Недавно команда «Лос-Аламосской национальной лаборатории» в Нью-Мексико, США, обучила алгоритм машинного обучения предсказывать землетрясения. Команда не уверена, можно ли использовать эту технологию для предсказания реальных землетрясений. В настоящее время это результат лабораторных исследований. Но эта технология может открыть новый путь для исследований в области предсказания землетрясений.

По статистике, количество людей, погибших в результате землетрясения, ошеломляет. Приблизительно 10 000 человек умирают каждый год в результате землетрясений и стихийных бедствий, возникших после землетрясений, но фактическое число жертв может быть даже больше. В 2004 году более 230 000 человек на побережье Суматры погибли в результате цунами, вызванного землетрясением силой 9 баллов; в 2010 году более 200 000 человек погибли в результате землетрясения силой 7 баллов на Гаити; в 1556 году в результате землетрясения в Китае погибло более 800 000 человек.

Поэтому мы рассчитываем на очень эффективный метод прогнозирования землетрясений.

В Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико Бертран Руэ-Ледюк и несколько его партнеров некоторое время назад открыли довольно неожиданный секрет. Они обучили алгоритм машинного обучения полагаться только на звуки, издаваемые давлением, для наблюдения за признаками приближающегося землетрясения в лаборатории. Команда еще не уверена, можно ли использовать эту технологию для реального предсказания землетрясений, поэтому они были очень осторожны; но их технологии и работа действительно открыли новый путь для исследований в области предсказания землетрясений.

Во-первых, позвольте мне представить некоторую соответствующую справочную информацию. Долгое время геологи могли предсказать приблизительную вероятность землетрясения. Метод, который они используют, состоит в том, чтобы узнать время движения разломов землетрясений в истории и использовать некоторую периодичность, обнаруженную в них, для приблизительного прогнозирования будущего движения разломов. время.

Одним из самых известных примеров является разлом Сан-Англия в Паркфилде, Калифорния, один из наиболее тщательно изученных разломов в мире. Согласно записям, исторические землетрясения происходили здесь в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годах. Эти данные намекают на характер и регулярность землетрясений в Сан-Англиасе примерно каждые 22 года. Поэтому геологи предсказывают, что следующее землетрясение произойдет между 1988 и 1993 годами, а следующее землетрясение должно произойти в 2004 году.

Вероятно, это лучший уровень, которого можно достичь при прогнозировании землетрясений. В большинстве других мест погрешность величины будет еще больше.

Такие прогнозы способствуют реализации различных вопросов, таких как установление индикаторов землетрясений в сейсмоопасных районах; но предотвратить гибель людей при землетрясениях практически невозможно. Следовательно, временной интервал прогноза должен быть в днях, чтобы получить более точный прогноз. Практически нет доказательств того, что такое предсказание в единицах дней возможно, хотя есть много слухов о том, что животные могут воспринимать надвигающееся землетрясение.

Работа Руэ-Ледюка и его партнеров, вероятно, изменит это явление. Вытащив блок, зажатый между двумя блоками, они создали в лаборатории искусственное землетрясение. На контактную поверхность этих строительных блоков они наложили смесь горных пород, называемую «бороздой разломов», для имитации реальных разломов.

Эта искусственная сейсмическая система до сих пор полностью изучена. Из этого геологи знают, что, когда вот-вот произойдет землетрясение, «трещина разлома» начнет падать, и вместе с разломом она издаст «скрип» и «потрескивание» - особый «шепот землетрясения», а затем Этот блок упадет, и время падения кажется периодическим.

Эта система имеет много общего с реальными землетрясениями. Например, распределение ползунков по размеру такое же, как у реальных землетрясений. Он может производить много маленьких ползунков и несколько больших ползунков такого размера. Распределение такое же, как при реальном землетрясении, в соответствии со знаменитым «соотношением Гутенберга-Рихтера». Таким образом, геологи убеждены, что эта система может имитировать, по крайней мере, часть реального поведения.

Пока возникает вопрос: можно ли использовать звук, издаваемый при возникновении неисправности, для оценки времени следующей неисправности? До сих пор никто не нашел в этих звуках фиксированного паттерна, который можно было бы использовать для оценки времени. Но Руэ-Ледюк применил совершенно новый подход.

Они записали все звуки, издаваемые во время эксперимента, а затем загрузили их в алгоритм машинного обучения. Это было сделано, чтобы увидеть, сможет ли машина расшифровать звуковые паттерны, которые геологи не могут расшифровать сейчас.

Результат этой попытки очень удивителен. Исследователи вводят в алгоритм скользящее окно звука, а затем позволяют ему мгновенно предсказывать каждый возможный момент землетрясения. Что удивило исследователей, так это то, что машины давали очень точные предсказания приближающихся землетрясений, хотя некоторые землетрясения не были неизбежными. Они сказали:

Мы просто позволяем алгоритму прослушивать звуковой сигнал при возникновении неисправности в лаборатории, и машинное обучение может точно предсказать время, оставшееся до возникновения неисправности.

На самом деле настоящая загадка заключается в том, «как именно машина это делает?» Руэ-Ледюк предполагает, что предвестник землетрясения может быть намного меньше, чем предполагалось ранее, поэтому в реальной жизни он обычно не регистрируется. Похоже, что машина обнаружила совершенно новый сигнал, который ранее геологи ошибочно приняли за шум, производимый землетрясением в лаборатории. Они сказали:

Наш анализ машинного обучения может по-новому взглянуть на «физику скольжения».

Это интересная и важная работа. Первый и самый важный вопрос, который возникает при этом: может ли та же самая технология точно предсказывать землетрясения в реальности?

Руэ-Ледюк и его команда очень заинтересованы в этом аспекте. Они указали, что лабораторный эксперимент сильно отличается от реальной земли в различных важных аспектах: величине давления резания в эксперименте. Магнитуда больше, чем реальное землетрясение, а температура вырезанной породы отличается от фактического землетрясения.

Однако на некоторых других уровнях лабораторные землетрясения все еще очень похожи на реальные землетрясения. Поэтому следующая цель команды - применить этот же анализ к тем реальным землетрясениям, которые больше всего похожи на землетрясения в лаборатории. Землетрясение в Паркфилде - одно из таких настоящих землетрясений. Паркфилд пережил неоднократные землетрясения за короткий период времени. Команда сказала: «Эти сломанные слои могут издавать шепот землетрясения, как в лаборатории».

Этот большой тест, конечно, будет использоваться для точного предсказания землетрясений в реальности, но это будет трудная задача, требующая многих лет тщательного изучения и наблюдения.

В то же время, эта технология также может применяться для прогнозирования других материалов, подобных землетрясениям, таких как самолеты и турбины на электростанциях.

Независимо от того, как эта новая технология применяется, Rouet-Leduc уже вызвала волну в геологическом сообществе. Как они сами сказали в аннотации:

Готова почва для продвижения и развития сейсмической науки.