Μπορούν να προβλεφθούν οι σεισμοί; Από τις κατσίκες στην τεχνητή νοημοσύνη

Οι τρομακτικοί σεισμοί στη μεθόριο Τουρκίας - Συρίας έδειξαν ότι παρά την επιστημονική πρόοδο στην σεισμολογία, δεν είναι ακόμη δυνατή η ακριβής πρόγνωση για το πότε θα «ξυπνήσει» ο Εγκέλαδος, κάθε φορά. Ανεξάρτητα από το πόσο σκληρά προσπαθεί η επιστήμη. «Συνήθως δεν υπάρχουν αξιόπιστα πρόδρομα φαινόμενα για έναν ισχυρό σεισμό», λέει ο σεισμολόγος Τόρστεν Ντάμ από το Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών στο Πότσνταμ.

Ωστόσο, υπάρχουν βραχυπρόθεσμα σημάδια που μπορούν να προειδοποιήσουν τους ανθρώπους σε σεισμογενείς περιοχές, να φτάσουν σε ασφαλή σημεία.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, μικρότεροι σεισμοί προαναγγέλλουν έναν μεγαλύτερο. Αλλά αυτό μπορεί να γίνει γνωστό με βεβαιότητα μόνο μετά τον κύριο σεισμό. Και εξάλλου, δεν έχει κάθε μεγάλος σεισμός τέτοιους προσεισμούς.

Η συμπεριφορά των ζώων

Οι ειδικοί υποψιάζονται ότι η περίεργη συμπεριφορά ορισμένων ζώων μπορεί να είναι προάγγελος σεισμών. Αρκετά ερευνητικά προγράμματα ασχολούνται με τις παρατηρήσεις φρύνων ή κατσικιών που φεύγουν, λίγο πριν τον σεισμό.  Είναι δυνατόν κάποια ζώα να γνωρίζουν πριν από τους ανθρώπους ότι η γη πρόκειται να συγκλονιστεί ; Έχουν πιθανώς μια «έκτη αίσθηση» που τους λέει αυτό;  Στην Ιταλία, ένας διαβόητος ερευνητής σεισμών προέβλεψε την Παρασκευή, 4 Απριλίου 2009, έναν μεγάλο σεισμό στην περιοχή Σαλμόνα του Αμπρούτσο.

Ο ερευνητής είχε μετρήσει αυξημένη διαρροή του ευγενούς αερίου ραδονίου, το οποίο συχνά διαφεύγει από τη γη πριν από μεγάλους σεισμούς. Είχε επίσης παρατηρήσει περίεργη συμπεριφορά από φρύνους που αποσύρθηκαν από τους τόπους αναπαραγωγής τους, πέντε ημέρες πριν από τον σεισμό. Ο τότε επικεφαλής της υπηρεσίας Πολιτικής προστασίας της Ιταλίας προσέβαλε δημόσια τον επιστήμονα το ίδιο βράδυ ως «εντελώς ηλίθιο». Δύο μέρες αργότερα από ό,τι είχε προβλεφθεί, τελικά η γη σείστηκε, αλλά στη Λ’ Άκουιλα, περίπου 50 χιλιόμετρα μακριά. Ο σεισμός των 6,3 Ρίχτερ στοίχισε τη ζωή σε περισσότερους από 300 ανθρώπους.

Οι κατσίκες

Περίεργη συμπεριφορά παρουσιάζεται για παράδειγμα σε κατσίκες, που κρύβονται στο δάσος λίγες ώρες πριν από τις ηφαιστειακές εκρήξεις στην Αίτνα στη Σικελία. Αυτό παρατήρησε ο βιολόγος Μάρτιν Βικέλσκι  από το Πανεπιστήμιο της Κονστάντσα, στη Γερμανία.. Κατοχύρωσε ακόμη και το μοντέλο πρόβλεψής του.

Ωστόσο, για να μπορέσουμε να χρησιμοποιήσουμε ζώα για να ανιχνεύσουμε τους σεισμούς έγκαιρα και αξιόπιστα, απαιτούνται πολλά δεδομένα: “Χρειαζόμαστε το ένα μεγάλο γεγονός μετά το άλλο που προβλέπουν. Γιατί όσο πιο συχνά το προβλέπουν, τόσο καλύτερα γίνεται – όπως με το δελτίο καιρού», λέει ο Βικέλσκι.

