یک مطالعه جدید باورهای دیرینه درباره‌ی پیش بینی زلزله را مورد تردید قرار می‌دهد!

یک مطالعه جدید قابلیت اطمینان استفاده از لایه‌های توربیدیت برای ردیابی تاریخ لرزه‌ای منطقه فرورانش کاسکدیا را زیر سوال برده و نیاز به روش‌های بهبودیافته در پیش‌بینی زلزله‌های آینده را پیشنهاد می‌کند.

منطقه فرورانش کاسکدیا در شمال غربی اقیانوس آرام برخی از قوی‌ترین و ویرانگرترین زمین‌لرزه‌های تاریخ را ایجاد کرده است. این زمین‌لرزه‌ها جنگل‌ها را غرق و سونامی‌هایی را ایجاد کرده که به سواحل ژاپن نیز رسیده‌اند.

اگرچه آخرین زمین لرزه بزرگی که در منطقه فرورانش کاسکادیا ایجاد کرد در سال 1700 رخ داده، اما احتمالاً آخرین زلزله آن نخواهد بود. این منطقه که اکنون ممکن است تحت تأثیر این فاجعه قرار گیرد، کلان شهرهای شلوغی را میزبانی می‌کند که میلیون‌ها نفر را در خود جای داده است.

چالش‌های پیش بینی زلزله

دانشمندان فعالانه در تلاش برای تعیین فراوانی زمین لرزه‌ها و پیش‌بینی زمان وقوع “زلزله بزرگ” بعدی هستند. این کار معمولاً شامل جستجوی نشانه‌هایی از زلزله‌های گذشته در پرونده زمین شناسی آن منطقه به‌صورت سنگ های تکان خورده، رسوبات و مناظر است.

یک مطالعه جدید به رهبری دانشگاه تگزاس در آستین، قابلیت اطمینان این تاریخ زلزله‌های رخ داده که هزاران سال را در بر می‌گیرد و در نوعی ذخایر زمین‌شناسی به نام توربیدیت در لایه‌های بستر دریا یافت می‌شود را به چالش کشیده است.

توربیدیت‌ها و همبستگی زلزله

محققان مجموعه‌ای از لایه‌های توربیدیت را از منطقه فرورانش کاسکدیا که قدمت آن به حدود 12000 سال پیش بازمی‌گردد، با الگوریتمی که میزان همبستگی لایه‌های توربیدیت را با یکدیگر ارزیابی می‌کند، تجزیه و تحلیل کردند.

آنها دریافتند که در بیشتر موارد، توصیف همبستگی بین نمونه های توربیدیت با چیزی بهتر از لفظ تصادفی ممکن نیست! از آنجایی که توربیدیت‌ها می‌توانند به‌دلیل طیف وسیعی از پدیده‌ها و نه فقط زمین‌لرزه‌ها ایجاد شوند، نتایج نشان می‌دهد که ارتباط رکورد توربیدیت‌ها با زمین‌لرزه‌های گذشته نامشخص‌تر از آن چیزی است که تاکنون تصور می‌شد.

جوآن گومبرگ، ژئوفیزیکدان پژوهشی در سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت:

ما می‌خواهیم همه کسانی که فاصله‌ی زمانی زمین‌لرزه‌های فرورانش کاسکادیا را ذکر می‌کنند بفهمند که این زمان‌بندی‌ها توسط این مطالعه، زیر سوال رفته است. انجام تحقیقات بیشتر برای اصلاح این فواصل مهم است. آنچه ما می‌دانیم این است که کاسکدیا در گذشته از نظر لرزه ای فعال بوده و در آینده نیز فعال خواهد بود، بنابراین در نهایت، مردم باید آماده باشند.

بهبود تکنیک‌های تحقیقاتی

به گفته محققان، نتایج لزوماً بسامد تخمینی زمین لرزه در کاسکدیا را که تقریباً هر 500 سال یکبار است، تغییر نمی‌‌دهد. برآورد بسامد فعلی بر اساس طیف وسیعی از داده‌ها و تفاسیر است، نه فقط توربیدیت‌هایی که در این مطالعه تحلیل شده‌اند. با این حال، نتایج نیاز به تحقیقات بیشتر در مورد لایه‌های توربیدیت و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر و زلزله‌های بزرگ را نشان می‌دهد.

