Нейросеть научилась замечать землетрясения по изменениям гравитации Земли

Сильные землетрясения проявляются не только толчками земной коры, но и изменениями в гравитационном поле Земли. В отличие от сейсмических колебаний, распространяющихся в толще планеты, ее гравитационное поле меняется почти моментально, со скоростью света, позволяя распознать угрозу намного быстрее.

Чтобы определять этот сигнал почти так же быстро, ученые из Франции задействовали искусственный интеллект. Во время тестов их модель обнаружила землетрясение всего за 50 секунд. Об этом Андреа Ликарди (Andrea Licciardi) и его коллеги пишут в новой статье, опубликованной в журнале Nature.

Авторы работы считают, что их подход может дополнить существующие системы сейсмического мониторинга совершенно новыми возможностями раннего предупреждения подобных угроз. Пока такие установки полагаются на показания чувствительных сейсмометров. Они исключительно полезны и регулярно спасают человеческие жизни, однако не позволяют достаточно оперативно распознать степень опасности.

Так, для определения магнитуды землетрясения геофизики полагаются на Р-волны, которые распространяются из эпицентра быстрее остальных и приходят на детектор самыми первыми. И если землетрясение достаточно мощно, этот сигнал зачастую слишком силен и не позволяет сразу точно оценить магнитуду. Однако любое землетрясение связано с перераспределением массы в недрах планеты, а значит, и с некоторыми изменениями ее гравитационного поля. Прежде такой сигнал считали чересчур слабым, чтобы выделить его на общем фоне. Впервые это удалось сделать лишь в 2017 году.

Затем подобную работу проделали и на архивных данных для множества мощных землетрясений, произошедших в последние десятилетия. Она показала, что, в принципе, гравитационный сигнал позволяет зарегистрировать землетрясение намного быстрее прихода толчков и принять необходимые меры безопасности. Оставалось найти подходящий инструмент.

Таким инструментом и стала машинная модель PEGSNet, которую разработал Андреа Ликарди и его соавторы. Ее обучили на данных реальных землетрясений, а также 500 тысячах симулированных событий — без них информации для подготовки нейросети было бы недостаточно. Речь идет о действительно мощных толчках магнитудой не менее 8,3: для более слабых даже ИИ пока не способен выделить нужный сигнал.

Для проверки PEGSNet получал данные гравитационного мониторинга, собранные во время знаменитого японского землетрясения 2011 года. Это было одно из самых мощных землетрясений в современной истории: магнитуда достигала 9, а эпицентр находился в 70 километрах от восточного побережья Японии, так что сейсмические толчки достигли ближайшего острова через пару минут, а волны цунами — спустя пару десятков минут.

Новый метод позволил заметить толчки по гравитационному полю раньше, чем это сделали сейсмографы, — всего через 50 секунд после начала. Благодаря ИИ такая скоростная регистрация землетрясений стала не просто идеей, а рабочим методом, который теперь вполне можно воплощать во множестве станций сейсмического мониторинга. Возможно, кое-где их дополнят и новые средства предсказания приближающейся волны цунами по колебаниям магнитного поля Земли, о которых мы уже рассказывали.