با توجه به پیشرفت‌های اخیر در حوزهٔ هوش مصنوعی، برخی از محققان در حال بررسی این موضوع هستند که آیا این تکنولوژی می‌تواند تغییری در پیش‌بینی زلزله ایجاد کند؟ پاییز سال ۲۰۲۳ محققان دانشگاه تگزاس در آستین، با آزمایش هفت‌ماهه در چین، چنین امیدهایی را برای پیش‌بینی زلزله تقویت کردند. یک الگوریتم هوش مصنوعی ۷۰ درصد زمین‌لرزه‌ها را یک هفته پیش از وقوع آنها به‌درستی پیش‌بینی کرد. این تیم، هوش مصنوعی را بر روی پنج سال نگاشت‌های زلزله آموزش داد و سپس از آن خواست زمین‌لرزه‌های آتی را بر‌اساس فعالیت‌های لرزه‌ای کنونی شناسایی کند. اکنون برای پیش‌بینی زلزله «یادگیری ماشین» را به‌کار می‌گیرند که نوع متفاوتی از رفتار «حرکت آهسته» در امتداد گسل‌ها را که می‌تواند نشانگر مفیدی برای اطلاع از زلزلهٔ ویرانگر بعدی باشد، بررسی می‌کند.

فیزیک زلزله‌ها در بیشتر موارد با داده‌های کم، بسیار سخت قابل‌درک هستند. در زلزله‌شناسی از پروکسی‌هایی برای درک آنچه در داخل زمین با تکان خوردن پوستهٔ آن اتفاق می‌افتد، مانند مطالعهٔ امواج لرزه‌ای استفاده می‌کنیم. اکنون می‌توانیم با استفاده از امواج لرزه‌ای و نقشه‌برداری مکان‌ زلزله‌ها، یک نقشهٔ تقریبی از یک گسل بسازیم، اما نمی‌توانیم مستقیماً تنش را اندازه‌گیری و یا آستانه‌ای را که زمین فراتر از آن به جنبش در می‌آید، با دقت تعیین کنیم. 

برای مدت طولانی، بهترین کاری که می‌توانستیم در مورد پیش‌بینی انجام دهیم، این بود که بفهمیم زلزله‌ها در یک منطقهٔ خاص چقدر و با چه شدت و تکراری اتفاق می‌افتند. به‌عنوان مثال، آخرین زمین‌لرزهٔ رخداده در نزدیکی تهران در جنوب رشته‌کوه‌های البرز و در راستای گسل مشا، زمین‌لرزه ۱۸۳۰ دماوند-شمیرانات بوده است. میانگین دورهٔ زمانی بین زمین‌لرزه‌های بزرگ در این پهنهٔ گسله تقریباً هر هزار سال یک‌بار تخمین زده می‌شود. البته فواصل بین رخداد‌های مهم می‌تواند بسیار متفاوت باشد و ممکن است اعلام میانگین برای دورهٔ بازگشت، گمراه‌کننده باشد. 

در سال ۱۹۸۵، دانشمندان شروع به نصب لرزه‌سنج‌ها و سایر تجهیزات پایش زلزله در امتداد بخش پارکفیلد گسل «سن آندریاس»، در مرکز کالیفرنیا کردند. شش زمین‌لرزه در آن بخش در فواصل منظم رخ داده بود. دانشمندان سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده با درجه اطمینان بالایی پیش‌بینی کردند که زلزلهٔ بعدی با بزرگای مشابه، قبل از سال ۱۹۹۳ رخ خواهد داد، ولی زمین‌لرزه مذکور تا سال ۲۰۰۴ رخ نداد!

در اغلب موارد، فواصل بازگشت به‌صورت میانگین‌گیری‌شده با حاشیه خطای بزرگ ارائه می‌شود. برای مناطق مستعد زلزله‌های بزرگ، این فواصل می‌تواند در مقیاس صدها سال باشد، با عدم قطعیت‌هایی که گاه خود به صدها سال می‌رسند. واضح است که این روش با پیش‌بینی دقیق، فاصلهٔ زیادی دارد و اساساً آن را پیش‌بینی زلزله نمی‌توان نامید.

از نظر فیزیکی، زلزله یک سامانهٔ آشوبناک است. البته زلزله‌ها در گسل‌های مشخصی در زمین رخ می‌دهند و رفتار زمین منظم و تعیینی است. بدون دانش کافی از آنچه در زیر زمین اتفاق می‌افتد، غیرممکن است که چنین سامانه‌ای را درک کنیم‌. به‌این‌ترتیب، آشوبناکی به‌معنای تصادفی نیست بلکه به این معنی است که زلزله آنقدر پیچیده است که به‌سختی قابل پیش‌بینی می‌شود. البته همانطور که درک دانشمندان نسبت به آنچه در داخل پوستهٔ زمین اتفاق می‌افتد، تکامل می‌یابد و ابزارهای آنها پیشرفته‌تر می‌شود، انتظار بهبود توانایی آنها برای پیش‌بینی‌ها غیرمنطقی نیست. 

