在土耳其東南部和敘利亞北部搖搖欲墜的建筑物中，正在上演的悲劇凸顯了地震是如何出人意料地襲擊?？茖W(xué)家們正在尋找方法來發(fā)現(xiàn)這些最不可預(yù)測的自然災(zāi)害的早期預(yù)警跡象。

這場地震是突然發(fā)生的，沒有任何警告。襲擊土耳其東南部和敘利亞北部的兩次破壞性地震奪走了數(shù)千人的生命，并使更多人受傷或失去住所。地震發(fā)生在2月6日凌晨，當(dāng)?shù)谝淮?.8級的地震將他們的房屋撞倒在地時，大多數(shù)受害者本應(yīng)在屋內(nèi)睡覺。

當(dāng)?shù)谝淮蔚卣甬a(chǎn)生的地震波在全球范圍內(nèi)回蕩時，敏感的儀器上突然出現(xiàn)了活動的閃光，這是符號學(xué)家們認為一場重大災(zāi)難正在展開的第一個跡象。幾個小時后，又發(fā)生了第二次7.5級的大地震。

這兩次地震相對較淺，意味著晃動的強度特別大。隨著該地區(qū)的余震不斷，美國地質(zhì)調(diào)查局的專家警告說，那些幸存下來的人，以及現(xiàn)在涌向該地區(qū)提供幫助的救援人員，面臨著山體滑坡和地面液化的重大風(fēng)險。

但是，當(dāng)世界競相向土耳其和敘利亞邊境兩側(cè)被摧毀的社區(qū)提供援助時，一些人在想，為什么我們沒有看到這一幕。

發(fā)生地震的東安納托利亞斷層系統(tǒng)是構(gòu)造上的 "三叉路口 "的一部分，這里有三個構(gòu)造板塊--安納托利亞、阿拉伯和非洲板塊--相互磨擦。自1970年以來，該地區(qū)只發(fā)生過三次6級或更大的地震，許多地質(zhì)學(xué)家認為該地區(qū) "早就該發(fā)生大地震了"。

那么，為什么他們不能預(yù)測呢？

事實上，預(yù)測地震的科學(xué)是非常、非常困難的。雖然在事件發(fā)生后，往往可以在地震數(shù)據(jù)中檢測到一些微小的信號，但知道要尋找什么，并在事前利用這些信號進行預(yù)測，則要困難得多。

"當(dāng)我們在實驗室模擬地震時，我們可以看到所有這些小故障的發(fā)生--有一些裂縫和一些缺陷首先出現(xiàn)，"意大利羅馬薩皮恩扎大學(xué)和美國賓夕法尼亞州立大學(xué)的地球科學(xué)教授克里斯-馬龍說。"但在自然界中，有很多不確定因素，為什么我們經(jīng)常看不到前震或?qū)⒁l(fā)生大地震的跡象。"

至少從20世紀(jì)60年代起，地質(zhì)學(xué)家就一直在嘗試使用現(xiàn)代科學(xué)方法來預(yù)測地震，但卻收效甚微。馬龍說，這其中的大部分原因是縱橫交錯的斷層系統(tǒng)的復(fù)雜性。還有大量的地震噪音--地球一直在咕嚕咕嚕地響著，再加上交通、建筑工程和日常生活的人為噪音，使得人們很難挑出清晰的信號。

根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的說法，要產(chǎn)生一個真正有用的地震預(yù)測需要三件事--地震將在哪里發(fā)生，何時發(fā)生以及事件將有多大。他們說，到目前為止，沒有人能夠確切地做到這一點。

相反，地質(zhì)學(xué)家在 "危險地圖 "中提出了他們最好的猜測，他們計算了在幾年的時間范圍內(nèi)發(fā)生地震的概率。雖然這些可以幫助進行某種程度的規(guī)劃，例如在風(fēng)險最大的地區(qū)提高建筑標(biāo)準(zhǔn)，但它并沒有提供向公眾提供早期預(yù)警所需的預(yù)測水平，使他們能夠疏散或避難。而且，不是每個生活在地震區(qū)的人都能負擔(dān)得起承受大量震動所需的基礎(chǔ)設(shè)施。

