Một hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) mới có thể phát hiện những dấu hiệu cảnh báo sớm trước một số trận động đất lớn từ vài tuần đến vài tháng, mở ra triển vọng cải thiện khả năng dự báo thiên tai trong tương lai.
Trong nghiên cứu vừa công bố trên tạp chí Nature Communications, các nhà khoa học thuộc Trung tâm Khoa học Địa chất Helmholtz GFZ (Đức) cho biết AI đã nhận diện thành công những thay đổi bất thường trong hoạt động địa chấn trước các trận động đất lớn tại Thổ Nhĩ Kỳ, Chile và Italy.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu cũng nhấn mạnh phương pháp này không cho phép dự đoán chính xác thời điểm xảy ra động đất, mà chỉ giúp nhận biết khi nào một hệ thống đứt gãy bắt đầu chuyển sang trạng thái nguy hiểm hơn.
AI phát hiện “giai đoạn nguy cấp”
Các dấu hiệu báo trước một trận động đất lớn, nếu tồn tại, thường bị che lấp giữa hàng nghìn rung chấn nhỏ diễn ra mỗi ngày. Thách thức của giới địa chất là phân biệt được đâu là biến động bình thường và đâu là tín hiệu cho thấy ứng suất trong vỏ Trái Đất đang tiến gần ngưỡng đứt gãy.
Để giải quyết bài toán này, nhóm nghiên cứu sử dụng học máy không giám sát (unsupervised machine learning) – một dạng AI có khả năng tự tìm ra quy luật trong dữ liệu mà không cần được lập trình sẵn phải tìm kiếm tín hiệu nào.
Thay vì xem mỗi trận động đất là một sự kiện độc lập, hệ thống AI gom các rung chấn gần nhau về không gian, thời gian và độ lớn thành các “gia đình động đất”, sau đó phân tích sự thay đổi của cả nhóm.
Theo các nhà nghiên cứu, cách tiếp cận này phản ánh đúng bản chất của động đất khi các đứt gãy có thể tác động lẫn nhau. Khi một trận động đất lớn đến gần, mức độ tương tác giữa các rung chấn nhỏ cũng tăng lên.
Xuất hiện từ vài tuần đến vài tháng trước động đất
Phương pháp mới được kiểm chứng trên ba chuỗi động đất lớn đã được nghiên cứu kỹ, gồm Kahramanmaraş (Thổ Nhĩ Kỳ, 2023), Iquique (Chile, 2014) và L’Aquila (Italy, 2009).
Trong cả ba trường hợp, AI đều phát hiện một trạng thái địa chấn đặc biệt xuất hiện từ vài tuần đến vài tháng trước trận động đất chính.
Trạng thái này có ba đặc điểm nổi bật: các rung chấn nhỏ xuất hiện dày đặc và tương tác mạnh hơn; hoạt động địa chấn tập trung trong phạm vi không gian và thời gian hẹp hơn; đồng thời mức giải phóng ứng suất địa chất cũng tăng lên. Theo nhóm nghiên cứu, đây là dấu hiệu cho thấy hệ thống đứt gãy đang tiến gần trạng thái mất ổn định.
“Chúng tôi quan sát thấy hoạt động địa chấn chuyển từ trạng thái tương đối ổn định sang một trạng thái có tổ chức và mang tính tới hạn ngay trước khi xảy ra đứt gãy lớn,” tiến sĩ Sadegh Karimpouli, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.
Không phải trận động đất nào cũng có tín hiệu
Khi áp dụng phương pháp trên cho trận động đất Amatrice (Italy, 2016) và Noto (Nhật Bản, 2024), AI không phát hiện những dấu hiệu tương tự.
Theo giáo sư Patricia Martínez-Garzón, điều này cho thấy không phải mọi trận động đất đều trải qua một giai đoạn “chuẩn bị” có thể quan sát được.
“Sự khác biệt này phản ánh tính phức tạp của cả điều kiện quan trắc lẫn chính quá trình hình thành động đất. Một số đứt gãy có thể phá vỡ mà không để lộ bất kỳ dấu hiệu cảnh báo địa chấn nào,” bà nói.
Hướng tới hệ thống cảnh báo theo thời gian thực
Để đánh giá khả năng ứng dụng, nhóm nghiên cứu còn mô phỏng việc theo dõi địa chấn theo thời gian thực. Họ sử dụng dữ liệu lịch sử để xác định trạng thái hoạt động bình thường của từng khu vực, sau đó liên tục cập nhật khi xuất hiện các rung chấn mới.
Nếu AI phát hiện một “nhóm địa chấn” hoàn toàn mới, hệ thống có thể cảnh báo rằng khu vực đó đang bước vào trạng thái nguy hiểm hơn.
“Điều này không có nghĩa chúng ta đã có thể dự đoán chính xác động đất, nhưng nó mang lại một công cụ mạnh để nhận biết khi nào một hệ thống đứt gãy đang hoạt động khác thường,” tiến sĩ Karimpouli nói.
Theo nhóm nghiên cứu, bước tiếp theo là tích hợp phương pháp này vào các mạng lưới giám sát địa chấn thời gian thực để đánh giá liệu AI có thể hỗ trợ các hệ thống dự báo động đất trong thực tế hay không.
Hệ thống AI học máy không giám sát, kết hợp phân tích các chuỗi động đất như những sự kiện có tương tác, có thể giúp phát hiện các tín hiệu báo trước trước khi động đất lớn xảy ra. Ảnh: Shutterstock
Bản đồ phân loại các “gia đình động đất” trước trận động đất Kahramanmaraş (Thổ Nhĩ Kỳ) mạnh 7,8 độ Richter năm 2023 (ngôi sao vàng). Các nhóm rung chấn được tô màu theo từng loại, trong khi các sự kiện nền hiển thị màu xám. Ảnh: Karimpouli và cộng sự (2026)
