Ein neuer Versuch, Erdbeben mithilfe künstlicher Intelligenz vorherzusagen, hat Hoffnungen geweckt, dass die Technologie eines Tages dazu genutzt werden könnte, die Auswirkungen von Erdbeben auf Leben und Wirtschaft zu begrenzen. Der von Forschern der University of Texas in Austin entwickelte KI-Algorithmus hat während eines siebenmonatigen Versuchs in China 70 % der Erdbeben eine Woche vor ihrem Auftreten korrekt vorhergesagt.
Die KI wurde darauf trainiert, statistische Unebenheiten in seismischen Echtzeitdaten zu erkennen, die Forscher mit früheren Erdbeben abgeglichen hatten. Das Ergebnis war eine wöchentliche Vorhersage, in der die KI erfolgreich 14 Erdbeben im Umkreis von etwa 200 Meilen um den geschätzten Ort vorhersagte und dies fast genau mit der berechneten Stärke. Es verpasste ein Erdbeben und gab acht falsche Warnungen aus.
Es ist noch nicht bekannt, ob der gleiche Ansatz an anderen Standorten funktionieren wird, aber der Versuch ist ein Meilenstein in der Forschung zur KI-gesteuerten Erdbebenvorhersage.
„Die Vorhersage von Erdbeben ist der heilige Gral“, sagte Sergey Fomel, Professor am Bureau of Economic Geology der UT und Mitglied des Forschungsteams. „Wir sind noch nicht annähernd in der Lage, Vorhersagen für irgendwo auf der Welt zu treffen, aber was wir erreicht haben, zeigt uns, dass das, was wir für ein unmögliches Problem hielten, im Prinzip lösbar ist.“
Der Versuch war Teil eines internationalen Wettbewerbs in China, bei dem die von UT entwickelte KI unter 600 anderen Entwürfen den ersten Platz belegte. Der Beitrag von UT wurde vom Seismologen des Büros und dem Hauptentwickler der KI, Yangkang Chen, geleitet. Erkenntnisse aus dem Prozess werden veröffentlicht im Tagebuch Bulletin der Seismological Society of America.
„Sie sehen keine Erdbeben“, sagte Alexandros Savvaidis, ein leitender Wissenschaftler, der das Texas Seismological Network Program (TexNet) des Staates leitet – das seismische Netzwerk des Staates. „Es ist eine Frage von Millisekunden, und das Einzige, was Sie kontrollieren können, ist, wie vorbereitet Sie sind. Selbst mit 70 % ist das ein riesiges Ergebnis und könnte dazu beitragen, wirtschaftliche und menschliche Verluste zu minimieren und hat das Potenzial, die Erdbebenvorsorge weltweit dramatisch zu verbessern.“
Die Forscher sagten, dass ihre Methode erfolgreich war, indem sie einem relativ einfachen Ansatz des maschinellen Lernens folgte. Die KI erhielt eine Reihe statistischer Funktionen, die auf den Kenntnissen des Teams über Erdbebenphysik basierten, und wurde dann angewiesen, sich anhand einer Fünf-Jahres-Datenbank seismischer Aufzeichnungen zu trainieren.
Nach dem Training gab die KI ihre Vorhersage ab, indem sie im Hintergrundgrollen der Erde auf Anzeichen kommender Erdbeben lauschte.
„Wir sind sehr stolz auf dieses Team und seinen ersten Platz in diesem prestigeträchtigen Wettbewerb“, sagte Scott Tinker, der Direktor des Büros. „Natürlich kommt es nicht nur auf Ort und Ausmaß an, sondern auch auf den Zeitpunkt. Die Vorhersage von Erdbeben ist ein hartnäckiges Problem, und wir können die Schwierigkeit gar nicht genug betonen.“
Die Forscher sind zuversichtlich, dass die KI an Orten mit robusten seismischen Tracking-Netzwerken wie Kalifornien, Italien, Japan, Griechenland, der Türkei und Texas ihre Erfolgsquote verbessern und ihre Vorhersagen auf einige zehn Meilen eingrenzen könnte.
Einer der nächsten Schritte besteht darin, die KI in Texas zu testen, da der Staat eine hohe Rate an Erdbeben geringer und einiger mittlerer Stärke erlebt. Das TexNet des Büros beherbergt 300 seismische Stationen und mehr als sechs Jahre kontinuierlicher Aufzeichnungen, was es zu einem idealen Ort zur Überprüfung der Methode macht.
Schließlich wollen die Forscher das System mit physikbasierten Modellen integrieren, was dort wichtig sein könnte, wo die Datenlage schlecht ist, oder an Orten wie Cascadia, wo das letzte große Erdbeben Hunderte Jahre vor Seismographen stattfand.
„Unser zukünftiges Ziel ist es, sowohl physikalische als auch datengesteuerte Methoden zu kombinieren, um uns etwas Verallgemeinertes wie chatGPT zu geben, das wir überall auf der Welt anwenden können“, sagte Chen.
Die neue Forschung ist ein wichtiger Schritt, um dieses Ziel zu erreichen.
„Das mag noch in weiter Ferne liegen, aber viele Fortschritte wie dieser zusammengenommen bringen die Wissenschaft voran“, sagte Tinker.
Mehr Informationen:
Omar M. Saad et al, Erdbebenvorhersage mithilfe von Big Data und künstlicher Intelligenz: Eine 30-wöchige Echtzeit-Fallstudie in China, Bulletin der Seismological Society of America (2023). DOI: 10.1785/0120230031