2024. április 14. (vasárnap) 06:20

Képesek leszünk-e valaha megjósolni a földrengéseket?

Földrengés

A délkelet-törökországban és észak-szíriában összeomló épületek tragédiája rávilágít arra, hogy milyen váratlanul érnek minket a földrengések. A tudósok keresik a módját, hogy minél előbb észrevegyék a földrengések korai figyelmeztető jeleit. A BBC arra keresi a választ, van-e remény elkerülni a jövőben a hasonló tragédiákat.

A földrengések hirtelen és figyelmeztetés nélkül történnek. A Törökország délkeleti részét és Észak-Szíriát sújtó két pusztító földrengés több ezer emberéletet követelt, és még többen megsérültek vagy fedél nélkül maradtak. Február 6-án a hajnali órákban az áldozatok többsége éppen aludt, amikor az első 7,8-as erősségű földrengés történt.

Az első földrengés szeizmikus hullámai érezhetőek voltak az egész világon. Néhány órával később ezt egy második, 7,5-ös erősségű földrengés követte.

A két földrengés különösen erős volt és a terület továbbra is remeg az utórengésektől. Az Egyesült Államok Geológiai Szolgálatának szakértői arra figyelmeztettek, hogy a túlélők és a régióba özönlő segítők jelentős kockázatnak vannak kitéve az újabb földcsuszamlások következtében.

És miközben a világ próbál minden segítséget megadni a Törökország és Szíria határának két oldalán lévő közösségeknek, egyesek azon tűnődnek, hogy miért nem láttuk ezt előre?

A kelet-anatóliai törésrendszer, ahol a földrengések előfordultak, egy tektonikus „hármas csomópont” része, ahol három tektonikus lemez – az anatóliai, arábiai és afrikai lemez – folyamatosan mozognak egymáson. 1970 óta csak három 6-os vagy annál nagyobb földrengés sújtotta a régiót, és sok geológus úgy vélte, hogy a régióban „elkésett” egy nagy földrengés.

Miért nem tudták mindezt megjósolni?

Valójában a földrengések előrejelzésének tudománya nagyon nehéz. Noha egy esemény megtörténte után gyakran vannak apró jelek a szeizmikus adatokban, sokkal nagyobb kihívást jelent tudni, hogy mit kell keresni, és ezt felhasználni az előrejelzések készítésére.

„Amikor földrengéseket szimulálunk a laboratóriumban, láthatjuk ezeket az apró jeleket, amelyek jelzik az eseményeket előre” – mondja Chris Marone, az olaszországi Sapienza Egyetem és a Penn State Egyetem geotudományok professzor, az Egyesült Államokban, Pennsylvaniában. „A természetben azonban sok a bizonytalanság azzal kapcsolatban, hogy miért nem látunk gyakran előrengéseket vagy jeleket arra, hogy nagy földrengés lesz.”

A geológusok már legalább az 1960-as évek óta próbálkoznak modern tudományos módszerekkel a földrengések előrejelzésére, de kevés sikerrel. Marone szerint ennek nagy része a rengéseket vizsgáló rendszerek összetettsége. Sok a szeizmikus zaj is – a Föld folyamatosan morog és dübörög, ami a forgalom, az építési munkák és a mindennapi élet antropogén zajával párosulva megnehezíti az egyértelmű jelek kiválasztását.

Az Egyesült Államok Geológiai Szolgálata szerint három dologra van szükség ahhoz, hogy egy igazán hasznos földrengés-előrejelzést készítsünk: a helyszín, ahol meg fog történni, mikor fog megtörténni és mekkora lesz a rengés. Egyelőre azt mondják, hogy ezt senki sem tudja teljes bizonyossággal megtenni.

Ehelyett a geológusok a „veszélytérképeken” a legjobb tippeket állítják elő, ahol kiszámítják egy földrengés valószínűségét néhány éven belül. Bár ezek segíthetnek bizonyos fokú tervezésben, például az építési szabványok javításában a leginkább veszélyeztetett területeken, nem biztosítanak olyan előrejelzési szintet, amely a lakosság korai figyelmeztetéséhez szükséges ahhoz, hogy evakuálhassanak vagy menedéket találjanak. És nem mindenki – aki egy földrengészónában él –, engedheti meg magának a földrengéseknek ellenállóbb infrastruktúrát.

„Törökországban és Szíriában sok hasonló tényező volt, ami azt jelentette, hogy az épületek olyan állapotban voltak, hogy egy kisebb rengéstől is összedőljenek” – mondja Marone. „A nyugati világ nagy részén léteznek szeizmikus megerősítési szabványok, amelyeket az 1970-es és 1980-as években vezettek be. De sokba kerül az épületek építése és felújítása.”