Οι ειδικοί από το Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών GFZ έριξαν μια πολύ προσεκτική ματιά στις μελέτες για την περίεργη συμπεριφορά των ζώων. Ωστόσο, μέχρι στιγμής, καμία ερευνητική ομάδα δεν ήταν πραγματικά σε θέση να προβλέψει αξιόπιστα τους σεισμούς μέσω συστηματικών παρατηρήσεων στα ζώα.

Το ινστιτούτο Max Planck διεξάγει έρευνα με βάση το πρόγραμμα ICARUS, σε  ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης από τα ζώα. Ωστόσο, αυτό το πρόγραμμα σταμάτησε λόγω του ρωσικού πολέμου στην Ουκρανία. Επειδή τα δεδομένα συλλέγονται στον διαστημικό σταθμό ISS μέσω κεραίας και δίνονταν από τη Μόσχα μέχρι τον Μάρτιο του 2022. Από τότε όλα τελείωσαν

Συστήματα προειδοποίησης

Οι σεισμολόγοι μελετούν σύνθετα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης που έχουν σκοπό να δώσουν τουλάχιστον, στους ανθρώπους στις πληγείσες περιοχές, λίγο περισσότερο χρόνο, για να φτάσουν σε ασφαλή σημεία.
Τα περιφερειακά συστήματα προειδοποίησης εγκαθίστανται συχνά σε περιοχές που βρίσκονται σε επικίνδυνη ζώνη για σεισμούς, κατά μήκος των ορίων των τεκτονικών πλακών. Ένα σύστημα αισθητήρων καταγράφει απευθείας τους κραδασμούς στο έδαφος. Αυτό συμβαίνει επειδή οι σεισμοί παράγουν διαφορετικούς τύπους σεισμικών κυμάτων, συμπεριλαμβανομένων των κυμάτων συμπίεσης χαμηλών κραδασμών (κύματα P) και των εγκάρσιων κυμάτων (κύματα S).

Το κύμα S είναι το επικίνδυνο κύμα που προκαλεί καταστροφή. Σύμφωνα με τον καθηγητή σεισμολογίας Στέφανο Παρολάι από το Πανεπιστήμιο της Τεργέστης, λίγα δευτερόλεπτα χωρίζουν χρονικά την εμφάνιση  των δύο κυμάτων Ανάλογα με την απόσταση από το επίκεντρο του σεισμού, μπορεί να μεσολαβήσουν μερικά δευτερόλεπτα έως ένα λεπτό μεταξύ της άφιξης αυτών των δύο κυμάτων. Παίζει ρόλο και το εστιακό βάθος του σεισμού. Εάν οι αισθητήρες ενός συστήματος συναγερμού ανιχνεύσουν κύματα P συγκεκριμένης ισχύος, ηχούν πλήρως αυτόματα τον συναγερμό. «Όσο πιο μακριά είσαι, τόσο περισσότερος χρόνος υπάρχει για συναγερμό», εξηγεί.

Ωστόσο, εάν βρισκόμαστε πολύ κοντά στο επίκεντρο, ο συναγερμός θα φτάσει αργότερα από το επικίνδυνο κύμα S. Εάν η πληγείσα περιοχή είναι αρκετά μακριά, ο συναγερμός ενεργοποιείται απευθείας από τα σήματα σε πραγματικό χρόνο από το δίκτυο παρατήρησης. Στη συνέχεια, η συνδεδεμένη υποδομή απενεργοποιεί επίσης τις γραμμές ηλεκτρισμού και φυσικού αερίου, σταματά τα τρένα και προειδοποιεί τη βιομηχανία. Τέτοια συστήματα χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, στο Μεξικό, στην Ιαπωνία και στη δυτική ακτή των ΗΠΑ.

Σήματα βαρύτητας και τεχνητή νοημοσύνη

Οι ισχυροί σεισμοί μπορούν να εκτιμηθούν με ακρίβεια χρησιμοποιώντας την ανάλυση σημάτων βαρύτητας σε πραγματικό χρόνο, λένε Γάλλοι ερευνητές. Παρουσίασαν μια μέθοδο πέρυσι χρησιμοποιώντας σήματα βαρύτητας (PEGS). Αυτά είναι το αποτέλεσμα ξαφνικών μετατοπίσεων των βράχων και προκαλούν βραχυπρόθεσμες αλλαγές στη βαρύτητα. Και το πιο σημαντικό πράγμα για αυτά τα PEGS είναι ότι ταξιδεύουν με την ταχύτητα του φωτός, γεγονός που επιτρέπει ταχύτερη λήψη και ανάλυση από τα σεισμικά κύματα P και S. Χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο AI, η ερευνητική ομάδα κατάφερε να χρησιμοποιήσει αυτά τα σήματα για ένα σύστημα προειδοποίησης που είναι οκτώ δευτερόλεπτα ταχύτερο από το καλύτερο σύστημα μέτρησης για σεισμικά κύματα.