یکی از نویسندگان جیکوب کووالت، استاد پژوهشی در دانشکده علوم زمین UT جکسون گفت که این الگوریتم یک ابزار کمّی ارائه می‌دهد که روشی قابل تکرار برای تفسیر سوابق زلزله‌های باستانی که معمولاً بر اساس توصیف‌های کیفی‌تر از زمین شناسی و ارتباط بالقوه آنها است، فراهم می‌کند.

کووالت، محقق ارشد آزمایشگاه کمیتی کلاسیک در دفتر زمین شناسی اقتصادی مدرسه جکسون، ادامه می‌دهد:

این ابزار یک نتیجه تکرارپذیر ارائه می‌دهد، بنابراین همه می‌توانند یک چیز را ببینند. شما به‌طور بالقوه می‌توانید با این نتیجه بحث کنید، اما حداقل یک خط پایه دارید، رویکردی که قابل تکرار است.

نتایج این تحقیقات به‌تازگی در مجله GSA Bulletin منتشر شده است. این مطالعه محققانی از USGS، دانشگاه استنفورد، و بخش بررسی‌های زمین‌شناسی و ژئوفیزیک آلاسکا را شامل می‌شد.

لایه‌های توربیدیت و نقش آن‌ها در زمین شناسی

توربیدیت‌ها بقایای لغزش‌های زمین در زیر آب هستند. آنها از رسوباتی ساخته شده‌اند که پس از پرتاب شدن در آب توسط حرکت متلاطم رسوبی که در کف اقیانوس اتفاق می‌افتد، به کف دریا می‌نشینند. رسوب در این لایه‌ها دارای یک درجه‌بندی مشخص است با دانه‌های درشت‌تر در پایین و دانه‌های ریزتر در بالا.

اما بیش از یک راه برای ایجاد یک لایه توربیدیت وجود دارد. زمین‌لرزه‌ها وقتی بستر دریا را تکان می‌دهند می‌توانند باعث رانش زمین شوند. اما طوفان‌ها، سیل‌ها و طیفی از پدیده‌های طبیعی دیگر نیز، هر چند در مقیاس جغرافیایی کوچک‌تر، همین‌طور هستند.

تکنیک‌های تجزیه و تحلیل پیشرفته برای داده های توربیدیت

در حال حاضر، اتصال توربیدیت ها به زمین‌لرزه‌های گذشته معمولاً شامل یافتن آنها در هسته‌های زمین‌شناسانه است که از بستر دریا گرفته شده‌اند. به گفته محققان، اگر یک توربیدیت یکسان تقریباً در یک نقطه و در چندین نمونه در یک منطقه نسبتاً بزرگ ظاهر شود، به‌عنوان بقایای زمین‌لرزه‌های گذشته محسوب می‌شود.

اگرچه نمونه‌های تاریخ‌گذاری کربن می‌توانند به محدود کردن زمان‌بندی کمک کنند، اما هنوز در تفسیر نمونه‌هایی که تقریباً در یک زمان و مکان ظاهر شده و توسط یک رویداد به هم متصل می‌شوند، تردیدهای زیادی وجود دارد.

درک بهتر نحوه ارتباط نمونه‌های مختلف توربیدیت به یکدیگر، الهام بخش محققان شد تا یک روش کمّی (الگوریتمی به نام “تابش زمانی پویا”) را برای داده‌های توربیدیت به‌کار ببرند. روش الگوریتمی به دهه 1970 برمی‌گردد و دارای طیف گسترده ای از کاربردها، از تشخیص صدا گرفته تا صاف کردن گرافیک در محیط‌های VR پویا می‌باشد.

زولتان سیلوستر، یکی از نویسندگان، استاد پژوهشی در مدرسه جکسون و محقق ارشد آزمایشگاه کمیت‌های کلاسیک، که رهبری انطباق الگوریتم برای تجزیه و تحلیل توربیدیت‌ها را بر عهده داشت، گفت:

این اولین بار است که از آن برای تجزیه و تحلیل توربیدیت‌ها استفاده می شود.

