مرحلة الإعداد للزلازل الكبيرة مُضيَّئة بتصنيف غير مراقَب لميزات سجلات الزلازل

لماذا يهم هذا الناس المعرضين لخطر الزلازل

تعيش مجتمعات حول العالم مع الخوف من زلازل مدمرة، ومع ذلك لا يزال العلماء غير قادرين على تحديد متى وأين سيحدث الزلزال الكبير التالي بدقة. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كانت التغيرات الطفيفة في الزلازل الصغيرة اليومية قد تكشف متى يستعد الصدع بهدوء لحدث أكبر بكثير. باستخدام تقنيات متقدمة لاكتشاف الأنماط في سجلات الزلازل، يختبر الباحثون ما إذا كان من الممكن رصد "تصاعد" حقيقي نحو زلازل كبرى — مع التمييز أيضاً عندما لا يوجد مثل هذا التحذير.

الاستماع إلى الصدع عبر العديد من الزلازل الصغيرة

لا تحدث الزلازل الكبيرة عادة من العدم. قبل تمزق كبير، تشهد الصدوع غالباً تغييرات مثل الزلازل السابقة، أو أسراب من الهزات الصغيرة، أو حركة زاحفة بطيئة. ومع ذلك، تختلف هذه المراحل التحضيرية اختلافاً كبيراً من مكان لآخر، وفي بعض الحالات تبدو غائبة. يجمع المؤلفون سجلات مفصّلة للزلازل الصغيرة والمتوسطة من خمس مناطق مُدرَسة جيداً، بما في ذلك زلزال كهرمانمرعش 2023 في تركيا، وزلزال لاكويلا 2009 في إيطاليا، وحدث الركيز العظمى في إيكويك 2014 في تشيلي. في كل منطقة، يفحصون سنوات من النشاط الزلزالي التي سبقت الزلزال الرئيسي، باحثين عن أنماط قد تشير إلى اقتراب الصدع من الفشل.

من السجلات الخام إلى عائلات من الأحداث المرتبطة

بدلاً من التعامل مع كل زلزال كنقطة معزولة، تقوم المجموعة بتجميع الأحداث في "عائلات" تكون قريبة جغرافياً وزمنياً ومن حيث الحجم. تحتوي كل عائلة على الزلزال الرئيسي (أكبر حدث فيها) وزلازلها السابقة واللاحقة المرتبطة. حول كل حدث، يحسب الباحثون عشرات المقاييس الوصفية: مدى سرعة وقوع الهزات، مدى تماسك تجمعها في الزمان والمكان، مقدار الإجهاد الذي تُطلقه، وكيف تُوزع أحجام الزلازل. ثم تُحَسَب هذه القياسات المعتمدة على الأحداث كمعدل داخل كل عائلة وتُدمَج مع واصفات بسيطة لبنية العائلة الداخلية (على سبيل المثال، ما إذا كانت تبدو أقرب إلى سلسلة هزات لاحقة بسيطة أو إلى سرب أكثر انتشاراً). النتيجة هي بصمة مدمجة لكل عائلة تلتقط كيف يتصرف مقطع الصدع المحلي.

سماح للبيانات بأن تنظّم نفسها

بدلاً من إخبار الكمبيوتر مسبقاً كيف يجب أن تبدو "أنماط التحذير"، يستخدم المؤلفون تعلم الآلة غير المُراقَب. وبشكل محدد، يطبقون خوارزمية k-means التي تقوم تلقائياً بفرز عائلات الزلازل إلى فئات ذات بصمات متشابهة. تتدرج هذه الفئات من سلوك أكثر استقراراً — أحداث متناثرة في الزمان والمكان وتطلق إجهاداً ضئيلاً — إلى سلوك أكثر حرجية، يتسم بتجمعات محكمة، وتفاعل قوي بين الأحداث، وإطلاق إجهاد مركز. والأهم أن الخوارزمية لا تعرف متى يحدث الزلزال الكبير؛ بل تُجمّع العائلات ببساطة على أساس ميزاتها. ثم يفحص الباحثون متى وأين تظهر الفئات الأكثر "حرجية" بالنسبة للزلازل الرئيسية اللاحقة.

أين يسخّن الصدع فعلاً — وأين لا يحدث ذلك

بالنسبة لثلاثة زلازل معروفة بوجود مراحل تحضيرية واضحة — كهرمانمرعش ولاكويلا وإيكويك — نجحت الطريقة في انتقاء عائلات محلية محددة تستمر لفترات طويلة وتظهر قبل الزلزال الرئيسي بفترة قصيرة وتختلف عن النشاط السابق. في هذه الحالات، ترتبط الفئات الحرجة بتجمعات كثيفة من الأحداث، وتقليص البصمة المكانية، وإطلاق إجهاد أعلى، وهو ما يتوافق مع تركّز الإجهاد والضرر في مقطع صدعي قبل الفشل. بالمقابل، بالنسبة لزلزلتين أخريين — زلزال أматрِيس 2016 في إيطاليا وزلزال نوتو 2024 في اليابان — لم يعثر الإجراء على عائلة حرجة مميزة تستمر حتى الزلزال الرئيسي. يبدو أن أماتريس نُسبت إليها فترة هدوء نسبي، بينما ارتبط نوتو بنشاط سربي معقد ووجود سوائل، مما يشير إلى أن ليس كل الزلازل الكبيرة تُظهر تحذيراً زلزالياً واضحاً في السجل.

نحو معلومات مبكرة عملية، مع الحذر

أخيراً، يختبر المؤلفون ما إذا كان نهجهم قد يعمل في ظروف أقرب إلى الزمن الحقيقي. يدربون تصنيفهم على فترة بيانات سابقة، ثم يتقدمون تدريجياً عبر السجل لرؤية متى تظهر فئة جديدة ومميزة. في الحالات الثلاث التي لديها مراحل تحضيرية معروفة، يحدث تغير ملحوظ في مقياس التجمع أسابيع إلى أشهر قبل الزلزال الكبير، مما يلمّح إلى إمكانية استخدامه في التنبؤ التشغيلي بالزلازل. ومع ذلك، تؤكد الدراسة حدوداً مهمة: لا يمكن للطريقة إلا اكتشاف المراحل التحضيرية التي تنتج فعلاً هزات قابلة للاكتشاف، وتعتمد على سجلات عالية الجودة، وتحتاج إلى تفسير خبير لتقرير ما إذا كانت الفئة الناشئة حقاً حرجة. باختصار، لا "تتنبأ" هذه الإطار بالزلازل، لكنه يقدم طريقة متسقة فيزيائياً لتسليط الضوء على متى وأين قد تشير الهزات الصغيرة إلى دخول الصدع إلى حالة أكثر خطورة.

الاستشهاد: Karimpouli, S., Martínez-Garzón, P., Núñez-Jara, S. et al. Preparatory phase of large earthquakes illuminated by unsupervised categorization of earthquake catalog features. Nat Commun 17, 4024 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72279-x

الكلمات المفتاحية: توقع الزلازل, أنماط الزلازل, تعلم الآلة, الزلازل السابقة (التمهيدية), ميكانيكا الصدوع