Stanfordin seismologi Gregory Beroza oli ostoksilla eräänä päivänä kuultuaan laulun, jota hän ei tunnistanut. Joten hän veti älypuhelimensa ja käytti suosittua sovellusta Shazam tunnistaakseen virityksen.
Shazam löytää algoritmin löytääkseen kappaleen ”akustisen sormenjäljen” - kappaleen osan, joka tekee siitä ainutlaatuisen - ja vertaa sitä kappaleiden tietokantaan.
Entä jos Beroza ihmetteli, että hän voisi käyttää samanlaista tekniikkaa maanjäristysten tunnistamiseen?
Seismologit ovat vuosien ajan yrittäneet tunnistaa ”mikroträkkäykset” - niin pienet, että he eivät edes rekisteröidy perinteisiin mittausvälineisiin. Mikrojäristysten tunnistaminen voi auttaa tutkijoita ymmärtämään maanjäristyksen käyttäytymistä ja auttaa heitä ennakoimaan vaarallisia seismisiä tapahtumia.
Kuten kappaleita, myös maanjäristyksissä on sormenjälkiä.
"Maan rakenne muuttuu hyvin hitaasti, joten lähellä toisiaan tapahtuvissa maanjäristyksissä on hyvin samanlaisia aaltomuotoja, ts. Ne ravistavat maata melkein samalla tavalla", Beroza selittää.
Ajan myötä tutkijat ovat luoneet tietokantoja maanjäristyksen sormenjälkeistä maapallon liikkeiden tunnistamiseksi, jotka saattavat olla mikrojäristyksiä. Maan liikkeen tapahtuessa seismologit voivat käyttää tietokantaa nähdäkseen, vastaako se jotain tunnettua maanjäristyksen sormenjälkeä. Mutta näiden tietokantojen käyttö on hidasta prosessia, ja seismologit yrittävät usein lukea valtavia määriä tietoja reaaliajassa.
"Voit kuvitella, jos yrittäisit verrata kaikkia aikoja muihin aikoihin 365 päivää vuodessa, 24 tuntia vuorokaudessa, siitä tulee nopeasti erittäin suuri työ", Beroza sanoo. "Itse asiassa siitä tulee mahdottoman suuri."
Kuinka FAST toimii (Stanford) (Stanford) Mutta Shazamiin perustuvalla algoritmipohjaisella mikrojäristysten sormenjälkitunnistimella voisi olla mahdollisuus tehdä työ melkein heti, Beroza arvasi.
Seismologi rekrytoi algoritmin luomiseksi kolme opiskelijaa, joilla on asiantuntemusta laskennallisesta geotieteestä. Yhdessä ryhmä keksi ohjelman nimeltään sormenjälki ja samankaltaisuuskynnys (FAST). Sen lyhenne on asianmukainen: FAST pystyy analysoimaan viikon jatkuvan seismisen tiedon alle kahdessa tunnissa, 140 kertaa nopeammin kuin perinteiset tekniikat. Toisin kuin perinteiset tietokannat, FAST käyttää sormenjälkiä vertaillakseen "kuten samankaltaisia", jolloin aikahukkaan menevän prosessin avulla verrataan kaikkia maanjäristyksiä kaikkiin muihin maanjäristyksiin.
Ryhmän työn tulokset julkaistiin äskettäin Science Advances -lehdessä.
"[FAST: n] mahdollinen käyttö on todella kaikkialla", Beroza sanoo. "Voi olla hyödyllistä löytää maanjäristyksiä jälkijäristyksen aikana [pienemmät maanjäristykset, jotka usein seuraavat suurempia] ymmärtää prosessia, jolla yksi maanjäristys johtaa toiseen maanjäristykseen."
Se voi myös olla hyödyllistä ymmärrettäessä ”aiheuttamaa seismisyyttä” - pieniä ihmisen käyttäytymisen aiheuttamia maanjäristyksiä. Yleinen syy indusoituun seismisyyteen on jäteveden injektio, jossa öljyn ja kaasun porausten saastunut vesi hävitetään injektoimalla se syviin maanalaisiin kaivoihin. Jäteveden injektoinnin uskotaan olevan syynä Yhdysvaltain historian suurimpaan ihmisen aiheuttamaan maanjäristykseen, Oklahomassa vuonna 2011 tapahtuneen maanjäristyksen 5, 7 voimakkuuteen. Kaivostoiminnan, hydraulisen hajoamisen ja erittäin suurten säiliöiden rakentamisen tiedetään myös aiheuttavan maanjäristyksiä. Toisin kuin luonnollisissa maanjäristyksissä, joiden lukumäärä on pysynyt samana vuosien varrella, ihmisen aiheuttamat maanjäristykset ovat lisääntyneet, Beroza sanoo. FAST saattaa olla erityisen hyödyllinen tällä alueella, sillä se antaa tutkijoille paremman kuvan siitä, kuinka suuri ihmisen toiminta horjuttaa maankuorta.
Vielä on haasteita, ennen kuin FAST voidaan panna kokonaan täytäntöön. Ryhmän tutkimuksessa FAST: ää käytettiin vain yhdellä instrumentilla yhdellä vikaviivalla. Jotta se olisi laajalti hyödyllinen, se on kytkettävä verkon joukkoon seismisia antureita. Sen on myös oltava vielä nopeampaa, Beroza sanoo. Ryhmä työskentelee parhaillaan näiden parannusten parissa, ja Beroza odottaa julkaisevansa lisää tuloksia vuoden aikana.