در اوایل دههٔ ۲۰۰۰، دو کشف مهم به این موضوع امید‌های بسیاری بخشید. ابتدا، زلزله‌شناسان یک سیگنال‌لرزهٔ عجیب و کم‌دامنه را در منطقهٔ زمین‌ساختی جنوب‌غربی ژاپن کشف کردند که از ساعت‌ها تا چند هفته طول می‌کشد و در فواصل زمانی منظمی رخ می‌دهد. چنین چیزی قبلاً دیده نشده بود. آنها این سیگنال را «لرزش زمین‌ساختی» نامیدند. در همین زمان، زمین‌شناسانی که در منطقهٔ فرورانش کاسکادیا در سواحل شمال‌غربی اقیانوس آرام ایالات متحده، شواهدی پیدا کردند که گاهی بخشی از پوستهٔ زمین به‌آرامی درخلاف جهت معمول خود حرکت می‌کرده است. این پدیده که رویداد «لغزش آهسته» یا «زلزلهٔ آهسته» نامیده ‌شد، در بخش نازکی از پوستهٔ زمین واقع در زیر ناحیه‌ای رخ می‌دهد که زمین‌لرزه‌های منظمی را ایجاد می‌کند. در این محل، دما و فشار بالاتر اثر بیشتری بر رفتار سنگ‌ها می‌گذارد.

پس از آن، دانشمندان دریافتند که با یک زلزلهٔ آهسته، می‌تواند خطر رخداد زمین‌لرزه‌های منظم -به‌ویژه در مناطق فرورانش-  افزایش یابد. بخش قفل‌شدهٔ گسل که زمین‌لرزه ایجاد می‌کند، اساساً هم با حرکت منظم ورقه و هم با حرکت دوره‌ای نامنظم به عقب -با زمین‌لرزه‌های آهسته- در ژرفایی بیشتر از جایی که زمین‌لرزه شروع می‌شود، تحت‌فشار قرار می‌گیرد.

آیا می‌توانیم از زلزله‌های آهسته برای پیش‌بینی زلزله‌های معمولی استفاده کنیم؟ از زمان کشف آنها، تقریباً هر زمین‌لرزهٔ بزرگی با انتشار چندین مقاله همراه شده که نشان می‌دهد قبل از آن یک زلزلهٔ آهسته رخ داده است. به‌طور مثال، قبل از زمین‌لرزه با بزرگای ۹ توهوکو-اوکی که در سال ۲۰۱۱ در ژاپن رخ داد، نه یکی بلکه دو زلزلهٔ آهسته رخ داد. البته استثنائاتی هم وجود دارد. به‌عنوان مثال، هنوز هیچ مدرکی وجود ندارد که نشان دهد پیش از زلزلهٔ سال ۲۰۰۴ و سونامی در پی آن در سوماترای اندونزی با بیش از ۲۰۰ هزار کشته، یک زلزلهٔ آهسته رخ داده است. به‌علاوه، یک زلزلهٔ آهسته همیشه با یک زلزلهٔ معمولی همراه نیست. بنابراین، تفکیک رخداد‌های معمولی از زمین‌لرزه‌ٔ پیش‌نشانگری هنوز بسیار مشکل است. 

ممکن است فرآیند متمایزی در امتداد گسل در ساعات منتهی به یک زلزلهٔ بزرگ رخ دهد. نتایج تجزیه و تحلیل داده‌های تغییر شکل پوسته در ساعات قبل از آنها از سوی پژوهشگران دانشگاهی در فرانسه نیز در سال ۲۰۲۳ منتشر شد. به‌نقل از این پژوهش، در ۹۰ زلزلهٔ بزرگ در حدود دو ساعت قبل از رخداد و تا زمان آغاز آن، پوسته در امتداد گسل با سرعت بیشتری در جهت گسیختگی زمین‌لرزه شروع به تغییر شکل داده است. چنین فرآیندی که پیش از زلزله رخ می‌دهد، چیزی شبیه یک «زلزله آهسته» است و تجزیه و تحلیل داده‌های جی.پی‌.اس نشان داده که ممکن است حاوی اطلاعاتی باشند که خارج از دسترس مدل‌ها و چارچوب‌های مرجع سنتی ما هستند.