Жер сілкінісі: Оқиға ошағын дәл болжаған

«Engineered Science» журналына «Predicting the Likelihood of an Earthquake by Leveraging Volumetric Statistical Data Through Machine Learning Techniques» атты, қазақшаласақ «Көлем­ді статистикалық деректерді машиналық үйрету әдістерін пайдалану арқылы жер сілкінісі­нің ықтималдылығын болжау» тақырыбында ғылыми мақала жарияланды. Өткен жылы қарашада жарық көрген көлемді материалда жыл бойы жүргізілген ғылыми зерттеудің барысы, нәтижелері көрсетілген.

PhD Марат Нұртас бастаған, Жұмабек Жантаев, Айжан Алтайбек, Серік Нұрақынов, Нұрбапа Мекебаев, Қадыржан Шияпов, Берік Ысқақов, Айжан Ыдырыс қостаған зерттеушілер тобы жас ғалымдарға арналған 2021–2023 жылдардағы гранттық қаржыландыру негізінде жүр­гі­зіл­ген зерттеуде жасанды ин­теллектінің көмегімен жер сілкінісін болжап көріпті. Нәти­жесінде, кейінгі 100 жылдағы жер сілкіністерін негізге ала отырып, Алматыдағы жер сілкінісіне әсер еткен оқиға ошағын барынша дәл болжаған екен.

Авторлар аталған ғылыми ма­­қа­­ланың аннотациясында: «Бұл зерттеу жұмысы жалпыға қол­жетім­ді сейсмикалық деректер база­сы­нан алынған өт­кен ға­сыр­дағы маңызды жер сіл­кі­­ніс­­терін қам­титын деректер жиын­­тығының талдауын ұсы­на­ды. Деректер жина­ғы гео­г­ра­фия­лық координаттар, магниту­да­лар және тарихи жер сіл­кі­ніс­терінің тереңдігі сияқты маңыз­ды ақпаратты қам­ти­ды. Мұн­дағы мақсат – алда бо­луы мүм­кін алты немесе одан жоғары бал­дық сейс­мика­лық оқиғаларды ал­дын ала анықтай­тын болжамды модель­дер жасауға машиналық үйрету әдістерін пайдалану», деп жазыпты.

Жер сілкінісі – қашан болатынын дәл, анық білу мүмкін емес, бірақ болжауға келетін, әдетте тау­лы аймақтарда болатын таби­ғи құбылыс. Иә, болжауға болады дегеніміздің мәнісі бар. Мы­салы, нидерландтық сейсмолог Фрэнк Хугербитс былтыр ақпан айында болған Түркия­дағы алапат зілзаланы үш күн бұ­рын болжаған. Сейсмолог Ф.Ху­гер­битс Twitter-дегі парақша­сында: «Түркияның оңтүстігінде, Иорданияда, Си­рияда және Ли­ванда 7,5 балдық жер сілкінісі болады. Күштілігі алты магнитудадан жоғары сейс­микалық дүмпу 4 – 6 ақпан аралы­ғында болуы мүмкін» деп жазған. Айтқаны келді. Әлбетте бұлай дәл болжау­ға жақсы тәжірибе, білім мен мықты техникалық жағдай керек. Табиғатқа, тіршілікке етене жақын ата-бабамыз бұрын ауа райын, қыстың қатты я жылы, жауын-шашынның аз немесе көп болатынын, түрлі қауіп-қатерді алдын ала жорамалдап отырған. Халық арасындағы тәжірибе­ден қалған дүние ғылымда әлі күнге пайдаланылып келеді, сейсмо­биология деп аталатын ғылымның бағыты осы сөзімізді айғақтайды. Сейс­мобиология­да жер сілкінісін жануарлар мен жәндіктер арқы­лы болжайды. Айталық, 1975 жы­лы Қытайдың Хайченг қа­ла­сында жыландар жылы орнын тас­тап көше бастаған, оған қоса ауладағы тауық-қаз шулап, егеуқұйрықтар інінен шығып, құ­дықтардағы су көтерілген. Тосын құбылысқа назар аударған шаһар билігі тұрғындарды қауіпсіз жер­ге көшіріп, бір жарым айдан кейін болған 7 балдан асатын жер сілкінісінен жұртты аман алып қалыпты. Ал қазір техника да, технология да, ғылым да дамып келеді. Оның нәтижелерін қол­дану адамзатты өркениетке ба­ғыттап қана қоймай, алапат апат­­тардан сақтайды. Сондай за­ма­науи әдістің бірін жоғарыда аталған бір топ отандық зерт­теуші әзірлеп отыр. Өткенде Ал­ма­тыдағы дүмпудің негізгі се­бебі делінген, үйлер құлап, адам өлген, қуаты жеті балдан асатын жер сілкінісі болған Қытайда ға­лымдарымыздың ғылыми ма­қа­ласы қызу талқыланып, бір түнде екі мың рет жүктеліпті.

