Η πρόβλεψη των σεισμών παραμένει ένα από τα πιο δύσκολα ζητήματα της γεωεπιστήμης. Νέα διεθνής μελέτη υποστηρίζει ότι ορισμένα «κρυφά σημάδια» μπορεί να εμφανίζονται πριν από κάποιους μεγάλους σεισμούς, ανοίγοντας δρόμο για πιο στοχευμένη παρακολούθηση.
Την έρευνα υπογράφουν επιστήμονες από το Γερμανικό Ερευνητικό Κέντρο Γεωεπιστημών GFZ Helmholtz, με επικεφαλής τον Δρ. Sadegh Karimpouli και την Καθ. Δρ. Patricia Martínez-Garzón, σε συνεργασία με διεθνείς ομάδες. Ανέπτυξαν μια προσέγγιση βασισμένη σε δεδομένα που εντοπίζει χαρακτηριστικές αλλαγές στη σεισμική δραστηριότητα πριν από την εκδήλωση ορισμένων μεγάλων σεισμών. Η μελέτη δημοσιεύτηκε στο Nature Communications.
Η πρόκληση παραμένει μεγάλη: ο ακριβής χρόνος, τόπος και μέγεθος ενός σεισμού δεν είναι σήμερα προβλέψιμα. Η έρευνα εστιάζει σε προσεισμικά φαινόμενα, δηλαδή μοτίβα που μπορεί να προηγούνται μεγάλων γεγονότων, όπως προσεισμοί ή φαινόμενα αργής ολίσθησης στην περιοχή του μελλοντικού επικέντρου. Τα σήματα αυτά ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με τον τύπο ρήγματος, τα όρια πλακών και τις τοπικές γεωλογικές συνθήκες.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μη επιβλεπόμενη μηχανική μάθηση, επιτρέποντας στα ίδια τα δεδομένα να «αποκαλύψουν» τη δομή τους, χωρίς προκαθορισμένα κριτήρια. «Αντί να αναζητούμε συγκεκριμένα προσεισμικά σήματα, αφήνουμε τα δεδομένα να αποκαλύψουν τη δική τους δομή και αξιοποιούμε τη λεγόμενη μη επιβλεπόμενη μάθηση, στην οποία τα διαγνωστικά κριτήρια δεν είναι προκαθορισμένα», αναφέρει ο κύριος συγγραφέας της μελέτης Δρ. Sadegh Karimpouli, επιστήμονας στο Τμήμα 4.2 «Γεωμηχανική και Επιστημονικές Γεωτρήσεις» του GFZ. Η προσέγγιση έχει χρησιμοποιηθεί και σε πρώιμο εντοπισμό κατολισθήσεων και ηφαιστειακών εκρήξεων.
Κεντρική καινοτομία είναι η μετάβαση από την ανάλυση μεμονωμένων σεισμών στη μελέτη «οικογενειών» σεισμικών γεγονότων, ομάδων δηλαδή που συνδέονται στενά στον χώρο, τον χρόνο και το μέγεθος. «Οι σεισμοί δεν είναι μεμονωμένα γεγονότα· επηρεάζουν ο ένας τον άλλον και όσο πιο κοντά πλησιάζει το γεγονός της ρήξης, τόσο πιο ισχυρή γίνεται αυτή η επιρροή», εξηγεί ο συνδιοργανωτής της μελέτης Καθ. Marco Bohnhoff, επικεφαλής του Τμήματος 4.2 «Γεωμηχανική και Επιστημονικές Γεωτρήσεις» του GFZ. «Αναλύοντας τη συλλογική τους συμπεριφορά, μπορούμε να αποτυπώσουμε καλύτερα τον τρόπο με τον οποίο συσσωρεύεται η τάση στον φλοιό της Γης πριν από μεγάλα γεγονότα».
Η ομάδα εξήγαγε πλήθος φυσικών και στατιστικών χαρακτηριστικών της σεισμικότητας, όπως η ομαδοποίηση, ο χωρικός εντοπισμός και δείκτες που σχετίζονται με την τάση. Με αλγόριθμο μη επιβλεπόμενης μάθησης, οι «οικογένειες» ομαδοποιήθηκαν αυτόματα σε κατηγορίες που αντιστοιχούν σε διαφορετικά στάδια εξέλιξης της τάσης. Η ίδια λογική είχε δοκιμαστεί με επιτυχία σε εργαστηριακά πειράματα· ζητούμενο ήταν αν αποδίδει και στη φύση.