Στατιστική βοήθεια

Μια συχνά συζητούμενη προσέγγιση είναι η αλλαγή στα ηλεκτρομαγνητικά σήματα στην ιονόσφαιρα που θεωρούνται πιθανοί πρόδρομοι μεγαλύτερων σεισμών. Στην πραγματικότητα, τέτοιες αλλαγές έχουν συνδεθεί επιτυχώς με τους σεισμούς, αλλά μέχρι στιγμής έχουν αποδειχθεί αναξιόπιστες ως μέθοδοι προειδοποίησης.

Οι ερευνητές προσπαθούν επίσης να προβλέψουν τους σεισμούς χρησιμοποιώντας στατιστικές μεθόδους. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούν δεδομένα από το παρελθόν και εξετάζουν τη συχνότητα και την ένταση πολλών μικρών σεισμών, τους οποίους τα όργανα μέτρησης καταγράφουν, αλλά τους οποίους συνήθως οι άνθρωποι δεν αισθάνονται. Αλλά ακόμη και αυτό δεν ήταν πολύ επιτυχημένο μέχρι στιγμής: καμία από αυτές τις στατιστικές αξιολογήσεις δεν έχει δώσει μέχρι στιγμής αποτελέσματα που θα ήταν κατάλληλα για την πρόβλεψη σεισμών.

Για να μπορέσουμε να αναπτύξουμε μια πρόβλεψη σεισμών κάποια στιγμή, η επιστήμη απαιτεί καλύτερες επιλογές έρευνας. Ως εκ τούτου, μια ομάδα σεισμολόγων πρότεινε την κατασκευή «βασικών παρατηρητηρίων» κοντά σε ζώνες γεωλογικών ρηγμάτων στην ξηρά και στον πυθμένα της θάλασσας.

Συγκεκριμένα, η νοτιοανατολική Ευρώπη έως τη Μέση Ανατολή είναι μια περιοχή στην οποία μπορούν να συμβούν ισχυροί σεισμοί ξανά και ξανά, καθώς εδώ συναντώνται πολλές τεκτονικές πλάκες.

Για την περιοχή γύρω από την τουρκική μητρόπολη της Κωνσταντινούπολης, για παράδειγμα, οι ερευνητές περιμένουν εδώ και καιρό έναν επικείμενο «υπερσεισμό» που θα μπορούσε να προκαλέσει σημαντικές ζημιές.

Πρόκειται για την περιοχή που τέμνεται από ένα ενεργό σύστημα ρηγμάτων της Βόρειας Ανατολίας – ένα μεγάλο «σύνορο» τεκτονικών πλακών γνωστό για τους καταστροφικούς σεισμούς.Ένας μεγάλος σεισμός έχει καθυστερήσει να συμβεί εδώ και οι ειδικοί το περιμένουν. Ως εκ τούτου, η Θάλασσα του Μαρμαρά, νότια της Κωνσταντινούπολης, είναι συναρπαστική για σεισμολογική έρευνα.

Η Θάλασσα του Μαρμαρά και η παλίρροια

Μια ερευνητική ομάδα υπό την σεισμολόγο Πατρίτσια Μαρτίνεθ- Γκαρθόν από το Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών GFZ εξέτασε την  αλλαγή της στάθμης της θάλασσας στη Θάλασσα του Μαρμαρά σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη. Για να γίνει αυτό, συνέλεξαν και ανέλυσαν σεισμικά δεδομένα εκεί. Για αυτήν την ανάλυση, χρησιμοποίησαν νέες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης και επεξεργασίας εικόνας, επειδή οι σεισμικές επιπτώσεις που προκαλούνται από τις φυσικές διακυμάνσεις της στάθμης της θάλασσας είναι τόσο μικρές που τα δεδομένα μπορούν να εντοπιστούν μόνο με αυτόν τον τρόπο. Κι όμως έδειξαν ότι η αλλαγή της στάθμης της θάλασσας μπορεί να προκαλέσει σεισμούς.