Зерттеушілер аталған мақала­да: «Біз Еуразия континентін­де­гі 1900 жылдан 2023 жылдың 3 ма­­мырына дейін тіркелген жер сіл­кіністері жөніндегі деректі жинадық. Нәтижесінде, магнитудасы 2,9-дан 8,02-ге дейінгі 6997 оқиға тіркелді. Зерттеуімізде әр­түрлі машиналық үйрету әдіс­терін қолдана отырып, болашақ­тағы ықтимал жер сілкіністерін болжау үшін мақсатты аймақтың бір ғасырдан асатын тарихи ста­тис­тикалық деректеріне кең тал­дау жасалды. Дегенмен біз пай­даланған үлгілердің ешқайсысы 80%-дан жоғары дәлдікке қол жеткізе алмады. Бұл есептеу мо­дельдерінің жетістігі – геоло­гиялық параметрлердің кең ауқы­мын және елеулі уақыт кезеңдерін қамтитын жан-жақты, жоғары сапалы деректер жиынтығының болуына аса тәуелді. Модельдер нақты болжамдар жасау үшін емес, ықтималдықтарды есептеу және тәуекелді көрсететін үлгі­лерді анықтау үшін әзірлен­ген. Біздің зерттеуіміз жер сіл­кі­нісінің орнын, күшін немесе уақытын болжау сияқты нақ­ты тапсырмаларға үлгілерді бейім­деудің маңыздылығын, сон­дай-ақ нақты өнімділік көрсет­кіштерінің қажет екенін білді­реді», деп жазыпты.

Авторлар оқыр­ман­дар мен зерттеушілерге бұл қоры­тынды­ларды абайлап тү­сіндіруді және үздік­сіз зерттеулер арқылы ұдайы жетілдіруді қажет ететін бол­жамды түсініктер ретінде қарас­тыруға кеңес береді. Атал­ған зерттеу машиналық үйре­ту ал­­горитмдерін геология­лық тал­­­даумен біріктіретін синер­­ге­тикалық тәсілді қолай көреді. Бұл бірлескен күш жер сілкі­нісі қаупін бағалаудың дәлді­гін жақ­сар­туға және ықти­мал қате бол­жамдардың әсерін азайтуға бағытталған.

Біз осы ғылыми зерттеудің бас авторы Марат Нұртасұлымен тілдестік.

«Мен негізі сейсмолог емес, математикпін, оның ішін­де қол­данбалы математика мама­ны­мын. Яғни математиканы жер сіл­кінісі секілді түрлі қол­дан­балы салада қолданудың жолдарын, әдістерін зерттеймін. 2016 жылы жер астындағы түр­лі қабаттың динамикасын зерт­теу төңірегінде докторлық дис­сертация қорғадым. Универ­ситет­­те сабақ бере жүріп, осы та­­қы­рыбымды тереңдетіп, тек таным­дық тұрғыда зерттей бер­дім. 2019 жылы Америкада «Бо­лашақ» бағдарламасымен тағы­лымдамадан өттім, осы кезде жа­санды интеллект, соның ішін­де data science – деректерді өң­деу саласына келдім. Сол уақыт­тан бері барынша осы тақы­рып­­қа де­рек жинадым, тіпті ма­гис­трант­тарыма жер динамикасына қатысты бірнеше диссертация да қорғаттым. Бірақ мұның бәрі жеткілікті және қолданбалы деңгейдегі терең ғылыми зерттеу бол­мады. Тереңірек зерттеуді Ал­матыдағы Ионосфера инсти­ту­­тында жасадым», деді М.Нұртасұлы.