Η μέθοδος εφαρμόστηκε σε καλά τεκμηριωμένες ακολουθίες με γνωστά προσεισμικά φαινόμενα: τον σεισμό Mw 7.8 στο Καχραμανμαράς (Τουρκία) το 2023 σε όριο πλακών οριζόντιας ολίσθησης, τον Mw 6.1 στη Λ’ Άκουιλα (Ιταλία) το 2009 σε σύστημα κανονικών ρηγμάτων και τον Mw 8.1 στο Ικίκε (Χιλή) το 2014 σε ζώνη καταβύθισης. Σε κάθε περίπτωση εντοπίστηκε μια διακριτή κατηγορία σεισμικότητας πριν από τον κύριο σεισμό.
Αυτά τα «κρίσιμα» μοτίβα χαρακτηρίζονται από τρεις ομάδες γνωρισμάτων. «Παρατηρούμε μια μετάβαση από σχετικά σταθερές δραστηριότητες —γνωστές από προηγούμενη δραστηριότητα στην περιοχή— σε μια πιο οργανωμένη, κρίσιμη κατάσταση λίγο πριν από τη ρήξη», αναφέρει ο Karimpouli. Ανάλογα με την περίπτωση, οι αλλαγές εμφανίστηκαν εβδομάδες έως και μήνες πριν από τον κύριο σεισμό.
Η μελέτη αναδεικνύει και έναν σημαντικό περιορισμό: δεν προηγείται όλων των σεισμών μια ανιχνεύσιμη προετοιμασία. Για τον σεισμό στο Αματρίτσε (Ιταλία, 2016) δεν προέκυψε σαφής «κρίσιμη» κατηγορία σε σχέση με την προηγούμενη δραστηριότητα, ενώ στο Νότο (Ιαπωνία, 2024) η παρατεταμένη σμηνοσεισμική δραστηριότητα δεν εξελίχθηκε σε καθαρό προσεισμικό σήμα. «Αυτή η μεταβλητότητα αντικατοπτρίζει την πολυπλοκότητα τόσο των συνθηκών παρακολούθησης όσο και των σεισμικών διεργασιών», αναφέρει η συνδιοργανώτρια της μελέτης Καθ. Patricia Martínez-Garzón. «Ορισμένα ρήγματα ενδέχεται να διαρραγούν χωρίς εμφανή σεισμικά προειδοποιητικά σημάδια, γεγονός που αποτελεί σημαντική πρόκληση για την πρόγνωση». Η διερεύνηση των συνθηκών υπό τις οποίες οι προπαρασκευαστικές διεργασίες εμφανίζονται και είναι ανιχνεύσιμες αποτελεί βασικό στόχο του ERC Starting Project QUAKEHUNTER της Martínez-Garzón, που χρηματοδοτεί την παρούσα έρευνα.
Για την πρακτική αξιοποίηση, η ομάδα δοκίμασε την προσέγγιση και προοπτικά στις ίδιες ακολουθίες. Η ανάλυση βασίζεται σε προηγούμενους σεισμούς της περιοχής και ενημερώνεται συνεχώς με νέα γεγονότα, ώστε να εντοπίζεται πότε η δραστηριότητα αποκλίνει από τα καθιερωμένα μοτίβα. Η αιφνίδια εμφάνιση νέας κατηγορίας συμπεριφοράς μπορεί να υποδηλώνει είσοδο σε πιο κρίσιμη κατάσταση. «Αυτό δεν σημαίνει ότι μπορούμε να προβλέψουμε τους σεισμούς με ντετερμινιστικό (απόλυτο) τρόπο», τονίζει ο Karimpouli. «Αλλά παρέχει ένα ισχυρό εργαλείο για να αναγνωρίζουμε πότε ένα σύστημα ρηγμάτων συμπεριφέρεται διαφορετικά από το συνηθισμένο».
«Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι η μηχανική μάθηση μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό των προπαρασκευαστικών φάσεων των σεισμών, όταν αυτές υπάρχουν και είναι ανιχνεύσιμες από τα εγκατεστημένα όργανα», αναφέρει η Martínez-Garzón. «Το επόμενο βήμα είναι να ενσωματώσουμε τέτοιες προσεγγίσεις στην παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο και να κατανοήσουμε καλύτερα γιατί ορισμένοι σεισμοί δείχνουν σαφή σήματα, ενώ άλλοι όχι».