"在土耳其和敘利亞，有很多因素意味著建筑物處于一種準(zhǔn)備煎熬和失敗的狀態(tài)，"馬龍說。"在西方世界的很多地方，都有在20世紀(jì)70年代和80年代實施的抗震加固規(guī)范。但是建造和改造建筑物的成本很高"。(閱讀關(guān)于日本的摩天大樓是如何在地震中生存的）。

因此，科學(xué)家們反而一直在尋找使地震預(yù)測更加準(zhǔn)確的方法。除了地震信號之外，研究人員還在各種各樣的地方尋找線索--從動物的行為到地球上層大氣的電干擾。

中國的科學(xué)家們一直在尋找地震發(fā)生前幾天地球電離層中帶電粒子的漣漪。

然而，最近，人們對人工智能探測人類錯過的那種微妙信號的能力越來越興奮。機器學(xué)習(xí)算法可以分析過去地震的大量數(shù)據(jù)，尋找可能用于預(yù)測未來事件的模式。

"馬龍說："這種基于機器學(xué)習(xí)的預(yù)測已經(jīng)產(chǎn)生了很大的興趣。他和他的同事們在過去五年里一直在開發(fā)能夠在實驗室中檢測模擬地震斷層故障的算法。使用拳頭大小的花崗巖塊，他們可以重現(xiàn)斷層上可能發(fā)生的應(yīng)力積累和摩擦，積累壓力直到斷層滑動，產(chǎn)生他們所謂的 "實驗室地震"。

"彈性波穿過斷層，因為它一點一點地斷裂，"Marone說。"我們可以根據(jù)這些彈性特性的變化和來自斷層區(qū)本身的前震的噪音來預(yù)測實驗室中的故障何時發(fā)生。我們很想把這個移植到地球上，但是我們還沒有達到這個目的。"

將人工智能的這種預(yù)測能力轉(zhuǎn)移到現(xiàn)實世界斷層區(qū)的更大、更復(fù)雜的環(huán)境中，是更具挑戰(zhàn)性的。

"有幾個案例，人們在地震發(fā)生后的預(yù)測中想出了辦法，這表明這可能是可行的，"馬龍說。"但目前還沒有一個大的突破。"

例如，中國的科學(xué)家們一直在尋找地球電離層中帶電粒子的漣漪，這些粒子在地震發(fā)生前的幾天由斷層區(qū)上方的磁場變化引起。例如，由北京地震預(yù)測研究所的劉靜領(lǐng)導(dǎo)的一個小組說，它可以看到2010年4月初加州巴哈市地震發(fā)生前10天，震中上方大氣電子的干擾。

另一個設(shè)在以色列的小組最近聲稱，通過檢查電離層中電子含量在過去20年中的變化，能夠使用機器學(xué)習(xí)提前48小時預(yù)測大型地震，準(zhǔn)確率為83%。

中國顯然對電離層中的這些線索寄予了希望。2018年，中國發(fā)射了中國地震電磁衛(wèi)星（CSES），以監(jiān)測地球電離層的電異常。去年，位于北京的中國地震臺網(wǎng)中心的科學(xué)家聲稱，在2021年5月和2022年1月襲擊中國大陸的地震發(fā)生前15天，發(fā)現(xiàn)電離層中的電子密度下降了。

"在中國地震臺網(wǎng)中心工作的研究人員之一李梅說："巖石圈和上面的兩層--也就是大氣層和電離層之間可以發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。但她說，這種情況如何發(fā)生的機制仍有爭議。她警告說，即使有了衛(wèi)星數(shù)據(jù)，他們的發(fā)現(xiàn)離能夠預(yù)測即將發(fā)生的地震仍有一段距離。