A tudósok több helyen keresik a jeleket

Tehát a tudósok ehelyett olyan módszereket kerestek, amelyekkel pontosabbá tehetik a földrengések előrejelzését. A szeizmikus jelek mellett sokfelé kerestek nyomokat – az állatok viselkedésétől kezdve a Föld felső légkörében fellépő elektromos zavarokig.
Kínai tudósok a Föld ionoszférájában elektromosan töltött részecskék hullámzását keresték a földrengéseket megelőző napokban.
Napjainkban azonban egyre nagyobb az izgalom a mesterséges intelligencia azon képessége körül, hogy képes észlelni és elemezni azokat a finom jeleket, amelyeket az emberek nem. A gépi tanulási algoritmusok hatalmas mennyiségű adatot elemeznek a múltbeli földrengésekből, hogy olyan mintákat keressenek, amelyek felhasználhatók a jövőbeli események előrejelzésére.

„Ez a fajta gépi tanuláson alapuló előrejelzés nagy érdeklődést váltott ki” – mondja Marone. Munkatársaival az elmúlt öt évben olyan algoritmusokat fejlesztenek, amelyek képesek észlelni a laboratóriumban szimulált földrengések előjeleit. Az ökölnyi gránittömbök segítségével újra elő tudják állítani a feszültség felhalmozódását és a súrlódást, amely egy réteg elcsúszása esetén felléphet, létrehozva az úgynevezett „laborrengéseket”.

„A rugalmas hullámok áthaladnak a rétegeken, ahol apránként megtörnek” – mondja Marone. „Az elasztikus tulajdonságok változásai és magában a vizsgált zónában létrejövő előrázásokból származó zaj alapján laboratóriumi körülmények között már megjósolhatjuk, hogy mikor következik be a rengés. Szívesen átvinnénk ezt a Földre, de még nem tartunk ott.”

A mesterséges intelligencia ezen előrejelző erejének átvitele a valós világ nagyobb és összetettebb környezetébe sokkal nagyobb kihívást jelent.

„Van néhány olyan eset, amikor az emberek rájöttek egy földrengés után, hogy mi alapján lehet előre jelezni, ami arra utal, hogy ez működhet” – mondja Marone. – De nagy áttörés még nem történt.

A kínai tudósok például az elektromosan töltött részecskék hullámzását keresték a Föld ionoszférájában a törészónák feletti mágneses tér változásai által okozott földrengéseket megelőző napokban. A pekingi Földrengés-előrejelzési Intézet Jing Liu vezette csoportja például azt mondta, hogy zavarokat észlelt a légkör elektronjaiban a kaliforniai Baja területét sújtó földrengés epicentruma felett 10 nappal a 2010. április eleji földrengés előtt.

Egy másik izraeli csoport a közelmúltban azt állította, hogy képes a mestersége intelligencia segítségével nagy földrengéseket 48 órával korábban 83%-os pontossággal előre jelezni az ionoszféra elektrontartalmának elmúlt 20 év során bekövetkezett változásait vizsgálva.

Kína egyértelműen az ionoszférában keresi a válaszokat. 2018-ban Kína elindította a Kínai Szeismo-Elektromágneses Műholdat (CSES) a Föld ionoszférájának elektromos anomáliáinak megfigyelésére. Tavaly a Kínai Földrengési Hálózat pekingi központjának tudósai azt állították, hogy 15 nappal a kínai szárazföldet 2021 májusában és 2022 januárjában sújtó földrengések előtt az elektronsűrűség csökkent az ionoszférában.

„Energiaátadás történhet a litoszféra és a felette lévő két réteg – vagyis a légkör és az ionoszféra – között” – mondja Mei Li, a Kínai Földrengés Hálózati Központ egyik kutatója. De azt mondja, hogy ennek a mechanizmusa még mindig ellentmondásos. És arra figyelmeztet, hogy még a műholdadatok alapján is messze vannak az eredményeik attól, hogy előre jelezzék a közelgő földrengést.

„Nem tudjuk meghatározni a pontos helyszínt, ahol a közelgő rengés megtörténik” – mondják a kutatók egy tanulmányban az eredményeikről. Li egy másik komplikációra is rámutat: a nagy földrengések változásokat idézhetnek elő az epicentrumuktól távol eső ionoszférában, ami megnehezíti a pontos hely megállapítását.

