Мощнейшее землетрясение 11 марта 2011 года возле берегов Японии вызвало всплеск интереса к проблеме прогнозирования таких природных катаклизмов. О разработанной в Московском государственном университете методике прогноза вулканической и сейсмической активности рассказал кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Валерий Федоров.
Большинство глубоких землетрясений вулканических извержений сосредоточено вблизи экваториальной плоскости. То есть распределение очагов землетрясений связано с центробежной силой. Она, в свою очередь, определяется гравитационным взаимодействием: усилилось это взаимодействие – вращение Земли замедляется, ослабло – ускоряется. Вращение Земли связано с приливным взаимодействием, с гравитацией. Поэтому, естественно, причину землетрясений следует искать в космо-земном взаимодействии и, в частности, в приливном действии Луны, Солнца и ближайших планет на Землю.
На этой основе была создана методика прогноза землетрясений. В 2002–2004 годах такая работа была профинансирована Российским фондом фундаментальных исследований. В результате проведенных исследований были разработаны две методики прогноза. И по той и другой методике получалось, что в период с 27 декабря по 31 декабря 2004 года должно было произойти мощнейшее землетрясение. Землетрясение, и последовавшее за ним цунами, произошло 26 декабря: погибло около 300 тысяч человек, ущерб составил 11 миллиардов долларов. Необходимо отметить, что расчеты появились за полгода до этого события. Аналогов такой точности прогнозов просто нет.
Сейчас учеными и специалистами географического факультета МГУ разработаны уже новые решения, с использованием нейросетей – самоорганизующихся карт Кохонена. Основная цель этой работы – практическое создание и развертывание геоинформационной системы по глобальному мониторингу вулканической и сейсмической активности.
В данном случае речь идет о том, что вся Земля разбивается на ячейки со стороной 5 на 5 или 10 на 10 градусов (в последнем случае – это примерно 1000 на 1000 километров). В системе локального мониторинга исследуются местные характеристики – изменение поверхности, состава и температуры грунтовых вод, другие геофизические, геохимические, геодезические, биологические данные и на каждую ячейку выдается прогноз вероятности землетрясения. Но все эти критерии – местные, локальные и неоднозначные. Поэтому и важно создание глобальной системы мониторинга, основу которого составляет фундаментальное физическое взаимодействие между Землей и космосом – гравитационное. В конечном итоге соединение сетей локального и глобального мониторинга позволит, насколько возможно, решить проблему прогноза таких стихийных бедствий, как извержения вулканов и землетрясения.
Необходимо отметить, что для использования самоорганизующихся нейронных сетей очень важным для прогноза является набор исходных параметров. Именно поиском параметров, которые можно заложить в нейронную сеть для прогнозирования вулканической и сейсмической активности и занималась творческая группа математиков, программистов и геологов последние 10–15 лет.
В результате этой длительной и кропотливой работы были найдены определенные критерии, которые позволяют запускать нейросетевой алгоритм для получения сейсмического и вулканического прогнозов. Один из этих критериев – широтное распределение сейсмической активности. Здесь используется база данных геологической службы США по землетрясениям с магнитудой больше 5,0. Это очень приличные массивы информации, и они постоянно пополняются. Другие критерии – это астрономические характеристики: расстояние Земля–Солнце, Земля–Луна, эклиптическая широта Луны… Связь землетрясений с этими параметрами установлена. Есть и еще некоторые интересные предположения, которые еще требуют проверки и подтверждения.
Дальше самообучающаяся сеть анализирует параметры, используя алгоритм «Победителю достается все». То есть выбирается самый значимый фактор, случайные отбрасываются. И сеть сама выдает прогноз по времени и по месту. Другими словами, сеть – это своеобразный черный ящик. Нужно обратить внимание на тот факт, что для каждой ячейки в этой модели будет выдаваться вероятность землетрясения или извержения вулкана на каждый день. То есть человек сможет посмотреть, на каждый день, не только прогноз погоды, но и прогноз сейсмических событий (сейсмическую погоду) в этой местности куда он едете отдохнуть.
Примерно за две недели до нынешних японских событий 11 марта, все опубликованные работы по исследованиям в области прогноза землетрясений на основе гравитационного взаимодействия были переданы помощнику посла Японии в России. В России сейчас нет технических средств для запуска такой сети. Для этого нужны очень мощные суперкомпьютеры. У японцев есть такой компьютер – в Токийском университете.
«Сейчас математики, с которыми я работаю, пытаются распределить задачу на несколько обычных компьютеров, распараллелить алгоритм. Это не тривиальная математическая задача…», – отметил в своем интервью ведущий научный сотрудник географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова Валерий Федоров.