ژاپنی ها برای تشخیص زلزله با سرعت نور روش جدیدی ابداع کردند

یک الگوریتم که برای پیاده سازی در ژاپن طراحی شده می تواند لرزش های غول پیکر را سریع تر و قابل اطمینان تر شناسایی کند.

به گزارش تک ناک ،دو دقیقه پس از لرزش بزرگترین صفحه زمین شناسی جهان در سواحل ژاپن، سازمان هواشناسی این کشور آخرین هشدار خود را به حدود 50 میلیون نفر از ساکنان این کشور صادر کرد و خبرداد زمین لرزه ای به بزرگی 8.1 ریشتر سونامی ایجاد کرده که به سمت ساحل می رود.
اما ساعاتی از رسیدن امواج نگذشته بود که کارشناسان اندازه واقعی زلزله 11 مارس 2011 توهوکو را اندازه گیری کردند. در نهایت، قدرت آن 9 ریشتر بود که بیش از 22 برابر پیش‌بینی کارشناسان انرژی آزاد کرد و حداقل 18 هزار کشته برجای گذاشت.
اکنون، دانشمندان با استفاده از الگوریتم‌های کامپیوتری برای شناسایی امواج گرانشی که از گسل با سرعت نور شلیک می شوند، راهی پیدا کرده‌اند که تخمین‌های دقیق‌تر را سریع‌تر انجام می دهد.
ریچارد آلن، زلزله شناس دانشگاه کالیفرنیا در برکلی می گوید: «این یک راه کاملاً جدید برای شناسایی زمین لرزه های بزرگ است. اگر بخواهیم این الگوریتم را پیاده‌سازی کنیم، مطمئن‌تر می‌شویم که یک زلزله واقعاً بزرگ رخ داده و می‌توانیم این هشدار را زودتر در منطقه بسیار بزرگ‌تری منتشر کنیم.»

دانشمندان معمولاً زلزله ها را با رصد ارتعاشات زمین یا امواج لرزه ای با دستگاه هایی به نام لرزنه نگار تشخیص می دهند. میزان هشدار اولیه ای که می توانند ارائه کنند به فاصله بین زلزله و لرزه سنج ها و سرعت امواج لرزه ای که کمتر از 6 کیلومتر در ثانیه حرکت می کنند بستگی دارد.
شبکه‌های ژاپن، مکزیک و کالیفرنیا چند ثانیه یا حتی چند دقیقه هشدار اولیه ارائه می‌کنند و این فرایند برای لرزه‌های نسبتاً کوچک به خوبی کار می‌کند. اما فراتر از 7 ریشتر، امواج زلزله می توانند لرزه نگارها را اشباع کنند.
آلن می گوید این امر باعث می شود که شناسایی مخرب ترین زمین لرزه ها، مانند زلزله توهوکو ژاپن، چالش برانگیز باشد.

اخیراً، محققانی که درگیر رصد امواج گرانشی هستند – موج‌هایی در فضا-زمان که در اثر حرکت اجسام عظیم ایجاد می‌شوند – متوجه شدند که سیگنال‌های گرانشی که با سرعت نور حرکت می‌کنند، ممکن است برای رصد زمین‌لرزه‌ها نیز کاربرد داشته باشند.
برنارد وایتینگ، فیزیکدان دانشگاه فلوریدا که روی رصدخانه امواج گرانشی تداخل سنج لیزری کار می‌کرد، می‌گوید: «ایده این است که به محض اینکه جرم به هر نقطه‌ای حرکت می‌کند، میدان گرانشی تغییر می‌کند، و … همه چیز آن را احساس می‌کند. آنچه شگفت‌انگیز بود این بود که سیگنال حتی در لرزش نیز نشان داده می شوند.
در سال 2016، وایتینگ و همکارانش گزارش دادند که لرزه نگار های معمولی می‌توانند این سیگنال‌های گرانشی را شناسایی کنند. زمین لرزه منجر به جابجایی بزرگ درجرم می شود. این جابه‌جایی‌ها اثرات گرانشی ایجاد می‌کنند که باعث تغییر شکل در میدان‌های گرانشی موجود و هم زمین زیر لرزه نگار می شود. با اندازه گیری تفاوت بین این دو، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که می توانند نوع جدیدی از سیستم هشدار اولیه زلزله را ایجاد کنند. سیگنال های گرانشی قبل از رسیدن اولین امواج لرزه ای، در بخشی از لرزه نگاری که به طور سنتی نادیده گرفته می شود، روی لرزه نگارها ظاهر می شوند.
وایتینگ می‌گوید با ترکیب سیگنال‌های ده‌ها لرزه نگار بر روی یکدیگر، دانشمندان می‌توانند الگوهایی را برای تفسیر اندازه و مکان رویدادهای بزرگ شناسایی کنند.

