Η πρόβλεψη του πότε και πού θα σημειωθεί ο επόμενος μεγάλος σεισμός παραμένει ένα από τα πιο δύσκολα προβλήματα της γεωεπιστήμης. Ερευνητές του Κέντρου Γεωεπιστημών Helmholtz (GFZ), με επικεφαλής τον δρ. Sadegh Karimpouli και την καθηγήτρια Patricia Martínez-Garzón, έχουν αναπτύξει μια νέα μέθοδο ανάλυσης δεδομένων που ενδέχεται να αλλάξει τα δεδομένα στην πρόγνωση σεισμών. Αυτή η μέθοδος μπορεί να εντοπίζει χαρακτηριστικές μεταβολές στη σεισμική δραστηριότητα πριν από την εκδήλωση μεγάλων σεισμών.
Η καινοτόμος προσέγγιση βασίζεται σε τεχνικές μη επιβλεπόμενης μηχανικής μάθησης, επιτρέποντας στον αλγόριθμο να ανακαλύπτει μόνος του πρότυπα μέσα στα σεισμολογικά δεδομένα, χωρίς να βασίζεται σε προκαθορισμένες υποθέσεις. Η μέθοδος έχει δοκιμαστεί σε σεισμούς που έχουν μελετηθεί εκτενώς, όπως αυτοί του Καχραμανμαράς στην Τουρκία το 2023, του Ικίκε στη Χιλή το 2014 και της Λ’ Άκουιλα στην Ιταλία το 2009, όπου εντοπίστηκαν διακριτά μοτίβα προσεισμικής δραστηριότητας.
Αντίθετα, σε περιπτώσεις όπως ο σεισμός της Νότο στην Ιαπωνία το 2024 και του Αματρίτσε στην Ιταλία το 2016, η μέθοδος δεν εντόπισε προσεισμικά φαινόμενα. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι το νέο εργαλείο μπορεί να συμβάλει ουσιαστικά στη βελτίωση των συστημάτων επιχειρησιακής πρόγνωσης σεισμών.
Η πρόκληση της πρόγνωσης σεισμών
Η πρόβλεψη του χρόνου, της τοποθεσίας και του μεγέθους ενός μελλοντικού σεισμού αποτελεί διαχρονικά έναν από τους μεγαλύτερους επιστημονικούς γρίφους. Οι ερευνητές επικεντρώνονται στην αναζήτηση προσεισμικών φαινομένων, δηλαδή διεργασιών που προηγούνται ορισμένων μεγάλων σεισμών και θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως προειδοποιητικά σημάδια.
Στα φαινόμενα αυτά περιλαμβάνονται οι προσεισμοί και οι αργές μετακινήσεις των ρηγμάτων κοντά στο μελλοντικό επίκεντρο. Ωστόσο, τα χαρακτηριστικά αυτών των φαινομένων διαφέρουν σημαντικά ανάλογα με το είδος του ρήγματος και τις γεωλογικές συνθήκες.
Αναγνώριση προτύπων με μη επιβλεπόμενη τεχνητή νοημοσύνη
Η νέα μελέτη διαφοροποιείται σημαντικά από τις προηγούμενες, καθώς οι ερευνητές δεν αναζητούν συγκεκριμένα προσεισμικά φαινόμενα, αλλά αφήνουν τα δεδομένα να αποκαλύψουν τη δομή τους. Ο δρ. Sadegh Karimpouli εξηγεί: «Αντί να αναζητούμε συγκεκριμένα προσεισμικά φαινόμενα, αφήσαμε τα ίδια τα δεδομένα να αποκαλύψουν τη δομή τους, αξιοποιώντας τη μη επιβλεπόμενη μάθηση». Παρόμοια τεχνολογία έχει ήδη χρησιμοποιηθεί με επιτυχία για τον έγκαιρο εντοπισμό κατολισθήσεων και ηφαιστειακών εκρήξεων.