Оның айтуынша, аталған инс­­­­­титутта еңбек ететін ионо­сфера және сейсмология сала­сын­дағы білікті ғалым, акаде­мик Жұма­бек Жантаев оны қол­дап, сейс­молог ретінде зерттеу­ге қа­жетті нақты аумақтарды көрсе­­тіп берген. 1900 жылдан бері жұ­мыс істеп келе жатқан «U.S. Geological Survey» (USGS)  АҚШ Геологиялық қызмет қо­рын­да ұйым құрылғаннан осы­­ған дейін болған әлемдегі жер сілкіністерінің деректері сақтал­ған. Сол қызмет қорындағы тек Еуразия құрылығына қатысты жер сілкіністері туралы дерек­тер саны 37 мыңнан асып кетіпті.

«Дерек өте көп болды, сон­дықтан біз 6 балдан төмен жер сілкіністері туралы деректерді алып тастап, 6700-ге азайттық. Бұл деректер жер сілкіністерінің қаншалықты тереңдікте болға­ны, магнитудасы, толқын түр­лері сынды 22 параметр бойын­ша ақпарат береді, яғни жер сіл­кінісін зерттеу, анықтау үшін осыншама параметр қажет болады. Ал енді зерттеуімізге арқау болған 1923–2023 жылдардағы 6700 жер сілкінісін 22 параметр­ге көбейтіңіз, қаншама деректі қорытқанымызды білесіз. Оны әрине жай компьютер есептей алмайды. Мен қосымша IT уни­верситетте қауымдастырылған про­фессор болып жұмыс істей­мін, сол оқу орнының зертхана­сындағы әлеуеті жоғары компью­тердің көмегімен де­ректерді өңдедік. Мachine learning – ма­шиналық үйрету әдісімен жасан­ды интеллектіге 100 жыл­дық тәжірибені деректер ар­қы­лы үйретіп шығардық. Нәти­же­сінде, машиналық үйрету­дің модельдерін құрдық. Осы модельдер арқылы жер сілкініс­терінің ошақтарын анықтадық. Яғни жасанды интеллект біздің деректерді машиналық оқыту әдісімен үйретуіміз арқылы 100 жылдық тәжірибе жинап, бо­лашақта болуы мүмкін жер сіл­кіністерін болжады. Ке­шегі Қытайда болған, дүм­пуі Алматыға жеткен жер сілкі­нісі осылай болжанып, ғылы­ми зерттеуіміздегі картаға енгі­зіл­ген еді. Шын мәнінде біз жер сілкінісін болжаған жоқ­пыз, бірақ кішкене ғана мақала­мызда, зерттеуімізде «100 жылдық тарихи деректерді өңдеу арқылы олардың арасындағы  маусымдық қайталанулар бола ма?» деген сұраққа жауап беруге ты­рыстық. Нәтижесінде, шынымен үлкен деректер қоры болған жағдайда белгілі бір маусымдық қайталану заңдылықтары болатынын байқадық», дейді ғалым М.Нұртасұлы.

Отандық ғалымның пікі­рін­ше, мақаланың ең басты жетіс­­­тігі ретінде алты балдан кем емес жер сілкінісі болатын ықтимал орын­ды көрсетуін атауға бола­ды және оның нәти­жесін Алматы­дағылар бастан өткізді. Бұл – үлкен зерттеудің басы ғана. Бо­лашақта ғалымдар тереңдей келіп, нақты уақытын, қайталану жиілігін көрсете алатын деңгейге ұмтылып жатыр. Жоғарыдағы жетістікке, деңгейге жету үшін жасанды интел­лектіге әлі көп нәрсені үйре­ту керек. Оған қордағы деректер жеткіліксіз, сейсмологтер мен геологтердің қолы, көмегі, олар жасайтын жұмыстардың, зерттеулердің, мысалы, жердің астын түсірген томографиялық суреттердің нәтижелері керек. Процентилі жоғары ғылыми журналда жарияланған ғылыми ма­қала алдағы уақытта «Scopus» базасына шығады. Шықпай тұрып осыншама мәрте жүктеліп, талқыланып жатыр. Ал кең ауқым­да қолжетімді болса, қан­шама талқылауға түсетінін болжай беріңіз. Ғылымда шекара жоқ деген осы.