Человечество умеет рассчитывать траектории аппаратов у далёких планет, но не может назвать день следующего крупного землетрясения. Проблема не в слабости компьютеров: им просто не хватает данных о том, что происходит на глубине.
1. Землетрясение начинается в недоступном месте
Литосферные плиты постоянно движутся, но участки разломов могут годами оставаться сцепленными. Породы деформируются, напряжение растёт, а затем сопротивление трению внезапно оказывается преодолено. Разлом начинает скользить, высвобождая накопленную энергию в форме сейсмических волн.
Мы хорошо понимаем общий механизм, но почти не можем непосредственно измерить условия в очаге. Крупные землетрясения зарождаются на глубине нескольких или десятков километров. Пробурить там сеть скважин и расставить датчики невозможно.
Сейсмографы находятся на поверхности и регистрируют уже возникшие колебания. Спутниковая геодезия замечает, как деформируются большие участки земной коры, но не показывает распределение напряжений в каждой трещине. Это напоминает попытку определить момент поломки старой доски, наблюдая только за движением пола под ней.
Даже точная карта известного разлома не решает задачу. Его поверхность неровная, а свойства пород меняются от точки к точке. Вода, температура и давление влияют на трение, причём многие важные параметры приходится оценивать косвенно.
2. Почему не работают «предвестники»
Перед некоторыми крупными землетрясениями действительно наблюдались слабые толчки, изменения уровня воды в скважинах, выход газов или необычные электромагнитные сигналы. Но ни один из этих признаков не оказался универсальным.
Слабые толчки происходят постоянно и чаще не заканчиваются крупным событием. Назвать их форшоками, то есть предварительными толчками, обычно можно только задним числом — после главного удара. До него они ничем надёжно не отличаются от обычной слабой сейсмичности.
Рассказы о беспокойстве животных тоже не дают воспроизводимого метода. Животные реагируют на множество раздражителей: звук, запах, погоду и незаметные человеку колебания. После катастрофы необычное поведение хорошо запоминается, тогда как сотни таких же случаев без землетрясения никто не записывает.
Предсказание должно одновременно назвать место, время и магнитуду будущего события. Фраза «в сейсмическом районе в ближайшие месяцы возможны толчки» почти наверняка когда-нибудь сбудется, но спасти людей и остановить опасные производства она не позволяет.
3. Почему суперкомпьютер не становится пророком
Компьютер может очень быстро решать уравнения, однако ему нужны точные начальные условия. Мы не знаем напряжение, давление жидкости и коэффициент трения во всех точках разлома. Небольшая ошибка в этих величинах способна полностью изменить рассчитанный момент начала разрыва.
Кроме того, земная кора представляет собой сеть взаимодействующих разломов. Землетрясение на одном участке перераспределяет напряжение на соседние. Иногда это провоцирует новое событие, иногда почти ничего не меняет, и результат зависит от скрытого состояния пород.
Машинное обучение умеет находить слабые сигналы в огромных массивах записей. Оно помогает обнаруживать микроземлетрясения, уточнять местоположение очагов и быстрее оценивать магнитуду. Но пока ни один алгоритм не продемонстрировал устойчивого предсказания крупных событий на независимых данных.
Это важная проверка. Модель может прекрасно «угадывать» землетрясения прошлого, если случайно запомнила особенности обучающего набора. Настоящее предсказание должно работать в новом районе и заранее, а не после подгонки результата.
4. Что наука всё-таки умеет
Учёные составляют карты сейсмической опасности и рассчитывают вероятность сильных толчков на протяжении десятилетий. Для этого изучают старые разрывы, скорость движения плит, исторические землетрясения и геологические следы древних событий. Такой прогноз не назначает дату, зато помогает выбирать строительные нормы.
После крупного толчка можно оценить вероятность афтершоков. Их частота обычно постепенно уменьшается по статистически известным законам. Это позволяет предупреждать спасателей и жителей о продолжающемся риске.
Системы раннего оповещения решают другую задачу. Они обнаруживают уже начавшееся землетрясение по быстрым продольным волнам и отправляют сигнал туда, куда более разрушительные волны ещё не пришли. Выигрыш составляет от нескольких секунд до десятков секунд — достаточно, чтобы остановить поезд, перекрыть газ или отойти от окна.
5. Что говорит наука
Геологическая служба США прямо сообщает, что ни USGS, ни другая научная организация пока не предсказали крупное землетрясение с указанием времени, места и магнитуды. Надёжно подтверждены только вероятностные оценки и прогнозы афтершоков.
Раннее предупреждениетакже не является предсказанием: сигнал отправляется после начала разрыва. Возможность обнаружить универсальный предвестник окончательно не опровергнута, но такого признака пока не найдено.
Поэтому ясный ответ звучит немного обидно для суперкомпьютеров: они не могут вычислить то, что человечество не умеет измерять. Пока лучшая защита — прочные здания, тренировки и быстрое оповещение. Предложите в комментариях природное явление, возможности прогнозирования которого стоит проверить следующим.
