يمكن لإشارات الجاذبية أن تحذر من الزلازل الكبيرة وتنقذ الأرواح

يمكن أن تؤدي مراقبة تغيرات سرعة الضوء في مجال الجاذبية الأرضية إلى تسريع تحذيرات الخطر، حيث تبين أن الزلازل الهائلة لا تحرك الأرض فقط

بل إنها تجري تعديلات على سرعة الضوء في مجال الجاذبية الأرضية.

وقد قام الباحثون بتدريب أجهزة الكمبيوتر لتحديد إشارات الجاذبية الدقيقة هذه، موضحين كيف يمكن استخدام الإشارات لتحديد موقع وحجم الزلزال القوي بشكل فوري تقريبًا.

وأفاد العلماء في 11 مايو في مجلة Nature بأنها الخطوة الأولى لإنشاء نظام إنذار مبكر جدًا لأقوى الزلازل على كوكب الأرض.

التغييرات الطفيفة في مجال الجاذبية الأرضية ، والتي نشأت عندما تتغير الأرض، تصل إلى محطات مراقبة الزلازل قبل الموجات الزلزالية بوقت طويل.

يمكن لمثل هذا النظام أن يساعد في حل مشكلة شائكة في علم الزلازل:

كيف يمكن تحديد الحجم الحقيقي لزلزال هائل فور حدوثه، كما تقول أندريا ليسياردي، عالمة الجيوفيزياء بجامعة كوت دازور في نيس، فرنسا.

بدون هذه القدرة، يكون من الصعب جدًا إصدار تحذيرات بالمخاطر بسرعة وفعالية والتي يمكن أن تنقذ الأرواح.

عند حدوث الزلازل الكبيرة، يرسل الاهتزاز والارتجاف موجات زلزالية عبر الأرض تظهر على شكل اهتزازات كبيرة على أجهزة قياس الزلازل.

ولكن من المعروف أن طرق الكشف الحالية القائمة على الموجات الزلزالية تواجه صعوبة في التمييز بين زلزال بقوة 7.5 و 9 على مقياس ريختر في الثواني القليلة التالية لمثل هذا الحدث.

وذلك لأن التقديرات الأولية للحجم تستند إلى ارتفاع الموجات الزلزالية التي تسمى موجات P، وهي أول ما يصل إلى محطات المراقبة.

ومع ذلك، بالنسبة إلى أقوى الزلازل، فإن سعات الموجة P الأولية تصل إلى أقصى حد، مما يجعل من الصعب التمييز بين قوة الزلازل المختلفة.

لكن الموجات الزلزالية ليست أولى علامات الزلزال.

كل هذه الكتلة التي تتحرك في زلزال كبير تغير أيضًا كثافة الصخور في مواقع مختلفة.

تُترجم هذه التحولات في الكثافة إلى تغييرات طفيفة في مجال الجاذبية الأرضية، مما ينتج عنه موجات “الجاذبية المرنة” التي تنتقل عبر الأرض بسرعة الضوء – حتى أسرع من الموجات الزلزالية.

يقول عالم الزلازل مارتن فالي من معهد الفيزياء في العالم بباريس، والذي لم يشارك في الدراسة الجديدة:

“كان يُعتقد أن مثل هذه الإشارات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اكتشافها.”

ثم في عام 2017، كان فالي وزملاؤه أول من أبلغ عن رؤية إشارات الجاذبية المرنة هذه في بيانات محطة الزلازل.

أثبتت هذه النتائج أن لديك نافذة بين بداية الزلزال والوقت الذي تتلقى فيه الموجات [الزلزالية]، كما يقول فالي.

لكن الباحثين ما زالوا يفكرون في كيفية تحويل إشارات الجاذبية المرنة هذه إلى نظام إنذار مبكر فعال.

نظرًا لأن تذبذبات الجاذبية صغيرة، فمن الصعب تمييزها عن ضوضاء الخلفية في البيانات الزلزالية.