اکنون آندریا لیچیاردی، فوق دکترای دانشگاه کوت دازور و همکارانش یک الگوریتم یادگیری ماشینی برای انجام این تشخیص الگو ساخته اند. آنها این مدل را بر روی صدها هزار زلزله شبیه سازی شده قبل از آزمایش آن بر روی مجموعه داده های واقعی از توهوکو آموزش دادند. محققان امروز در Nature گزارش می دهند که این مدل به طور دقیق بزرگی زمین لرزه را در حدود 50 ثانیه پیش بینی کرد – سریع تر از سایر سیستم های هشدار اولیه پیشرفته.

وایتینگ می‌گوید، این چیزی بیش از بذر یک ایده است – آنها نشان داده‌اند که می‌توان آن را انجام داد. «آنچه ما نشان دادیم دلیلی بر اثبات اصول بود. آنچه آنها نشان می دهند، دلیلی برامکان اجرای آن است.»

سیگنال‌های گرانشی آن‌قدر ضعیف هستند که نمی‌توان از آنها برای تشخیص زمین‌لرزه‌های کوچک‌تر از 8.3 ریشتر با فناوری کنونی استفاده کرد و بعید است که این سیستم در مناطق زلزله‌ای که قبلاً با لرزه نگار ها پوشانده شده‌اند، اخطار بیشتری ارائه کند. آلن می‌گوید اما می‌تواند تخمین‌های قابل‌اعتمادتری از اندازه زمین‌لرزه‌های بزرگ ارائه دهد، که بسیار مهم است، به‌ویژه برای پیش‌بینی سونامی، که اغلب برای رسیدن به آن ۱۰ یا ۱۵ دقیقه زمان لازم است.
ژان پل آمپوئرو، زلزله شناس در دانشگاه کوت دازورر مگوید: با این روش، لرزه شناسان در ژاپن می توانستند بزرگی توهوکو را به دقت تعیین کنند و هشدارهای مناسب را «1 یا 2 دقیقه پس از شروع زمین لرزه» اعلام کنند. در سال 2011، ساعت ها طول کشیدتا هشدار سونامی اعلام شود”.

این فناوری هنوز عملیاتی نشده است زیرا هنوز داده ها را در زمان واقعی پردازش نکرده است. این مدل قرار است در ژاپن مستقر شود – اما فقط برای زمین لرزه های ایجاد شده توسط یک منطقه گسلی خاص که احتمالاً زلزله های بزرگ را ایجاد میکند.
لیچیاردی می گوید که این الگوریتم برای استفاده در مناطق مختلف باید به طور جداگانه آموزش داده شود و محققان در حال حاضر این کار را برای شبکه های لرزه نگاری در پرو و شیلی انجام می دهند.
با این حال، آلن می گوید: «ما یک الگوریتم نسل اول داریم… این یک گام بزرگ به جلو است. “حالا بیایید برویم و بفهمیم که آیا واقعاً کار می کند یا خیر.”