Dana 6. decembra 2025. godine snažan zemljotres jačine 7,0 stepeni po Richterovoj skali pogodio je Aljasku. Iako potresi takve jačine privlače veliku pažnju javnosti, zemljotresi se dešavaju mnogo češće nego što većina ljudi misli. Prema procjenama Američkog geološkog zavoda (USGS), širom svijeta se svakodnevno dogodi oko 55 zemljotresa, što je približno 20.000 godišnje. U prosjeku, jedan zemljotres godišnje dostiže magnitudu 8,0 ili više, dok ih se oko 15 nalazi u rasponu magnitude 7 na Richterovoj skali, koja mjeri količinu oslobođene energije. Samo tokom 2025. godine, podmorski zemljotres jačine 8,8 stepeni u blizini ruskog poluostrva Kamčatka svrstao se među deset najjačih ikada zabilježenih, navodi USGS.
Zemljotresi mogu uzrokovati gubitak ljudskih života, uništiti zgrade i puteve, poremetiti ekonomije i ostaviti trajne emocionalne posljedice na pogođeno stanovništvo. Njihov finansijski utjecaj također je u porastu. Izvještaj USGS-a i Federalne agencije za upravljanje vanrednim situacijama (FEMA) iz 2023. godine pokazuje da štete od zemljotresa u Sjedinjenim Američkim Državama sada iznose oko 14,7 milijardi dolara godišnje. Jedan od glavnih razloga je činjenica da sve više ljudi živi u područjima sa izraženom seizmičkom aktivnošću.
Mogućnost da se precizno predvidi kada i gdje će se dogoditi snažan zemljotres značajno bi unaprijedila pripremljenost i smanjila posljedice. Međutim, uprkos decenijama istraživanja, naučnici još uvijek ne mogu pouzdano predvidjeti zemljotrese.
Razumijevanje tla pod našim nogama
Iako je tačno vrijeme potresa i dalje nepredvidivo, razumijevanje onoga što se nalazi ispod Zemljine površine može znatno poboljšati procjene rizika. Kathrin Smetana, docentica na Odsjeku za matematičke nauke na Univerzitetu Stevens, objašnjava da se podzemni materijali uveliko razlikuju.
„Možete imati slojeve čvrste stijene, ali i pijesak ili glinu“, kaže ona. Budući da se seizmički talasi različito šire kroz različite materijale, vrsta podloge snažno utiče na to kako se podrhtavanje osjeti na površini, piše ScienceDaily.
Kako naučnici „snimaju“ podzemlje
Kako bi mapirali ove podzemne slojeve, istraživači koriste metodu poznatu kao inverzija punog talasnog oblika (Full Waveform Inversion). Ova tehnika seizmičkog snimanja pomaže u rekonstrukciji strukture podzemlja kombinovanjem simulacija i stvarnih podataka o zemljotresima.
Naučnici prvo generiraju zemljotrese na računaru i prate kako se seizmički talasi šire kroz Zemlju. Zatim analiziraju simulirane obrasce talasa na lokacijama seizmografa i upoređuju ih sa stvarnim seizmogramima, grafičkim zapisima kretanja tla tokom pravih zemljotresa. Nakon brojnih prilagođavanja, simulirani podaci sve više nalikuju stvarnim mjerenjima, pružajući jasniju sliku podzemnih uslova.
U praksi, istraživači započinju s početnom procjenom podzemne strukture određenog područja. Taj model se zatim iznova prilagođava i testira kroz nove simulacije, sve dok se ne uskladi s realnim podacima o zemljotresima.
„Upoređujete podatke iz kompjuterske simulacije sa stvarnim podacima dobijenim iz zemljotresa“, objašnjava Smetana. „Na taj način možete saznati kako izgleda podzemlje i kakav utjecaj zemljotres ima na njegov sastav, a to na kraju pomaže u procjeni rizika od zemljotresa na određenoj lokaciji.“
Ovaj pristup igra ključnu ulogu u unapređenju sistema za praćenje zemljotresa i procjenu rizika, ali ima i ozbiljan nedostatak. Svaka simulacija može uključivati milione varijabli i mora se ponoviti hiljadama puta. Prema Smetani, jedna jedina simulacija tradicionalnim metodama može trajati i nekoliko sati, čak i na naprednim računarskim klasterima. Provođenje dovoljnog broja simulacija za kontinuirani nadzor brzo postaje preskupo i previše vremenski zahtjevno.
Brži način simulacije zemljotresa
Kako bi prevazišla ovaj problem, Smetana je udružila snage s računarskim seizmolozima Rhysom Hawkinsom i Jeannotom Trampertom sa Univerziteta u Utrechtu, kao i s Matthiasom Schlottbomom i Muhammadom Hamzom Khalidom sa Univerziteta u Twenteu u Nizozemskoj. Zajedno su razvili pojednostavljeni model koji drastično smanjuje računsko opterećenje, a pritom zadržava visoku tačnost.
„U suštini smo smanjili veličinu sistema koji je potrebno riješiti za oko 1.000 puta“, kaže Smetana. „Bio je to izrazito interdisciplinaran projekat i pronašli smo pametan način da izgradimo reducirani model, a da pritom ne izgubimo preciznost predviđanja. Posebno uživam u interdisciplinarnim saradnjama, jer vam omogućavaju da problem sagledate iz nove perspektive, što, po mom mišljenju, vodi kreativnijim i inovativnijim rješenjima.“
Njihovo istraživanje objavljeno je u naučnom radu pod nazivom „Model Order Reduction for Seismic Applications“ u časopisu SIAM Journal on Scientific Computing.
Unapređenje procjene rizika, a ne predviđanja
Novi model ne omogućava predviđanje tačnog vremena zemljotresa. Umjesto toga, pruža efikasniji način za procjenu seizmičkog rizika u različitim područjima.
„Ako imate dobru sliku podzemlja, imate i bolju osnovu za procjenu rizika od budućih zemljotresa“, objašnjava Smetana.
Isti pristup modeliranju mogao bi u budućnosti pomoći i u simulacijama cunamija izazvanih podmorskim zemljotresima. U mnogim slučajevima, cunamiju je potrebno najmanje sat vremena da stigne do kopna nakon potresa, zavisno od mjesta pucanja rasjeda. Taj vremenski prozor mogao bi omogućiti brze simulacije koje bi pomogle u pravovremenom reagovanju službi za vanredne situacije.
Ka većoj otpornosti na zemljotrese
Precizne slike podzemnih struktura ključne su za razumijevanje kako zemljotresi različito pogađaju pojedine regije.
„Trenutno ne postoji način da se zemljotresi predvide“, kaže Smetana. „Ali naš rad može pomoći u stvaranju realistične slike podzemlja uz znatno manju potrošnju računarske snage, što naše modele čini praktičnijim i pomaže društvu da bude otpornije na zemljotrese.“