνατότητα να εντοπίζουν πρόδρομους σεισμούς μεγάλου μεγέθους αναλύοντας σύνολα δεδομένων που προέρχονται από καταλόγους σεισμών», είπε ο Girona.

Οι συγγραφείς έγραψαν έναν αλγόριθμο υπολογιστή για να αναζητήσουν τα δεδομένα για να αναζητήσουν ανώμαλη σεισμική δραστηριότητα. Οι αλγόριθμοι είναι ένα σύνολο εντολών υπολογιστή που διδάσκουν ένα πρόγραμμα να ερμηνεύει δεδομένα, να μαθαίνει από αυτά και να λαμβάνει τεκμηριωμένες προβλέψεις ή αποφάσεις.

Επικεντρώθηκαν σε δύο μεγάλους σεισμούς: τον σεισμό 7,1 βαθμών του 2018 στο Anchorage και τον σεισμό Ridgecrest του 2019, στην Καλιφόρνια, με σειρά σεισμών μεγέθους 6,4 έως 7,1 βαθμών.

Διαπίστωσαν ότι περίπου τρεις μήνες ασυνήθιστης περιφερειακής σεισμικότητας χαμηλού μεγέθους είχε συμβεί σε περίπου 15% έως 25% της Νότιας Κεντρικής Αλάσκας και της Νότιας Καλιφόρνια πριν από κάθε έναν από τους δύο σεισμούς που μελετήθηκαν.

Η έρευνά τους διαπιστώνει ότι η αναταραχή που προηγείται των μεγάλων σεισμών καταγράφεται ως επί το πλείστον από σεισμική δραστηριότητα με μέγεθος κάτω από 1,5 Ρίχτερ.

Ο σεισμός του Άνκορατζ σημειώθηκε στις 30 Νοεμβρίου 2018, στις 8:29 π.μ., με επίκεντρο περίπου 10,5 μίλια βόρεια της πόλης. Προκάλεσε εκτεταμένες ζημιές σε ορισμένους δρόμους και αυτοκινητόδρομους, ενώ πολλά κτίρια υπέστησαν ζημιές.

Χρησιμοποιώντας το εκπαιδευμένο πρόγραμμα δεδομένων τους, ο Girona και η Drymoni βρήκαν με τον σεισμό του Anchorage ότι η πιθανότητα να συμβεί ένας μεγάλος σεισμός σε 30 ημέρες ή λιγότερες αυξήθηκε απότομα έως και περίπου 80% περίπου τρεις μήνες πριν από τον σεισμό της 30ης Νοεμβρίου. Η πιθανότητα αυξήθηκε στο 85% περίπου λίγες μέρες πριν συμβεί.

Είχαν παρόμοια ευρήματα πιθανότητας για την ακολουθία σεισμών Ridgecrest για μια περίοδο που ξεκινούσε περίπου 40 ημέρες πριν από την έναρξη της σεισμών.

Ο Girona και η Drymoni προτείνουν μια γεωλογική αιτία για τη δραστηριότητα του πρόδρομου μικρού μεγέθους: Μια σημαντική αύξηση της πίεσης του πόρου υγρού μέσα σε ένα ρήγμα.

Η πίεση υγρού πόρων αναφέρεται στην πίεση του ρευστού μέσα σε ένα βράχο. Οι υψηλές πιέσεις ρευστού πόρων μπορεί ενδεχομένως να οδηγήσουν σε ολίσθηση ρήγματος εάν η πίεση είναι επαρκής για να ξεπεραστεί η αντίσταση τριβής μεταξύ των τεμαχίων βράχου και στις δύο πλευρές του ρήγματος.

«Η αυξημένη πίεση ρευστού πόρων σε ρήγματα που οδηγούν σε μεγάλους σεισμούς αλλάζει τις μηχανικές ιδιότητες των ρηγμάτων, γεγονός που με τη σειρά του οδηγεί σε ανομοιόμορφες διακυμάνσεις στο τοπικό πεδίο τάσεων», είπε η Δρυμώνη. «Προτείνουμε αυτές οι άνισες παραλλαγές να ελέγχουν την ανώμαλη, πρόδρομη σεισμικότητα χαμηλού μεγέθους».

Η μηχανική μάθηση έχει σημαντικό θετικό αντίκτυπο στην έρευνα για τους σεισμούς, είπε ο Girona.

«Τα σύγχρονα σεισμικά δίκτυα παράγουν τεράστια σύνολα δεδομένων που, όταν αναλυθούν σωστά, μπορούν να προσφέρουν πολύτιμες γνώσεις για τους προδρόμους των σεισμικών γεγονότων», είπε. «Αυτό είναι όπου οι εξελίξεις στη μηχανική μάθηση και στους υπολογιστές υψηλής απόδοσης μπορούν να διαδραματίσουν μετασχηματιστικό ρόλο, επιτρέποντας στους ερευνητές να εντοπίσουν σημαντικά μοτίβα που θα μπορούσαν να σηματοδοτήσουν έναν επικείμενο σεισμό».

Οι συγγραφείς δηλώνουν ότι ο αλγόριθμός τους θα δοκιμαστεί σε καταστάσεις σχεδόν σε πραγματικό χρόνο για τον εντοπισμό και την αντιμετώπιση πιθανών προκλήσεων για την πρόβλεψη σεισμών. Η μέθοδος δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται σε νέες περιοχές χωρίς την εκπαίδευση του αλγόριθμου με την ιστορική σεισμικότητα αυτής της περιοχής, προσθέτουν.

Η παραγωγή αξιόπιστων προβλέψεων για τους σεισμούς έχει μια «βαθιά σημαντική και συχνά αμφιλεγόμενη διάσταση», είπε ο Girona.

«Η ακριβής πρόβλεψη έχει τη δυνατότητα να σώσει ζωές και να μειώσει τις οικονομικές απώλειες παρέχοντας έγκαιρες προειδοποιήσεις που επιτρέπουν την έγκαιρη εκκένωση και προετοιμασία», είπε. «Ωστόσο, η αβεβαιότητα που είναι εγγενής στην πρόβλεψη σεισμών εγείρει επίσης σημαντικά ηθικά και πρακτικά ερωτήματα».

«Οι ψευδείς συναγερμοί μπορούν να οδηγήσουν σε περιττό πανικό, οικονομική αναταραχή και απώλεια της εμπιστοσύνης του κοινού, ενώ οι χαμένες προβλέψεις μπορεί να έχουν καταστροφικές συνέπειες», είπε.

Γεωδίφης με πληροφορίες από University of Alaska Fairbanks,phys.org

Társilo Girona et al, Abnormal low-magnitude seismicity preceding large-magnitude earthquakes, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-51596-z

https://phys.org/news/2024-08-geophysicist-method-months-major-earthquakes.html