Землетрясения остаются одними из самых разрушительных природных катаклизмов, способных привести к огромным человеческим потерям и колоссальному материальному ущербу. Особенно уязвимыми являются регионы с высокой сейсмической активностью, такие как западное побережье США, где проходят крупнейшие тектонические разломы Сан-Андреас и Каскадия. До сегодняшнего дня ученые и инженеры не смогли разработать надежный способ предсказать точное время и место сильного землетрясения, что затрудняет своевременное оповещение населения и защиту инфраструктуры. Однако недавние технологические прорывы и инновационные модели открывают новую эру в области прогнозирования сейсмических событий, обещая минимизировать последствия будущих катастроф и спасти тысячи жизней. Исторически крупнейшие землетрясения в районе Сан-Андреаса и Каскадии наносили огромный урон.
Так, знаменитое землетрясение в Сан-Франциско 1906 года разрушило почти половину зданий города и унесло жизни более трех тысяч человек. Сегодня население регионов на этих разломах составляет около 35 миллионов человек, что в разы увеличивает риски при новом крупном сейсмическом событии. Несмотря на значительные инвестиции в сейсмостойкое строительство и профилактические меры, значительная часть инфраструктуры все еще подвержена высокому риску разрушения. Ученые прогнозируют, что в случае серьезного разрыва разломов количество погибших может составить от пяти до ста тысяч человек, а экономический ущерб превысить полтриллиона долларов. Ключевой проблемой в вопросе прогнозирования землетрясений является их непредсказуемость и сложность в наблюдении.
В отличие от ураганов или наводнений, характер которых можно оценить и предсказать с помощью современных моделей и наблюдений, землетрясения возникают внезапно — процесс подготовки и накопления сейсмической энергии происходит под землей и практически не сопровождается заметными признаками. Научное понимание движения тектонических плит, процессов накопления напряжений в разломах и условий, провоцирующих сдвиг, до сих пор остается неполным и крайне ограниченным. Современный научно-исследовательский подход к прогнозированию в основном базируется на вероятностных моделях, которые оценивают возможности возникновения землетрясения в том или ином регионе в промежутке времени, например, в течение следующих тридцати лет. Однако такие подходы не дают точных краткосрочных предупреждений, которые могли бы спасти людей в час, минуту или даже секунду до удара стихийного бедствия. Именно поэтому государственное финансирование исследований в области предсказания землетрясений остается строго ограниченным и составляет лишь около 0.
5% от общего бюджета на геонаучные исследования. Тем не менее, новая надежда появилась с развитием машинного обучения и искусственного интеллекта. Современные модели, известные как фундаментальные или foundation models, способны работать с большими объемами данных, выявлять скрытые закономерности и создавать точные прогнозы в сложных и хаотичных системах — к которым относятся и землетрясения. Применение таких моделей в сейсмологии способно дать оперативное предупреждение с заблаговременностью в несколько минут, что может радикально изменить ситуацию и спасти тысячи жизней. Однако на пути к такой революции стоят несколько критически важных задач.
Во-первых, необходимо значительно увеличить плотность и качество датчиков, регистрирующих движение земной коры. На сегодняшний день сеть сейсмометров на западном побережье слишком разрежена — в Калифорнии приходится примерно один прибор на каждые 15 миль активной зоны разлома, а подводные участки, такие как Каскадия, оснащены еще хуже. Современные технологии, такие как спутниковое наземное радарное интерферометрия (InSAR) и распределённое акустическое зондирование (DAS) с использованием оптоволоконных кабелей, обладают огромным потенциалом для расширения возможностей мониторинга. Заслуживает упоминания, что данные, собираемые с помощью этих методов, часто не используются в полной мере, а масштабные системы интеграции данных по различным регионам и лабораториям еще не налажены. Вторая задача — интеграция и обработка больших объемов несопоставимых и разрозненных данных.
На сегодняшний день различные учреждения собирают данные в локальных форматах с различными правилами обработки, что мешает формированию единой базы для обучения и работы алгоритмов ИИ. Необходима стандартизация и централизованное хранение информации, чтобы обеспечить доступ исследователей к комплексному массиву данных. Третья и, возможно, самая сложная задача — финансирование и координация усилий. Для реализации амбициозных целей по созданию централизованной лаборатории, занимающейся сейсмическим прогнозированием с применением искусственного интеллекта, требуется поддержка в размере от 25 до 50 миллионов долларов. Такой проект должен объединять ученых, инженеров, государственные органы и частные компании, чтобы не только расширить сети сенсоров, но и разработать инновационные алгоритмы на основе новейших фундаментальных моделей.
Перед нами стоит редкая возможность воспользоваться технологическим прогрессом и сделать серьезный шаг вперед в предупреждении стихийных бедствий. Реализация централизованной лаборатории позволит не только улучшить мониторинг и прогнозирование землетрясений, но и обеспечить открытый доступ к данным, стимулируя инновации и исследования по всему миру. Такой подход сочетает большие инвестиции с принципами открытости и сотрудничества, что значительно повышает шансы на успех. Вместе с тем, существует и альтернативный путь — создание крупного проекта с открытым исходным кодом, где независимые исследователи и организации смогут обмениваться данными и развивать модели сообща. Хотя этот путь менее централизован и может приносить результаты медленнее, он помогает расширить спектр идей и найти новые, нестандартные решения.
Невозможно остановить катастрофическое землетрясение, но сегодня мы получаем уникальный шанс научиться его предсказывать и покупать драгоценное время для спасения жизней и минимизации ущерба. Инновационные технологии и искусственный интеллект позволяют открыть новую страницу в истории сейсмологии. Теперь многое зависит от того, насколько быстро и эффективно мы сможем объединить усилия, ресурсы и знания для борьбы с одной из самых серьезных угроз безопасности и процветания современных обществ. Потенциал и необходимость создания высокотехнологичной инфраструктуры для сейсмического мониторинга и применения передовых моделей прогнозирования уже признаны многими экспертами и лидерами мнений. Вложение средств в подобные проекты не только повысит уровень безопасности миллионов людей, но и станет мощным импульсом для развития науки, технологий и экономики в регионах с высоким сейсмическим риском.
И если мы не упустим этот момент, у человечества появится реальный шанс предотвратить разрушительные последствия и сохранить жизни и имущество в будущем.
