Землетрясения — одно из самых разрушительных и непредсказуемых природных явлений, ежегодно уносящее жизни тысяч людей и стирающее с лица земли целые города. Как напоминает трагедия в Нефтегорске на Сахалине в 1995 году, где погибло более 2000 человек, цена вопроса невероятно высока. Именно поэтому предсказание землетрясений остается одной из важнейших и сложнейших задач современной науки. В центре внимания исследователей находится сейсмический мониторинг, непрерывное наблюдение за колебаниями земной коры, которое помогает нащупать паттерны грядущих катастроф.
Суть сейсмического прогнозирования: долгосрочность vs краткосрочность
Сейсмическое прогнозирование традиционно делится на два основных направления: долгосрочная оценка сейсмической опасности и краткосрочный прогноз. Если первая задача более или менее решаема, то вторая до сих пор вызывает массу споров.
Оценка сейсмической опасности и распознавание зон
Согласно данным Института теории землетрясений и математической геофизики (ИТПЗ РАН), главная цель текущих исследований заключается в разработке новых подходов к оценке сейсмической опасности. Ученые занимаются распознаванием мест возможного возникновения сильных землетрясений в сейсмоактивных регионах России (в первую очередь в Курило-Камчатской зоне и на Сахалине) и приграничных областях. На выходе исследователи получают карты распределения условной вероятности возникновения сильного землетрясения.
Проблема краткосрочного прогноза
Для обычного человека важно знать не то, что землетрясение случится в ближайшие 50 лет, а то, что ему грозит опасность здесь и сейчас — за несколько дней. Именно такие краткосрочные прогнозы составляют для сейсмологов главную трудность. Как отмечают эксперты, основным признаком грядущего землетрясения часто считается исчезновение или уменьшение среднесрочных предвестников. Методика оценки использует комплекс прогностических признаков, которые в основном базируются на изучении поведения слабых землетрясений в преддверии сильного.
Предвестники: иллюзия контроля или реальный инструмент?
На сегодняшний день науке известно более 600 различных предвестников землетрясений. Это могут быть изменения в химическом составе подземных вод, электромагнитные аномалии, деформации грунта и, конечно, изменения сейсмической активности. Существуют даже запатентованные способы, например, изобретение RU2130195C1, суть которого заключается в преобразовании сейсмических волн в электрический сигнал и взятии отсчетов измеряемой величины в нескольких точках пространства.
Однако реальность сурова. Как признает сейсмолог Сухадолк, ни один из более 600 известных предвестников и никакой их набор не гарантируют предсказания землетрясений. Более того, землетрясения нередко происходят и вовсе без предвестников. В ближайшее время прорывных решений в классической сейсмологии не ожидается.
Нейросети и машинное обучение: Землетрясения 2.0
Несмотря на пессимизм классической сейсмологии, на сцену выходят новые технологии. Нейронные сети и методы машинного обучения открывают совершенно иные возможности для улучшения прогнозирования. Развивать методы прогнозирования пытаются все ведущие страны, страдающие от сейсмической проблемы: США, Китай, Япония, Индия. И именно ИИ дает надежду на прорыв.
Точность до часов: успехи японских ученых
В апреле 2024 года произошло знаковое событие: японские сейсмологи обучили нейросеть на большом каталоге сгенерированной сейсмической активности. Система машинного обучения научилась предсказывать землетрясения с точностью до часов. Искусственный интеллект способен анализировать колоссальные объемы данных, которые человеческий мозг просто не в состоянии обработать, находя неочевидные паттерны в поведении сейсмических волн.
Профессия будущего: прогнозист землетрясений
Появление ИИ в сейсмологии рождает новые профессии. По данным РБК Тренды, к 2025 году формируется такая специальность, как прогнозист землетрясений. Это специалист, который точно и своевременно предсказывает землетрясения с помощью машинного обучения. В этом процессе объединяются усилия разных дисциплин: команда математиков и нейрофизиологов пытается выявить предвестники и построить технологию прогноза, в то время как на сейсмологах остается сейсмический мониторинг и экспертиза сделанных прогнозов.
Осторожность и сбор статистики
Несмотря на успехи нейросетей, ученые призывают к осторожности. Как отмечает Сергей Попель, ссылаясь на успешные предсказания землетрясений за несколько дней: «Пока мы не можем дать такой гарантии. Трех землетрясений очень мало, чтобы утверждать, что метод надежно работает. Нужно набирать статистику».
Машинное обучение требует огромных массивов качественных данных, а сильные землетрясения — событие относительно редкое. Поэтому пока системы раннего предупреждения на базе ИИ помогают снизить риски для населения, но говорить о 100% надежности краткосрочного прогноза рано.
Предсказание землетрясений на основе сейсмических данных прошло долгий путь от поиска простых предвестников до использования сложных нейросетевых алгоритмов. Хотя точное предсказание времени и места катастрофы остается сложной задачей, интеграция классической сейсмологии с методами машинного обучения дает надежду на то, что в будущем человечество получит надежный инструмент для защиты от подземной стихии. Главное сегодня — продолжать мониторинг, совершенствовать алгоритмы и не забывать, что ни одна технология пока не заменяет необходимость строгого соблюдения сейсмостойких норм строительства.