Învățarea automată a ajutat la demistificarea unui roi de cutremur din California

Circulația apelor subterane a declanșat un roi de patru ani de cutremure minuscule care au bubuit sub orașul Cahuilla din California de Sud, raportează cercetătorii în 19 iunie. Ştiinţă. Antrenând computerele să recunoască astfel de zgomote slabe, oamenii de știință au reușit nu numai să identifice vinovatul probabil din spatele cutremurelor, ci și să urmărească modul în care astfel de roiuri misterioase se pot răspândi prin rețele complexe de defecte în spațiu și timp.

Semnalele seismice sunt înregistrate în mod constant în sudul Californiei active din punct de vedere tectonic, spune seismologul Zachary Ross de la Caltech. Folosind acea bază de date bogată, Ross și colegii au pregătit calculatoare pentru a distinge mișcările relevatoare ale solului ale cutremurelor minuscule de alte lucruri care scutură ușor solul, cum ar fi reverberațiile de construcție sau zgomotele îndepărtate ale oceanului (SN: 18/04/19). Milioanele de cutremure mici dezvăluite de această tehnică de învățare automată, spune el, pot fi folosite pentru a crea imagini 3D de înaltă rezoluție a ceea ce se află sub suprafața solului într-o anumită regiune.

În 2017, cercetătorii au observat o creștere a activității micilor cutremur în regiunea Cahuilla, care, la acel moment, se desfășura de aproximativ un an. Cele mai multe dintre cutremure au fost mult prea mici pentru a fi resimțite, dar au fost detectabile de senzori. În următorii câțiva ani, echipa și-a folosit algoritmul computerizat pentru a identifica 22.000 de astfel de cutremure de la începutul lui 2016 până la sfârșitul lui 2019, cu magnitudini cuprinse între 0,7 și 4,4.

Un astfel de grup de cutremure mici, fără șocuri principale remarcabile, se numește roi. „Roiurile sunt diferite de o secvență standard de șoc principal-repoza”, care sunt în mod obișnuit legate de transferul de stres de la o greșeală la o defecțiune în subsol, spune Ross. Principalii candidați pentru declanșarea roiului se reduc la circulația apei subterane sau la un fel de alunecare lentă pe o falie activă, cunoscută sub numele de fluaj de falie.

„Roiurile au fost oarecum enigmatice de ceva vreme”, spune David Shelly, un geofizician al US Geological Survey cu sediul în Golden, Colorado, care nu a avut legătură cu studiul. Ele sunt deosebit de comune în zonele vulcanice și hidrotermale, spune el, „și așa că, uneori, este puțin mai greu de interpretat pe cele care nu sunt în acele tipuri de zone”, cum ar fi roiul Cahuilla (SN: 5/14/20).

„Acesta este deosebit de grozav, pentru că este [a] rar, roi cu mișcare lentă”, adaugă Shelly. „Majoritatea ar putea dura câteva zile, săptămâni sau luni. Acesta a durat patru ani. Răspândirea lui într-un timp astfel oferă puțin mai multă oportunitate de a examina unele dintre nuanțele a ceea ce se întâmplă.”

Datele din roiul Cahuilla, care se termină, dar „nu complet”, spune Ross, au dezvăluit nu numai rețeaua complexă de falii de sub suprafață, ci și evoluția zonei de falie în timp. „Puteți vedea că secvența [of earthquakes] provine dintr-o regiune care are doar o lățime de ordinul a zeci de metri”, spune Ross. Dar în următorii patru ani, adaugă el, acea regiune a crescut, creând un front în expansiune de epicentre de cutremur care se răspândesc cu o rată de aproximativ 5 metri pe zi, până când a devenit de aproximativ 30 de ori dimensiunea zonei inițiale.

Această răspândire difuză, spune Ross, sugerează că apele subterane în mișcare declanșează roiul. Deși echipa nu a observat în mod direct fluidele care se mișcă în subteran, oamenii de știință speculează că sub zona defectelor se află un rezervor de apă subterană care anterior fusese etanșat de zonă. La un moment dat, acel sigiliu s-a rupt, iar apele subterane au putut să se infiltreze într-una dintre defecte, declanșând primele cutremure. De acolo, a trecut prin sistemul de defecțiuni în următorii câțiva ani, declanșând mai multe cutremure în urma sa. În cele din urmă, apa subterană care se scurgea s-a lovit probabil de o barieră impermeabilă, ceea ce aduce roiul la o oprire treptată.

A fi capabil să identifice cauzele unor astfel de evenimente misterioase este extrem de important atunci când vine vorba de comunicarea cu oamenii despre pericolele de cutremur, spune Ross. „De obicei, avem explicații foarte limitate pe care le putem oferi publicului despre ceea ce se întâmplă”, spune el. „Ne oferă ceva ce putem explica în termeni concreti.”

Și această descoperire, adaugă el, „îmi oferă multă încredere” pentru a continua să aplic această tehnică, cum ar fi în ultimii 40 de ani de date seismice adunate în California de Sud, care probabil conține multe mai multe roiuri nedetectate anterior.

Studiul evidențiază modul în care seismologii recunosc din ce în ce mai mult importanța fluidelor din crustă, spune Shelly. Și, adaugă el, subliniază modul în care atâtea cutremure mici poate lumina lumea ascunsă a subsolului. „Este ca și cum ai avea un telescop special pentru a privi în jos în crustă”, adaugă el. Combinarea acestei bogății de date seismice cu învățarea automată este „viitorul analizei cutremurelor”.