Από τους μεμονωμένους σεισμούς στις «οικογένειες» σεισμών
Μία ακόμη σημαντική καινοτομία της έρευνας είναι η μελέτη των σεισμών ως «οικογένειες» γεγονότων, δηλαδή ομάδες γεγονότων που συνδέονται στενά μεταξύ τους. Ο καθηγητής Marco Bohnhoff σημειώνει: «Οι σεισμοί δεν είναι απομονωμένα γεγονότα. Επηρεάζουν ο ένας τον άλλον και όσο πλησιάζει η στιγμή της ρήξης, τόσο ισχυρότερη γίνεται αυτή η αλληλεπίδραση». Αναλύοντας τη συλλογική τους συμπεριφορά, οι ερευνητές μπορούν να κατανοήσουν καλύτερα πώς συσσωρεύονται οι τάσεις στον γήινο φλοιό πριν από έναν μεγάλο σεισμό.
Εντοπισμός κρίσιμων καταστάσεων
Η μέθοδος εφαρμόστηκε σε τρεις μεγάλες σεισμικές ακολουθίες, όπου υπήρχαν ήδη ενδείξεις προσεισμικής δραστηριότητας. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι επιστήμονες εντόπισαν μια νέα κατηγορία σεισμικής συμπεριφοράς λίγο πριν από τον κύριο σεισμό, με χαρακτηριστικά όπως αυξημένη ομαδοποίηση και αλληλεπίδραση μεταξύ των σεισμών.
«Παρατηρούμε μια μετάβαση από σχετικά σταθερή σεισμική δραστηριότητα σε μια πιο οργανωμένη και κρίσιμη κατάσταση λίγο πριν από τη θραύση του ρήγματος», αναφέρει ο Karimpouli.
Περιορισμοί της μεθόδου
Η μελέτη αναδεικνύει και έναν σημαντικό περιορισμό: δεν εμφανίζουν όλοι οι μεγάλοι σεισμοί ανιχνεύσιμα προσεισμικά χαρακτηριστικά. Η καθηγήτρια Patricia Martínez-Garzón επισημαίνει ότι «ορισμένα ρήγματα μπορεί να σπάσουν χωρίς να εμφανίσουν εμφανή σεισμικά προειδοποιητικά σημάδια». Η διερεύνηση των συνθηκών υπό τις οποίες εμφανίζονται τα προσεισμικά φαινόμενα αποτελεί βασικό στόχο του ευρωπαϊκού ερευνητικού προγράμματος ERC Starting Grant QUAKEHUNTER.
Προς πιο αξιόπιστη πρόγνωση σεισμών
Οι ερευνητές προχώρησαν σε προσομοίωση πραγματικών συνθηκών πρόγνωσης, χρησιμοποιώντας μόνο τα σεισμικά δεδομένα που ήταν διαθέσιμα πριν από κάθε μεγάλο σεισμό. Η ξαφνική εμφάνιση μιας νέας κατηγορίας σεισμικής συμπεριφοράς μπορεί να αποτελεί ένδειξη ότι το ρήγμα εισέρχεται σε μια διαφορετική και πιθανώς πιο κρίσιμη φάση. «Αυτό δεν σημαίνει ότι μπορούμε να προβλέψουμε με απόλυτη βεβαιότητα έναν σεισμό», διευκρινίζει ο Karimpouli, «αλλά μας προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για να αναγνωρίζουμε πότε ένα σύστημα ρηγμάτων συμπεριφέρεται διαφορετικά από το φυσιολογικό».
Μια νέα ματιά στον τρόπο που γεννιούνται οι μεγάλοι σεισμοί
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι ο συνδυασμός φυσικών χαρακτηριστικών της σεισμικότητας με τεχνικές μηχανικής μάθησης επιτρέπει την αποκάλυψη διεργασιών που δύσκολα μπορούν να εντοπιστούν με τις συμβατικές μεθόδους. «Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι η μηχανική μάθηση μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό των προσεισμικών φάσεων», καταλήγει η Martínez-Garzón. «Το επόμενο βήμα είναι να ενσωματώσουμε αυτές τις μεθόδους σε συστήματα παρακολούθησης σε πραγματικό χρόνο».
