Tým vědců vedený Andreou Bertoldim z Laboratoře fotoniky, numeriky a nanotechnologií v Bordeaux ve Francii vyvinul metodu, která umožňuje předpovídat intenzitu tohoto seismického šumu až 16 dní dopředu. Jejich výzkum, publikovaný v časopise Nature Scientific Reports, by mohl mít dalekosáhlé důsledky pro vědecký výzkum i průmyslové aplikace.

Od vln k chvění: Jak funguje seismický šum

Seismický šum není něco, co byste mohli slyšet nebo cítit bez speciálního vybavení. Jde o velmi jemné vibrace zemské kůry, které jsou způsobeny především interakcí mořských vln s mořským dnem. Tyto vibrace se šíří zemskou kůrou a lze je zaznamenat seismometry po celém světě, dokonce i stovky kilometrů od pobřeží.

„Seismický šum je něco jako neustálý šepot Země,“ vysvětluje Bertoldi. „A stejně jako v lidském šepotu, i v něm lze rozpoznat určité vzory a informace, pokud víte, jak naslouchat."

Vědci již dlouho věděli, že existuje souvislost mezi stavem moře a seismickým šumem. Ale až dosud nikdo nedokázal tuto znalost využít k předpovídání budoucího seismického pozadí.

Předpověď seismického počasí

Bertoldiho tým použil data z bójí rozmístěných ve Středozemním moři a Atlantském oceánu, která měří různé parametry mořských vln, jako je jejich výška, perioda a směr. Tato data pak porovnali se záznamy seismického šumu naměřeného v Podzemní laboratoři s nízkým šumem (LSBB) v Rustrel ve Francii.

Pomocí strojového učení vytvořili model, který dokáže převést předpovědi stavu moře na předpovědi seismického šumu. Výsledky byly pozoruhodné – model dokázal předpovědět seismický šum až 16 dní dopředu s překvapivou přesností, zejména v frekvenčním pásmu kolem 1 Hz.

„Je to, jako bychom se naučili předpovídat, kdy bude Země 'tiše zpívat' a kdy se naopak roztřese jako struna kytary,“ říká Bertoldi. „A co je nejdůležitější, dokážeme to udělat s dostatečným předstihem, abychom mohli plánovat citlivé vědecké experimenty nebo průmyslové činnosti.“

Revoluce v plánování experimentů

Proč je tato předpověď tak důležitá? Mnoho vědeckých experimentů a průmyslových procesů je extrémně citlivých na i ty nejmenší otřesy. Například detektory gravitačních vln, které zkoumají nejjemnější záchvěvy vesmíru, nebo vysoce přesná měření v kvantové fyzice mohou být narušeny i velmi slabými vibracemi.

S novou metodou by vědci mohli plánovat své experimenty na období, kdy je předpovídána nízká úroveň seismického šumu. To by mohlo výrazně zlepšit kvalitu jejich měření a zvýšit šance na průlomové objevy.

„Představte si, že plánujete experiment, který vyžaduje extrémně klidné podmínky,“ vysvětluje Bertoldi. „S naší metodou můžete najít 'tiché okno' několik dní dopředu a naplánovat svůj experiment přesně na toto období.“

Od laboratoře k reálnému světu

Tým testoval svou metodu na datech shromážděných mezi prosincem 2020 a červnem 2021. Zjistili, že jejich předpovědi byly nejpřesnější pro první týden, ale zůstaly užitečné až do 16. dne.

Co je zajímavé, metoda fungovala obzvláště dobře během období vysokého seismického šumu, jako byla například bouře Bella na konci prosince 2020. To naznačuje, že by mohla být zvláště užitečná pro předpovídání období, kdy by citlivé experimenty nebo průmyslové procesy měly být odloženy.

Budoucnost seismických předpovědí

Bertoldi a jeho tým vidí mnoho možností pro další vylepšení své metody. Například by mohli zahrnout data z satelitního monitorování oceánů, které poskytuje vyšší rozlišení v čase i prostoru. Také uvažují o použití pokročilejších technik strojového učení, které by mohly zachytit jemnější souvislosti mezi stavem moře a seismickým šumem.

„Je to jako bychom se učili číst nový jazyk,“ říká Bertoldi. „Čím více se naučíme, tím lépe budeme rozumět tomu, co nám Země říká.“

Výzkum také otevírá zajímavé otázky o dlouhodobých vzorcích v seismickém šumu. Mohly by tyto vzorce něco vypovídat o změnách klimatu nebo dlouhodobých oceánských cyklech? To je něco, co vědci teprve začínají zkoumat.

Tichá revoluce v seismologii

Bertoldiho výzkum je součástí širšího trendu v seismologii, který se snaží vytěžit maximum informací z toho, co bylo dříve považováno za pouhý „šum“. Tyto jemné vibrace, které byly kdysi ignorovány, se nyní ukazují jako bohatý zdroj informací o struktuře Země a procesech, které v ní probíhají.

„Je to jako bychom celou dobu poslouchali symfonii Země, ale soustředili se pouze na hlasité údery bubnů – zemětřesení,“ vysvětluje Bertoldi. „Nyní se učíme naslouchat i jemným tónům houslí a fléten – seismickému šumu – a zjišťujeme, že nám toho mohou říct mnohem víc, než jsme si, kdy mysleli.“

Tato „tichá revoluce“ v seismologii by mohla mít dalekosáhlé důsledky nejen pro vědu, ale i pro naše chápání planety, na které žijeme. S každým novým poznatkem se učíme lépe „naslouchat“ Zemi a chápat její neustálé, jemné pohyby.

Jak říká Bertoldi: „Země nikdy nespí. Neustále se pohybuje, vibruje a 'mluví'. Naším úkolem je naučit se naslouchat a porozumět tomu, co nám říká.“

S novými nástroji, jako je Bertoldiho metoda předpovídání seismického šumu, se zdá, že se tomuto cíli přibližujeme víc než kdy předtím. Kdo ví, jaká další tajemství nám Země prozradí, až se naučíme lépe naslouchat jejímu neustálému šepotu?