Magyar kutatók okostelefonos adatokból képesek egy-két perc alatt lokalizálni a földrengéseket

„Ti is éreztétek? Az előbb rengett a föld!”

A karácsonyfán táncolni kezdtek a díszek, megmozdultak a tárgyak a vitrinben, kilengett a lámpa: a december 29-i petrinjai földrengés utáni percekben a magyar nyelvű közösségi médiát is ellepték a személyes beszámolók. A 6.4-es magnitúdójú földrengés Magyarország nagy részén is érezhető volt, aki pedig nem érezte, a Facebookon gyorsabban értesülhetett róla, mint a hivatalos csatornákból.

A közösségi médiában és a net más tájékain terjedő instant földrengéses posztok, jelzések, keresések azonban nem csak a laikus átlagembernek, de a szakértőknek is fontos információt jelentenek. Bár a szeizmológiai állomások detekciói alapvetőek egy földrengés pontos bemérésénél és a magnitúdó meghatározásánál, az emberi észlelés és a következmények leírása (ezekről most Nyilas Gergely petrinjai tudósításaiból tájékozódhattak a Telexen) ma is majdnem ugyanolyan fontos, mint a modern szeizmológiai módszerek előtt volt. A gyors személyes jelzések felhasználása most egy magyar kutató fejlesztésével léphet szintet: Bondár István és munkatársai többek között okostelefonos adatokból képesek egy-két perc alatt lokalizálni a földrengéseket. Méghozzá a szeizmológiai mérőhelyekét megközelítő pontossággal.

„A földrengések lokalizálását úgy képzelhetjük el, hogy az iskola udvarán állunk bekötött szemmel, és a gyerekzsivaj közepette próbáljuk megállapítani, hol van pontosan az új osztálytárs, akivel még nem is találkoztunk”

– szemlélteti egy példával Bondár István, hogy ez a műszeres mérések korában sem teljesen magától értetődő feladat. Amióta léteznek modern szeizmológiai mérőállomások, legalább három mérőpont adatainak az összevetésével lehetséges a lokalizálás: a szeizmológiai állomásokon mért hullámformákat összegyűjtve azonosítják a különböző forrásokból érkező jeleket, és megpróbálják megállapítani, hogy az észlelések özönéből melyek azok, amik egy forrásból származnak. Ezek alapján lehet meghatározni a forrás (ez a földrengésen kívül lehet például robbantás vagy földcsuszamlás, de akár meteorbecsapódás is) helyét és méretét.

Bár az automatikus rendszerek közel valós időben képesek meghatározni a rengéseket, ebbe is csúszhatnak hibák. A rezgések között sok a „zaj”, és mivel nem lenne célszerű pánikot kelteni egy téves riasztással, az algoritmusok és a mesterséges intelligencia korában is fontos az emberi kontroll, vagyis szeizmológusnak is ellenőriznie kell az eredményeket. Ez magyarázza azt, hogy miközben az automata észlelések 1-2 perccel az esemény után már adatot szolgáltatnak, az első nemzetközi publikált meghatározások a horvátországi rengésről 10-15 perc is késéssel jelentek meg.

Ezt az időt rövidítheti le Bondárék új fejlesztése, a Crowd-source Location (CsLoc) algoritmus. Bondár (amellett, hogy az MTA doktora, oktató az ELTE TTK geofizikus szakán és az ELKH CSFK GGI Kövesligethy Radó Szeizmológiai Obszervatórium tudományos tanácsadója) nevéhez már fűződik egy nemzetközileg általánosan használt fejlesztés, az iLoc földrengés helymeghatározó algoritmus, ami eredetileg a Föld szeizmicitásának teljességre törekvő katalógusáért felelős International Seismological Centre (ISC) számára készült. Világszerte egy sor intézmény használja ezt a mért szeizmológiai adatok értelmezésére, így az ELKH CSFK Kövesligethy Radó Szeizmológiai Obszervatórium 41 mérőállomásból álló magyar földrengésjelző hálózata is.

A földrengés Richter-skálán kifejezhető magnitúdója egy fizikai mennyiség, ami földrengés során felszabaduló energiát jellemzi. Ebből azonban nem következik szükségszerűen a földrengés intenzitása, vagyis, hogy a földfelszínen az mennyire lesz pusztító. Az intenzitást több tényező befolyásolja, elsősorban a rengés fészekmélysége (ökölszabályként: minél közelebb van a felszínhez, annál pusztítóbb a rengés, a mélyebb rengések ugyanakkor messzebb is érezhetőek), de a kőzet és az altalaj is sokat számít.

A földrengések intenzitását ma ugyanúgy az emberi létesítményekben okozott kár számszerűsíti, mint amikor a modern szeizmológia megszületett. Utóbbit leginkább az 1755-ös nagy lisszaboni földrengéstől szokás számítani: a mindenszentek reggelén az Atlanti óceán alatt kipattant földrengés és az azt követő cunami és tűzvész Lisszabont és Portugália Algarve régióját teljesen lerombolta; Lagosban a cunami vízhulláma magasabbra ért a városfalnál.

A nagy lisszaboni földrengést az írott történelem egyik legpusztítóbb földrengéseként tartjuk számon, de ehhez a tragédiához köthető a modern adatgyűjtés is.

