最新研究显示：人类未来有望提前一周预报地震

最近，来自洛斯阿拉莫斯国家实验室、剑桥大学和波士顿大学的研究员和学者们在《地球物理研究快报》期刊上发表了一篇论文，概述了一种最先进的地震探测方法。未来，在地震发生前，人们可能有几天的时间寻找安全庇护。
一般来说，预测地震发生的地点相对容易，因为某个发生地震的特定地点很可能会再次发生地震。几十年来，预测地震的发生时间和规模是科学家的一个基本目标。这篇名为《机器学习预测实验室地震》的论文旨在识别预测地震的隐蔽信号。
机器学习功不可没
文中介绍了一种计算机程序，这种程序可以在地震发生前“窃听”到地球深处的岩石发出的隆隆声，这种轻微的隆隆声无法被人耳察觉。虽然科学家早就知道这些声音的存在，但一度将其视为随机发出的噪音，直到最近，科学家才利用计算机克服了人类缺陷，发现了这些声音的秘密。科学家推断，这种声音信号来源于断层泥中颗粒的连续运动。论文的合著者贝特朗·鲁埃·勒迪克说，机器学习(machine learning)可以处理无法手动处理的数据集，并且以一种不偏不倚的方式观察数据，从而可以发现声音信号。机器学习主要是设计和分析一些让计算机可自动“学习”的算法。
在研究中，预测是基于声音信号的瞬时物理特性。研究人员在实验室内使用钢块来模拟真实地震中的物理作用力，并记录 “（模拟）地震”发出的声音信号，随后利用机器学习技术来分析这种声音信号。
这篇论文的另一位合著者，剑桥大学的材料科学家科林·汉弗莱斯告诉路透社:“地震发生前，一粒岩石与另一粒岩石摩擦时会发出声音。有点像吱吱作响的门。”这些隆隆声在地球上一直存在，但研究小组发现，他们可以通过机器学习来识别这种地震即将发生前发出的隆隆声。汉弗莱说：“人们常常说地震无法预测。但现在我可以说，我们相信这是第一次，地震可以在实验室里被预测。”他说，这是机器学习第一次被用来分析预测地震的声音数据。令人难以置信的是，机器学习竟然可以完成这项工作。
提前预警成为现实仍需时间
尽管这项研究提出了新的想法，但提前一周的地震预警可能还需要很长一段时间才会成为现实中的标准操作。这项新研究只在实验室范围内进行，研究对象目前还不包括自然地震，意味着该团队需要在真正的断层上进行测试，比如在美国加州圣安德烈亚斯断层上进行测试。
但论文作者指出，这项研究与地球断层非常相似。基于这项最新的研究结果，作者提出假设，即这种计算机程序或可帮助识别地震预测信号，为研究断层摩擦过程提供一种洞察方式。所以同样的方法或可用来预测自然地震的时间，但目前还不能预测地震的规模。这种方法还可以应用于预测雪崩、滑坡、机械零件故障等，这将是该领域内的一个重要进展。
虽然这是一个重大的飞跃，但在用同样的方法预测地震的发生时间时，研究人员还需要将实验室温度与地球温度的差异等因素考虑进去。一个实验室研究也无法捕捉到地球上所有复杂的断裂现象。但研究人员正在努力走出实验室，相信这种机器学习技术最终将会在很大程度上进一步指导地震预测工作。
在过去的15年里，由于在仪器等方面取得的巨大进步，科学家在地震预测方面取得了重要进展。据《新闻周刊》报道，目前的地震预警系统，例如墨西哥城的地震预警系统能够给居民20秒的预警时间。整个过程就像是一场简单的跑步比赛：地震能量波穿越坚固岩石的速度比无线电波在空气中传播的速度要慢。这种时间差异意味着在这场跑步比赛中，无线电波险胜地震能量波。
汉弗莱说，下一个挑战是预测地震发生的规模。研究人员相信，随着在技术、仪器、机器学习、数据处理、计算机等方面取得进步，未来，在地震科学领域的研究潜力可待进一步挖掘。
（栏目主编：杨立群。编辑邮箱：ylq@jfdaily.com）