Οι αναλύσεις της ερευνητικής ομάδας θα μπορούσαν με τη σειρά τους να είναι ένα βήμα προς την καλύτερη πρόβλεψη κινδύνου. «Είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσουμε πόση πίεση χρειάζεται για να προκληθεί η κατάρρευση  ενός ρήγματος και η πρόκληση σεισμού. Και εκεί έρχονται οι παλίρροιες, επειδή ένας φυσικός τρόπος  για να καταλάβουμε το πώς η Γη αντιδρά, είναι τα περιοδικά φαινόμενα όπως η παλιρροιακή κίνηση», γράφει η ερευνητική ομάδα της Μαρτίνεθ- Γκαρθόν.

Το κατά πόσον τέτοιες αλλαγές επαρκούν για την πρόκληση σεισμών έχει μελετηθεί εδώ και δεκαετίες. Χάρη στις νέες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης και την τεχνολογία επεξεργασίας εικόνας, κατέστη πλέον δυνατή η αξιολόγηση των δεδομένων που προηγουμένως ήταν  δύσκολο να αναλυθούν. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον Νοέμβριο του 2018 έως τον Μάιο του 2019, κατάφερε να αποδείξει για πρώτη φορά σε αυτήν την περιοχή μια ισχυρή επίδραση των αλλαγών της στάθμης της θάλασσας στη Θάλασσα του Μαρμαρά, στην τοπική σεισμικότητα. «Οι τοπικοί ρυθμοί σεισμικότητας είναι σημαντικά υψηλότεροι στις περιόδους που η στάθμη της θάλασσας ανεβαίνει ξανά αμέσως, μετά το ελάχιστο επίπεδο», τονίζει η σεισμολόγος Μαρτίνεθ- Γκαρθόν.

Τα αποτελέσματα μπορούν τώρα να βοηθήσουν στην εκτίμηση ποιες αλλαγές τάσης είναι επαρκείς για να ενεργοποιήσουν τα τοπικά ρήγματα και να προκαλέσουν σεισμούς, εξηγεί η σεισμολόγος  και συνοψίζει: «Εάν τέτοιες μικρές διακυμάνσεις τάσης λόγω αλλαγών στη στάθμη της θάλασσας επαρκούν για να προκαλέσουν σεισμικότητα, αυτό θα μπορούσε να είναι ένδειξη ότι τα τοπικά ρήγματα  βρίσκονται στα πρόθυρα της κατάρρευσης»

Έγκαιρη προειδοποίηση με χρήση smartphone

Ο συναγερμός των συμβατικών συστημάτων έγκαιρης προειδοποίησης δεν μεταδίδεται πλέον μόνο μέσω σειρήνας, αλλά και μέσω του κινητού τηλεφώνου στους πληγέντες. Ωστόσο, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν τους αισθητήρες κίνησης στα smartphone για να καταγράψουν τους κραδασμούς σε όλη την επιφάνεια. Εάν πολλά κινητά τηλέφωνα χτυπούν ταυτόχρονα, αυτό υποδηλώνει σεισμό, λένε.

Σε κάθε περίπτωση πάντως, μέχρι σήμερα, οι προβλέψεις για τους σεισμούς παραμένουν ανακριβείς Συμπέρασμα: Τα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης δεν παρέχουν προβλέψεις – υποδεικνύουν μόνο ότι ένας σεισμός θα έρθει σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Η πιο αξιόπιστη μέθοδος για την πρόβλεψη σεισμών εξακολουθεί να είναι η χαρτογράφηση των απειλούμενων περιοχών. «Σήμερα είναι δυνατό να δημιουργηθούν σεισμικά δίκτυα και έτσι να καταγραφούν ποσοτικά όλα τα γεγονότα, συμπεριλαμβανομένων των μικρών σεισμών», εξηγεί ο σεισμολόγος Νταμ από το Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών στο Πότσνταμ.  Τα μοντέλα πρόβλεψης μπορούν στη συνέχεια να βελτιώνονται συνεχώς καθώς αυξάνεται ο όγκος των δεδομένων και να κάνουν πιο ακριβείς δηλώσεις σχετικά με τη συχνότητα των σεισμών σε μια περιοχή. Αυτό επιτρέπει στους ερευνητές να πουν με ακρίβεια πόσο πιθανό είναι να συμβεί ένας σεισμός σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία μέσα σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο. Ωστόσο, αυτές οι περίοδοι εξακολουθούν να είναι της τάξης των 100 ετών, σύμφωνα με τον Γερμανό σεισμολόγο. Μέχρι τότε η μόνη ασφαλής λύση είναι η αντισεισμική προστασία. Κτίσματα με προδιαγραφές που να αντέχουν στον Εγκέλαδο . Και η Ιαπωνία έχει δείξει πρώτη το δρόμο και τη λύση!