„A portugál király első minisztere, Pombal márki elrendelte, hogy az ország minden egyházközsége töltsön ki egy kérdőívet a földrengés hatásáról, és hogy mit érzékeltek az emberek. Ezek a kérdőívek tették lehetővé számunkra, hogy modern eszközökkel meghatározzuk a földrengés paramétereit. A Pombal féle kérdőív az évszázadok során sokat változott, de az elv ugyanaz maradt: a földrengést átélő emberek beszámolója arról, hogy mit éreztek, segít feltérképezni a földrengés hatását”

– mondja a módszertani kezdetekről Bondár István.

Pombal lovas futárjait a 21. században aztán felváltották az internetes kérdőívek, majd az okostelefonok – ennek egyik első példája volt, amikor az amerikai szövetségi geológiai hivatal, az USGS tíz éve egy csomó nyelven elkezdte követi twitteren a földrengés szó előfordulását. A közösségi média elterjedése tette lehetővé azokat a crowdsourcingon, vagyis közösségi adatszolgáltatáson alapuló rendszerek használatát a szeizmológiában, amiket most Bondárék szeretnének új szintre emelni.

Ebben többek között a pár éve elterjedt telefonos földrengés-applikációkra alapoznak. Az egyik legelterjedtebb ezek közül a magyarul is elérhető LastQuake. A European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC) appja a korábban jellemző, többoldalas részletes kérdőívek helyett a különböző intenzitásfokozatokat illusztráló egyszerű képeket használ, a felhasználó ezek közül választva tudja jelezni, hogy érzése szerint milyen fokozatú földrengést észlelt. Ezen kívül feltölthet egy rövid szóbeli leírást is, továbbá a földrengés hatását mutató képeket, illetve értesítheti a rokonait-ismerőseit, hogy biztonságban van.

A petrinjai földrengésről több, mint 15 ezer ilyen reakció érkezett az applikációba. Ezek elég pontosan kirajzolják a földrengés intenzitástérképét is: amit a 18. században utólag, hetek-hónapok alatt lehetett összeszedni a kérdőíves megkérdezésekből, szemtanúk beszámolóiból, az most akár a földmozgást követő percekben is nagyobbrészt már a kutatók rendelkezésére állhat. És persze másoknak is: a LastQuake app (android telefonra itt, apple-re pedig itt lehet letölteni) azért is nagyon népszerű világszerte, mert gyors, pontos és megbízható információt szolgáltat a földrengésekről, lényegében nincs várakozási idő, hogy visszaigazolást kapjunk arról, hogy valóban földrengést észleltünk. Ezzel a lakossági adatokat használó szeizmológia tulajdonképpen a ’citizen science’ és a nyílt tudomány egyik megtestesítője: azonnal, mindenki számára elérhetően, közérthető formában nyújt friss adatokat egy életbevágó történésről.

Bondár István a 65 országot összefogó, Párizs melletti központtal működő European-Mediterranean Seismological Centre-rel (EMSC) és a földtudományok német szövetségi kutatóközpontjával, a Deutsches GeoforschungZentrum-mal (GFZ) közösen fejlesztette ki azt az új algoritmust, amit két év intenzív tesztelés után idén fognak élesíteni. A Crowd-source Location (CsLoc) névre keresztelt algoritmus alapvető újítása a hagyományos szeizmológiai megközelítéshez képest, hogy a LastQuake, valamint a twitter- és webforgalom alapján detektálják a földrengéseket. Az algoritmus az okostelefonok helyzete alapján készít egy első hipotézist a földrengés helyére és kipattanási idejére, majd ehhez keresnek megfelelő jeleket a szeizmológiai állomások detekcióiból, és határozzák meg a földrengés helyét, már a műszeres adatok felhasználásával.

A magyar kutató itt az iskolaudvaros hasonlathoz nyúl vissza: „Olyan, mintha már néhány gyerek megmondta volna nekünk, hogy az új osztálytárs tényleg az iskolaudvaron van, és a kapu környékén látták. Ez a CsLoc estében lehetővé teszi számunkra, hogy kihasználva a lakosság által nyújtott információt, a hagyományos szeizmológiai rutin 10-15 perces késleltetési ideje helyett 1-2 percre csökkentsük le a CsLoc publikációs idejét.”

A teszteredmények szerint a teljesen automatikus, netes adatokból származó CsLoc-os helymeghatározásokkal átlagosan 10 kilométeres pontosságot értek el a hagyományos, szeizmológus által ellenőrzött megoldásoktól.

„Más szóval, egy észlelt földrengés esetén két percen belül visszaigazolást kaphatunk a földrengésről”

– fogalmazott a telexnek Bondár.

A földrengések intenzitásának minél pontosabb meghatározása nem is annyira azért fontos, hogy hova koncentrálják a mentőegységeket, hiszen ezt amúgy is helyben tudják a legjobban egy akut vészhelyzetben, hanem hogy jobban fel lehessen készülni a jövőbeni földrengések pusztító hatásának mérséklésére: az ismert földrengések intenzitása, a helyi következmények szisztematikus felmérése alapján pontosabban meg lehet becsülni egy adott terület szeizmikus veszélyeztetettségét, és ahol szükséges, földrengésbiztosabb épületeket lehet tervezni. A részben magyar fejlesztésű CsLoc-ot 2021-ben bevezetik az európai szeizmológiai együttműködésben is, Bondár István pedig azt reméli, hogy a következő éles alkalmazására nem a mi térségünkben kell majd sort keríteni.

A Telex legfrissebb híreit itt olvashatja.