"我們不能明確即將發(fā)生的事件的正確位置，"研究人員在一篇關(guān)于他們的發(fā)現(xiàn)的論文中說。李還指出了另一個復(fù)雜的問題--大地震會在遠離震中的地方引起電離層的變化，這使得確認精確位置變得很困難。

"她說："電離層異?？梢猿霈F(xiàn)在地震震中周圍，也可以出現(xiàn)在另一個半球的磁共軛點，這給我們確認即將發(fā)生的事件的位置帶來了更多困難。

其他研究人員把希望寄托在不同的信號上。在日本，一些人聲稱能夠利用地震帶上方水蒸氣的變化來進行預(yù)測。測試表明這些預(yù)測有70%的準(zhǔn)確性，盡管他們只能說地震可能在下個月的某個時間點發(fā)生。其他人一直在嘗試?yán)玫卣鹎翱赡馨l(fā)生的地球重力的微小漣漪。

但是，盡管所有這些說法，沒有人能夠在地震發(fā)生之前成功地預(yù)測地震發(fā)生的地點和時間。

"我們只是沒有基礎(chǔ)設(shè)施來做我們需要的那種監(jiān)測，"Morone說。"誰會拿出1億美元（8300萬英鎊）來安裝一套我們在實驗室里用來監(jiān)測斷層的那種地震儀？我們知道如何預(yù)測實驗室地震，但我們不知道的是，它們是否真的能轉(zhuǎn)移到真實世界的復(fù)雜斷層上。例如，東安納托利亞斷層位于世界的一個復(fù)雜地區(qū)--不是一個簡單的斷層平面，而是一堆東西聚集在一起"。

而且，即使有能力做出更好的預(yù)測，仍然存在著如何處理這些信息的問題。在準(zhǔn)確性提高之前，如果出現(xiàn)錯誤，疏散整個城市或要求人們遠離有風(fēng)險的建筑物，可能會造成很大的損失。但是，馬龍從氣象預(yù)報的世界中尋找到了一些跡象，表明如果數(shù)據(jù)得到改善可能會發(fā)生什么。

"馬龍說："他們已經(jīng)提前對大的天氣事件進行了一些準(zhǔn)確預(yù)測。這使政府機構(gòu)能夠準(zhǔn)備對颶風(fēng)等事件的應(yīng)急反應(yīng)，并向公眾發(fā)出警告，以幫助他們保持安全。馬龍說，能夠為地震做類似的事情仍然需要幾年時間。"我們目前還沒有接近這一點。"

人工智能可能發(fā)揮更直接作用的一個領(lǐng)域是在地震后立即發(fā)生的事件。東北大學(xué)和中國人民大學(xué)的研究人員一直在開發(fā)工具，利用人工智能從衛(wèi)星圖像中對自然災(zāi)害造成的損害進行分類，以便政府和救援隊能夠被派往最需要的地方。它使用算法來評估建筑物的損壞情況，并確定哪些結(jié)構(gòu)已被完全摧毀或有潛在危險。

人們還希望，機器學(xué)習(xí)算法可以通過幫助更好地預(yù)測大地震后的余震，幫助保護救援人員和地震幸存者的安全。這些余震可能會造成巨大的風(fēng)險，因為它們會使最初的地震留下的不穩(wěn)定的建筑物移位，造成進一步的破壞。

例如，哈佛大學(xué)的研究人員一直在部署深度學(xué)習(xí)--一種機器學(xué)習(xí)的形式--來研究余震的模式，希望可以預(yù)測它們。

"我們對大事件發(fā)生后的情況以及余震發(fā)生的原因有了非常好的了解，"馬龍說。"但它仍然不完整。作為一個科學(xué)社會，我們已經(jīng)能夠更好地了解較小的沖擊是否可能導(dǎo)致更大的沖擊，但總是存在不確定性。

"你不需要非常了解地震和余震，就能意識到在土耳其發(fā)生的事情是一個非常不尋常的情況，你有兩個非常大的地震彼此接近。第二次地震是由第一次地震引發(fā)的，但這是兩次大的主震。"