Стэнфордский сейсмолог Грегори Бероза однажды ходил по магазинам, когда услышал песню, которую не узнал. Поэтому он вытащил свой смартфон и использовал популярное приложение Shazam, чтобы определить мелодию.
Shazam использует алгоритм, чтобы найти «акустический отпечаток» для песни - ту часть песни, которая делает ее уникальной - и сравнивает ее с базой данных песен.
А что, если, подумал Бероза, он мог бы использовать подобную технику для выявления землетрясений?
В течение многих лет сейсмологи пытались идентифицировать «микровикеты» - землетрясения настолько малы, что даже не регистрируются в традиционных измерительных инструментах. Выявление микротрясений может помочь ученым понять поведение землетрясений и потенциально помочь им предсказать опасные сейсмические события.
Как и песни, землетрясения также имеют отпечатки пальцев.
«Структура Земли изменяется очень медленно, поэтому землетрясения, которые происходят рядом друг с другом, имеют очень похожие формы волны, то есть они почти одинаково сотрясают землю», - объясняет Бероза.
Со временем исследователи создали базы данных отпечатков землетрясений, чтобы идентифицировать движения грунта, которые могут быть микровиклетами. Когда происходит наземное движение, сейсмологи могут использовать базу данных, чтобы проверить, совпадает ли она с любым известным отпечатком землетрясения. Но использование этих баз данных является медленным процессом, и сейсмологи часто пытаются читать огромные объемы данных в режиме реального времени.
«Вы можете себе представить, что если вы пытаетесь все время сравнивать со всеми остальными временами 365 дней в году, 24 часа в сутки, это быстро превращается в очень большую работу», - говорит Бероза. «На самом деле, он становится невероятно большим».
Как работает FAST (Стэнфорд) (Стэнфорд) Но алгоритмический считыватель отпечатков пальцев с микроземлетанием на основе Shazam может иметь потенциал для выполнения этой работы практически мгновенно, полагает Бероза.
Сейсмолог набрал трех студентов с опытом работы в области вычислительной геологии для создания алгоритма. Вместе команда разработала программу Fingerprint and Similarity Thresholding (FAST). Его аббревиатура уместна: FAST может анализировать непрерывные сейсмические данные за неделю менее чем за два часа, в 140 раз быстрее, чем традиционные методы. В отличие от традиционных баз данных, FAST использует «дактилоскопию» для сравнения «как с подобным», исключая затрачиваемый время процесс сравнения всех землетрясений со всеми другими землетрясениями.
Результаты работы команды были недавно опубликованы в журнале Science Advances .
«Потенциальное использование [FAST] действительно везде», - говорит Бероза. «Это может быть полезно для обнаружения землетрясений во время повторных толчков [небольших землетрясений, которые часто следуют за более сильными], чтобы понять процесс, посредством которого одно землетрясение приводит к другому землетрясению».
Это также может быть полезно для понимания «индуцированной сейсмичности» - небольших землетрясений, вызванных поведением человека. Распространенной причиной индуцированной сейсмичности является закачка сточных вод, когда загрязненная вода в результате бурения на нефть и газ удаляется путем закачки ее в глубокие подземные скважины. Считается, что закачка сточных вод является причиной крупнейшего в истории США землетрясения, вызванного землетрясением магнитудой 5, 7 в Оклахоме в 2011 году. Известно, что добыча полезных ископаемых, гидроразрыв пласта и строительство очень крупных резервуаров также вызывают землетрясения. По словам Берозы, в отличие от природных землетрясений, число которых оставалось неизменным на протяжении многих лет, землетрясения, вызванные деятельностью человека, увеличиваются по частоте. БЫСТРО может быть особенно полезным в этой области, давая исследователям лучшую картину того, насколько человеческая деятельность дестабилизирует земную кору.
Есть еще проблемы, прежде чем FAST может быть полностью реализован. В исследовании команды FAST использовался только с одним инструментом на одной линии разлома. Чтобы быть широко полезным, он должен быть подключен к сети через серию сейсмических датчиков. Это также должно быть еще быстрее, говорит Бероза. В настоящее время команда работает над этими улучшениями, и Бероза планирует выпустить больше результатов в течение года.