سیلوستر ادامه داد:

این الگوریتم جزء کلیدی بسیاری از پروژه‌هایی است که من روی آنها کار کرده‌ام” اما هنوز در علوم زمین از آن بسیار کم استفاده می‌شود.

این الگوریتم شباهت‌های بین دو نمونه را تشخیص می‌دهد که ممکن است در بازه‌های زمانی متفاوتی تشکیل شده باشند و تعیین می‌کند که داده‌های بین آنها چقدر مطابقت دارند.

برای نرم‌افزار تشخیص صدا، این به معنای تشخیص کلمات کلیدی است، حتی اگر ممکن است با سرعت‌ها یا زیر و بم‌های مختلف گفته شوند. برای توربیدیت‌ها، این الگورتیم شامل شناسایی خواص مغناطیسی مشترک بین نمونه‌های مختلف توربیدیت است که ممکن است علیرغم اینکه از یک رویداد منشا می‌گیرند، از مکانی به مکان دیگر متفاوت به نظر برسند.

نورا نیمنسکی، یکی از نویسندگان و مدیر برنامه مخاطرات ساحلی بخش بررسی‌های زمین شناسی و ژئوفیزیک آلاسکا، گفت:

همبستگی توربیدیت‌ها کار ساده ای نیست. توربیدیت ها معمولاً تنوع جانبی قابل‌توجهی را از خود نشان می‌دهند که منعکس‌کننده‌ی دینامیک جریان متغیر آنها است. بنابراین، انتظار نمی‌رود که توربیدیت‌ها در فواصل زیاد، یا حتی در فواصل کوچک به ویژه در امتداد حاشیه‌های فعال مانند کاسکدیا یا در سراسر محیط‌های رسوبی مختلف، ویژگی رسوبی یکسانی را حفظ کنند.

محققان همچنین همبستگی‌های تولیدشده توسط الگوریتم را در معرض سطح دیگری از بررسی قرار دادند. آنها نتایج را با داده‌های همبستگی محاسبه‌شده با استفاده از داده‌های مصنوعی ساخته‌شده با مقایسه 10000 جفت لایه توربیدیت تصادفی مقایسه کردند. این مقایسه مصنوعی به عنوان کنترلی در برابر تطابقات تصادفی در نمونه‌های واقعی عمل کرد.

محققان تکنیک خود را روی ثبت قابلیت مغناطیسی لایه‌های توربیدیت در 9 هسته زمین شناسی که در طی یک سفر علمی در سال 1999 جمع‌آوری شده بود، به کار بردند. آنها دریافتند که در بیشتر موارد، ارتباط بین لایه‌های توربیدیت که قبلاً همبستگی داشتند، چیزی جز تصادف نبوده است. تنها استثنای این روند برای لایه‌های توربیدیتی بود که نسبتاً نزدیک به هم بودند و بیش از 15 مایل از هم فاصله نداشتند.

نتیجه‌گیری: عدم قطعیت باقی می‌ماند!

محققان تاکید می‌کنند که این الگوریتم تنها یکی از راه‌های تجزیه و تحلیل توربیدیت‌ها است و گنجاندن سایر داده‌ها می‌تواند درجه همبستگی بین هسته‌ها را به طریقی تغییر دهد. با این حال، با توجه به این نتایج، وجود توربیدیت‌ها در یک زمان و منطقه عمومی در رکورد زمین شناسی برای اتصال قطعی آنها به یکدیگر کافی نیست.

و اگرچه الگوریتم‌ها و رویکردهای یادگیری ماشینی می‌توانند به این کار کمک کنند، اما این به دانشمندان زمین‌شناسی بستگی دارد که نتایج را تفسیر کرده و ببینند که تحقیقات به کجا منتهی می‌شود.

سیلوستر گفت:

ما اینجا هستیم تا به سؤالات پاسخ دهیم نه فقط برای اینکه از ابزار استفاده کنیم. اما در عین حال، اگر این نوع کار را انجام می‌دهید، شما را مجبور می‌کند که بسیار دقیق فکر کنید.

منبع: Scitechdaily