Động đất không thể ngăn chặn, nhưng có thể dự đoán chính xác đáng kinh ngạc nhờ điều này

Ẩn dưới lớp vỏ Trái đất là vô số đứt gãy – với những khối đá lớn trượt qua, đè lên, đè xuống hoặc đè vào nhau. Chúng có thể di chuyển chầm chậm qua ngày, và đến một lúc nào đó sẽ bùng nổ, khiến mặt đất rung chuyển.

Không gì có thể ngăn được động đất, nhưng biết được nơi chúng có khả năng xảy ra và sức mạnh mà chúng sẽ giải phóng, có nghĩa là các cộng đồng có thể được chuẩn bị tốt hơn để đón nhận chúng.

"Các vị không thể thấy động đất sắp xảy ra", ông Alexandros Savvaidis, một nhà khoa học nghiên cứu cấp cao, người đứng đầu Chương trình Mạng lưới Địa chấn Texas (TexNet), cho biết. "Đó là vấn đề của mili giây và điều duy nhất các vị có thể làm được là kiểm tra mức độ chuẩn bị của mình".

Khi thế giới tiếp tục khám phá tiềm năng của trí tuệ nhân tạo (AI), sự kết hợp giữa công nghệ này và địa chất đã cho thấy tiềm năng đầy hứa hẹn trong việc hạn chế tác động của động đất đối với cuộc sống con người và nền kinh tế.

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang cách mạng hóa dự báo động đất. Ảnh minh họa: Medium

Các nhà địa chất đã cố gắng sử dụng các phương pháp khoa học hiện đại để dự đoán động đất ít nhất là từ những năm 1960, nhưng không mấy thành công.

Nhiều nhà khoa học từ lâu đã coi dự báo động đất là điều bất khả thi, hoặc nếu có thể thì cũng cho kết quả không mấy chính xác.

Ông Chris Marone, giáo sư khoa học địa chất tại Đại học Penn State ở Pennsylvania, giải thích rằng một yếu tố cản trở dự báo động đất là sự phức tạp của các hệ thống đứt gãy trải dài khắp toàn cầu.

Đứt gãy là các vết nứt hoặc vùng nứt gãy giữa hai khối đá. Chuyển động dọc theo các đứt gãy này có thể diễn ra nhanh chóng, dẫn đến động đất. Tuy nhiên, các đứt gãy không phải lúc nào cũng dễ dàng xác định được. Hầu hết chúng đều nằm dưới lòng đất và khó phát hiện.

Con người có thể không nghe thấy tiếng động đó giữa tất cả tiếng ồn của cuộc sống hàng ngày, nhưng Trái đất liên tục rung chuyển.

Theo Cục Khảo sát Địa chất Mỹ (USGS), một dự đoán động đất thực sự hữu ích đòi hỏi 3 yếu tố: Vị trí, thời gian và cường độ. Cho đến nay, họ nói rằng không ai có thể dự đoán chắc chắn những điều này.

Thay vào đó, các nhà địa chất đã tạo ra "bản đồ nguy cơ", ước tính khả năng xảy ra động đất trong một khung thời gian cụ thể.

Mặc dù những bản đồ này có thể hỗ trợ lập kế hoạch, chẳng hạn như cải thiện tiêu chuẩn xây dựng ở những khu vực có nguy cơ cao, nhưng chúng không cung cấp độ chính xác cần thiết để cảnh báo sớm, cho phép mọi người sơ tán hoặc tìm nơi trú ẩn.

Khi thiên tai ngày càng trở nên phổ biến, các nhà khoa học đang khám phá nhiều phương pháp khác nhau để cải thiện khả năng dự đoán động đất, từ tín hiệu địa chấn đến hành vi của động vật và những thay đổi trong khí quyển.

Khi trí tuệ nhân tạo (AI) xuất hiện, một số nhà địa chấn học đã nhanh chóng áp dụng công nghệ này với hy vọng lấp đầy khoảng trống về dự đoán động đất.

Việc sử dụng AI sẽ nhân lên và tăng tốc khả năng của một nhà khoa học. Vì dự đoán động đất dựa trên nhiều điểm dữ liệu và cực kỳ nhạy cảm với thời gian, nên sử dụng AI sẽ mang lại một lợi thế đáng kể.

Các chương trình AI có thể xử lý nhiều hồ sơ địa chấn cùng lúc, hiển thị chúng với độ chính xác cao ở dạng 3D, nhanh hơn bất kỳ con người nào có thể làm được.

Nhà địa vật lý Zachary Ross và nhóm của ông tại Viện Công nghệ California đã xây dựng một chương trình AI và hiện đang thử nghiệm tại California. Khu vực này có hoạt động địa chất mạnh mẽ và được trang bị dày đặc các máy đo địa chấn.

Ông Ross và nhóm của mình đã lấy các dạng sóng địa chấn từ khắp Nam California mà các nhà khoa học xác định là động đất thực sự.

Hãy tưởng tượng mỗi trận động đất như một bài hát độc đáo. Các nhà khoa học đã ghi lại những "bài hát" này và xác định các nốt nhạc và nhịp điệu cụ thể khiến mỗi trận động đất đều khác biệt. Họ đang tạo ra một thư viện các "bài hát" động đất như vậy.