„Az ionoszférikus anomália megjelenhet a földrengés epicentruma körül, valamint annak mágnesesen konjugált pontján a másik féltekén, ami megnehezíti a közelgő esemény helyének megjósolását” – mondja.

Más kutatók más jeleket próbálnak értelmezni. Japánban egyesek azt állítják, hogy a földrengési zónák feletti vízgőz változásait felhasználhatják előrejelzések készítéséhez. A tesztek szerint ezek az előrejelzések 70%-os pontossággal rendelkeznek, bár csak azt mondják meg, hogy a következő hónapban valamikor földrengés történhet. Mások megpróbálták kihasználni a Föld gravitációjának parányi hullámait, amelyek egy rengés előtt előfordulhatnak.

De mindezen állítások ellenére senki sem tudta sikeresen megjósolni, hol és mikor és hol fog bekövetkezni egy földrengés, mielőtt megtörténne.

„Egyszerűen nem áll rendelkezésünkre az infrastruktúra, hogy elvégezzük a szükséges ellenőrzést” – mondja Morone. „Ki fog 100 millió dollárt (83 millió fontot) fektetni egy olyan típusú szeizmométer felszerelésére, amilyeneket a laborban használunk a jelek megfigyelésére? Tudjuk, hogyan kell előre jelezni a laboratóriumi rengéseket, de amit nem tudunk, az az, hogy a kelet-anatóliai törés például – ami a világ egy összetett régiójában található – nem egy egyszerű törési sík, hanem egy csomó dolog, ami összeér.”

És még a jobb előrejelzések mellett is felmerül a kérdés, hogy mit kezdjünk az információval. Amíg a pontosság nem javul, egész városok evakuálása vagy az emberek felkérése, hogy tartózkodjanak a veszélyeztetett épületektől, költséges lehet ha hibákat követnek el. De Marone a meteorológiai előrejelzések világában keresi, hogy mi történhet, ha javulnak az adatok.

„Már előre megjósolják a nagy időjárási eseményeket bizonyos pontossággal” – mondja Marone. Ez lehetővé teszi a kormányzati szervek számára, hogy felkészüljenek a vészhelyzetekre adott eseményekre, például hurrikánokra, és figyelmeztetéseket adjanak ki a lakosságnak, amelyek segíthetik biztonságukat. Marone szerint még évekre van szükség ahhoz, hogy valami hasonlót lehessen tenni a földrengések ellen. – Jelenleg ennek a közelében sem vagyunk.

A mesterséges intelligencia ma még csak a mentések hatékonyabbá és biztonságosabbá tételében segíthet

Az egyik terület, ahol a mesterséges intelligencia közvetlenebb szerepet játszhat, az a földrengés után közvetlenül bekövetkező események. A Tohoku Egyetem és a kínai Renmin Egyetem kutatói olyan eszközöket fejlesztenek, amelyek mesterséges intelligencia segítségével osztályozzák a természeti katasztrófák által okozott károkat a műholdfelvételek alapján, így a kormányokat és a mentőcsapatokat oda lehet küldeni, ahol a legnagyobb szükség van rájuk. Algoritmusokat használ az épületek sérüléseinek felmérésére és a teljesen megsemmisült vagy potenciálisan veszélyes szerkezetek azonosítására.

Azt is remélik, hogy a gépi tanulási algoritmusok segíthetnek megvédeni a mentőket és a földrengések túlélőit azáltal, hogy jobban megjósolhatják a nagy földrengést követő utórengéseket. Ezek óriási kockázatot jelenthetnek azáltal, hogy a kezdeti földrengés következtében instabillá vált épületeket elmozdítják és további pusztítást okoznak.

A Harvard Egyetem kutatói például mély tanulást – a gépi tanulás egyik formáját – alkalmazzák az utórengések mintáinak tanulmányozására, abban a reményben, hogy előre tudják azokat jelezni.

„Nagyon jól értjük, mi történik egy nagy rengés után, és miért fordulnak elő utórengések” – mondja Marone. „De ez még mindig nem teljes. Tudósokként jobban kell tudnunk, ha egy kisebb földrengés még nagyobb rengésekhez vezethet, de mindig van bizonytalanság.

„Nem kell sokat tudnod a földrengésekről és utórengésekről, hogy rájöjj, ami Törökországban történt, az egy nagyon ritka eset, amikor két igazán nagy földrengés volt egymás közelében. A másodikat az első váltotta ki, és ez két hatalmas földrengéshez vezetett.”

 

 

Kapcsolódó
Még több tudomány…