عندما نظر العلماء بأثر رجعي، وجدوا أن ستة زلازل ضخمة فقط في الثلاثين عامًا الماضية قد ولّدت إشارات محددة للجاذبية المرنة،

بما في ذلك زلزال توهوكو-أوكي الذي بلغت قوته 9 درجات في عام 2011 والذي أدى إلى تسونامي مدمر غمر محطتين للطاقة النووية في فوكوشيما باليابان.

يقول Licciardi: “هذا هو المكان الذي يمكن أن تدخل فيه أجهزة الكمبيوتر.”

أنشأ Licciardi وزملاؤه شبكة PEGSNet، وهي شبكة للتعلم الآلي مصممة لتحديد “إشارات ElastoGravity الفورية”.

قام الباحثون بتدريب الآلات على مجموعة من البيانات الزلزالية الحقيقية التي تم جمعها في اليابان و 500000 إشارة جاذبية محاكاة للزلازل في نفس المنطقة.

يقول Licciardi إن بيانات الجاذبية التركيبية ضرورية للتدريب، لأن البيانات الحقيقية شحيحة جدًا،

ويتطلب نموذج التعلم الآلي مدخلات كافية للتمكن من العثور على أنماط في البيانات.

بمجرد التدريب، تم اختبار أجهزة الكمبيوتر بعد ذلك:

وقد تمكن من تتبع أصل وتطور زلزال توهوكو عام 2011 كما لو كان يحدث في الوقت الفعلي.

إقرأ أيضا:

بحث جديد يكشف أسرار أكبر حوض كربون على الأرض

تهديد جديد لأعشاب البحر..التلوث الضوضائي تحت الماء الذي يسببه الإنسان

يقول ليسياردي إن النتيجة كانت واعدة.

تمكنت الخوارزمية من تحديد حجم وموقع الزلزال قبل خمس إلى عشر ثوانٍ من الطرق الأخرى بدقة.

يقول Licciardi إن هذه الدراسة هي إثبات للمفهوم ونأمل أن تكون الأساس لنموذج أولي لنظام الإنذار المبكر.

“في الوقت الحالي، إنه مصمم للعمل … في اليابان.”

نريد أن نبني شيئًا يمكنه العمل في مناطق أخرى “معروفة بالزلازل القوية، بما في ذلك تشيلي وألاسكا.

في النهاية، الأمل هو بناء نظام واحد يمكنه العمل على مستوى العالم.

تظهر النتائج أن PEGSNet لديها القدرة على أن تكون أداة قوية لتحذيرات الزلازل المبكرة،

لا سيما عند استخدامها جنبًا إلى جنب مع أدوات الكشف عن الزلازل الأخرى، كما يقول فالي.

لا يزال هناك المزيد من العمل الذي يتعين القيام به.

فقد تم تدريب الخوارزمية للبحث عن نقطة واحدة لأصل الزلزال، وهو تقدير تقريبي معقول إذا كنت بعيدًا.

وإذا أراد العلماء تقديرًا دقيقًا لمكان حدوث الزلزال في المستقبل، فإن الآلات تحتاج إلى البحث عن المناطق، وليس النقاط، كما يضيف فالي.

يمكن أن يحدث تقدم أكبر في المستقبل حيث يطور الباحثون أدوات أكثر حساسية بكثير يمكنها اكتشاف حتى أصغر الاضطرابات التي تسبب الزلازل في مجال الجاذبية الأرضية مع تصفية المصادر الأخرى للضوضاء الخلفية التي قد تحجب الإشارات.

يقول فالي إن الأرض هي بيئة صاخبة للغاية، من محيطاتها إلى غلافها الجوي.

ويضيف: “إنه يشبه إلى حد ما التحدي الذي يواجهه الفيزيائيون عندما يحاولون مراقبة موجات الجاذبية”.

هذه التموجات في الزمكان، الناتجة عن الاصطدامات الكونية الهائلة، هي نوع مختلف تمامًا من الموجات التي تحركها الجاذبية.

المصدر