Bây giờ, họ đang sử dụng một chương trình máy tính để lắng nghe chuyển động liên tục của Trái đất. Chương trình này đang tìm kiếm bất kỳ "bài hát" mới nào khớp với các bài hát trong thư viện của họ. Nếu tìm thấy sự trùng khớp, đó có thể là dấu hiệu của một trận động đất sắp xảy ra.

Thuật toán đã nhanh chóng xác định được gần 2 triệu trận động đất nhỏ chưa từng phát hiện trước đây từ năm 2008 đến năm 2017. Những trận động đất này đã tiết lộ một mạng lưới phức tạp các đứt gãy và đặc điểm đứt gãy mà các cuộc khảo sát động đất trước đây đã bỏ sót.

Chương trình này, tiền thân của phần mềm AI hoàn chỉnh, chỉ có thể xác định động đất trong hồ sơ địa chấn khớp với dữ liệu đào tạo của nó. Nghĩa là các sự kiện địa chấn mới đã bị bỏ qua.

Để cải thiện khả năng dự đoán động đất, ông Ross đã chuyển sang các công cụ tiên tiến hơn: Các chương trình tự học có thể sử dụng thông tin hiện có để dự đoán âm thanh của nhiều loại động đất hơn.

Các chương trình này nhanh chóng xác định được nhiều trận động đất có âm thanh lạ, sau đó được các nhà khoa học xác nhận. Các chương trình học máy này tiếp tục phát triển và hiện đang làm nhiều việc hơn là chỉ xác định các trận động đất yên tĩnh và các đứt gãy ẩn.

Chúng đã được triển khai trên khắp California, nơi chúng đã xác định được một loại động đất mới kéo dài, di chuyển chậm.

Ở Hawaii, các chương trình mới đã phát hiện ra một mạng lưới đá nóng chảy di chuyển, xung động chưa từng biết đến bên dưới hai ngọn núi lửa đang hoạt động. Các phương pháp phân tích địa chấn truyền thống không thể phát hiện ra hoạt động ẩn này.

AI sẽ không thay thế các nhà khoa học con người, nhưng chúng có thể trở nên thiết yếu như máy đo địa chấn trong tương lai. Ảnh minh họa: Daily Sabah

Khi các chương trình này tiếp tục phát triển, chúng có thể được sử dụng để cải thiện tốc độ và độ chính xác của các hệ thống cảnh báo sớm về động đất. Ông Ross cho biết: "Điều này vượt xa những gì chúng ta có thể làm được cách đây vài năm. Bây giờ nó đã ở mức siêu phàm rồi."

Ví dụ, tại Tokyo, nơi dễ xảy ra động đất, phần mềm AI sẽ quét hình ảnh từ các camera được đặt ở những điểm cao trên khắp thành phố để nhận diện các đám cháy và tòa nhà sụp đổ, đồng thời cảnh báo chính quyền ngay khi chúng xảy ra.

Vào tháng 9/2023, các nhà nghiên cứu tại Đại học Texas cũng đã đạt được tiến bộ trong việc dự đoán động đất. Một thuật toán AI đã dự đoán chính xác 70% các trận động đất trước một tuần trong một thử nghiệm kéo dài 7 tháng ở Trung Quốc.

Vẫn chưa biết liệu cách tiếp cận tương tự có hiệu quả ở những địa điểm khác hay không, nhưng nỗ lực này là một cột mốc trong nghiên cứu dự báo động đất do AI thực hiện.

"Dự đoán động đất là mục tiêu tối thượng", ông Sergey Fomel, giáo sư tại Cục Địa chất Kinh tế của Đại học Texas và là thành viên của nhóm nghiên cứu, cho biết.

"Chúng tôi vẫn chưa tiến gần đến việc đưa ra dự đoán cho bất kỳ nơi nào trên thế giới, nhưng những gì chúng tôi đạt được cho chúng tôi biết rằng về nguyên tắc, những gì chúng tôi nghĩ là vấn đề bất khả thi thì có thể giải quyết được".

Một nhóm khác có trụ sở tại Israel gần đây tuyên bố đã phát triển một mô hình học máy có thể dự đoán động đất lớn trước 48 giờ với độ chính xác 83%. Mô hình này phân tích những thay đổi về hàm lượng electron trong tầng điện ly trong 20 năm qua.

Các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng ở những nơi có mạng lưới theo dõi địa chấn mạnh mẽ như Nhật Bản, Hy Lạp, Thổ Nhĩ Kỳ, Italy, California và Texas (Mỹ), AI có thể cải thiện tỉ lệ thành công và thu hẹp phạm vi dự đoán xuống còn vài chục dặm.

Bất chấp những tiến bộ này, các chương trình AI sẽ không thay thế các nhà khoa học con người, nhà địa vật lý Ross tại Viện Công nghệ California, nhấn mạnh. "Chúng chỉ là công cụ", ông nói, nhưng chúng có thể trở nên thiết yếu như máy đo địa chấn trong tương lai.

Minh Đức (Theo Stars Insider, SciTech Daily)