ไขปริศนาแผ่นดินไหว Super Computer เผยความลับความเสียหายด้วยข้อมูล 5 แสนล้านจุด

การวิจัยใหม่ที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ (Lawrence Berkeley National Laboratory) และ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (Oak Ridge National Laboratory) ห้องปฏิบัติการระดับชาติของสหรัฐ กำลังเปลี่ยนโฉมวิธีการสร้างโครงสร้างพื้นฐานของอาคารที่ต้านทานแผ่นดินไหวด้วยการใช้พลังประมวลผลมหาศาลของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ฟรอนเทียร์ (Frontier) ทำให้สามารถจำลองการเกิดคลื่นการสั่นสะเทือนและผลกระทบที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหวได้อย่างละเอียดแบบที่ไม่เคยมีมาก่อน เพื่อทำความเข้าใจความเปราะบางของเมืองต่าง ๆ ก่อนภัยพิบัติจะมาถึง

การคาดการณ์แผ่นดินไหวที่ผ่านมาสู่งานวิจัยใหม่

ในอดีต การคาดการณ์ความเสียหายจากแผ่นดินไหวเป็นเรื่องที่ท้าทาย เนื่องจากขาดข้อมูลที่ละเอียดและพลังในการประมวลผลที่เพียงพอ แต่ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ในปัจจุบัน ทำให้ทีมวิจัยจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ (Lawrence Berkeley National Laboratory) และ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (Oak Ridge National Laboratory) ภายใต้การนำของ เดวิด แมคคัลเลน (David McCallen) นักวิจัยอาวุโสของห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์เบิร์กลีย์ สามารถสร้างแบบจำลองแผ่นดินไหวที่สมจริงที่สุดได้สำเร็จ ซึ่งสามารถคาดการณ์ได้แล้วว่าแผ่นดินไหวจะเกิดขึ้นอย่างไรและจะก่อให้เกิดความเสียหายในระดับไหน

"EQSIM" กุญแจสำคัญสู่การจำลองที่แม่นยำ

โครงการวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของ Exascale Computing Project (ECP) หรือ โครงการที่เป็นความร่วมมือด้านวิจัยและพัฒนาในสหรัฐอเมริกาเพื่อพัฒนาซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่มีสมรรถนะการประมวลผลสูงระดับ หนึ่งเอกซาฟลอปส์ (Exaflop) หรือ 1,000,000,000,000,000,000 ครั้งต่อวินาที 

โดยทีมของแมคคัลเลนได้พัฒนาเครื่องมือจำลองที่เรียกว่า EQSIM (Earthquake Simulation Coder) ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เห็นภาพว่าคลื่นไหวสะเทือนที่เกิดขึ้นจากแผ่นดินไหวมีปฏิสัมพันธ์กับสภาพทางธรณีวิทยาในพื้นที่ต่าง ๆ เช่น ภูเขา หรือหุบเขา ได้อย่างไร โดยเฉพาะการที่คลื่นเหล่านี้อาจถูกขยายหรือลดลง ซึ่งส่งผลต่อความรุนแรงของแรงสั่นสะเทือนที่พื้นผิว

เดวิด แมคคัลเลน (David McCallen) กล่าวต่อประเด็นนี้ว่า

"เป้าหมายของเราคือการจำลองแผ่นดินไหวตั้งแต่ต้นจนจบ และติดตามคลื่นไหวสะเทือนขณะที่มันเดินทางผ่านพื้นโลกเราต้องการเข้าใจว่าคลื่นเหล่านี้ส่งผลกระทบต่ออาคารและโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญอย่างไร เพื่อให้เราสามารถประเมินความเสี่ยงและเตรียมพร้อมรับมือได้ดีที่สุด"

"Our goal is to model earthquakes from beginning to end and track the seismic waves as they propagate through the Earth, We want to understand how those waves interact with buildings and critical energy infrastructure to assess their vulnerability so they can be as prepared as possible before the next earthquake strikes"

ผลการค้นพบที่น่าประหลาดใจ

การใช้นวัตกรรม  EQSIM (Earthquake Simulation Coder) เพื่อจำลองแผ่นดินไหวในเขตแนวรอยเลื่อนหลัก 3 แห่งของสหรัฐ ได้แก่ บริเวณอ่าวซานฟรานซิสโก แอ่งลอสแอนเจลิส และภูมิภาคนิวมาดริด ได้เปิดเผยข้อเท็จจริงที่น่าตกใจว่า บางครั้งแผ่นดินไหวขนาดเล็กก็อาจสร้างความเสียหายได้มากกว่าแผ่นดินไหวขนาดใหญ่ ซึ่งขึ้นอยู่กับปัจจัยทางธรณีวิทยา 3 อย่าง ได้แก่ ประเภทของรอยเลื่อน องค์ประกอบของดิน และ ลักษณะทางภูมิประเทศ

ด้วยพลังของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ฟรอนเทียร์ (Frontier) ซึ่งมีความเร็วถึง 2 เอกซาฟลอปส์ต่อวินาที ทำให้ทีมวิจัยสามารถสร้างแบบจำลองที่ครอบคลุมพื้นที่หลายร้อยกิโลเมตร โดยใช้จุดข้อมูลกริดมหาศาลถึง 5 แสนล้านจุด เพื่อเก็บรายละเอียดทางธรณีวิทยาและโครงสร้างพื้นฐานได้อย่างแม่นยำ

เตรียมพร้อมก่อนภัยพิบัติ

สำหรับการจำลองนี้ใช้เวลาจริงเพียง 90 วินาที แต่ได้ข้อมูลผลลัพธ์จำนวนมากถึง 3 เพตะไบต์ (Petabytes) ซึ่งเป็นขนาดข้อมูลที่มหาศาลมาก เทียบเท่ากับข้อมูลของภาพยนตร์เต็มเรื่องประมาณ 750,000 เรื่อง โดยข้อมูลจำนวนมหาศาลนี้เป็นทรัพย์สินอันล้ำค่าที่ช่วยให้วิศวกรและนักวางแผนเมืองสามารถระบุ จุดเสี่ยง (hot spots) ที่คลื่นไหวสะเทือนอาจถูกส่งผ่านและสร้างความเสียหายสูงสุดได้อย่างชัดเจน

โดย เดวิด แมคคัลเลน (David McCallen) กล่าวว่า

"สิ่งที่ดีที่สุดของการจำลองเหล่านี้คือเราไม่จำเป็นต้องรอให้ แผ่นดินไหวครั้งใหญ่ ครั้งต่อไปเกิดขึ้นเพื่อทำความเข้าใจว่ามันจะส่งผลกระทบต่อเราอย่างไร หากใครต้องการข้อมูลที่ครอบคลุมเกี่ยวกับแผ่นดินไหวขนาด 7.5 ในพื้นที่วิกฤต เราสามารถให้ข้อมูลนั้นแก่พวกเขาได้ทันที"

"The best thing about these simulations is that we don’t have to wait for the next ‘Big One’ to strike to understand how it will impact us. If anyone needs information about a 7.5 earthquake in these critical areas, we can provide them with the comprehensive data that is being generated."

การวิจัยที่ได้รับการสนับสนุนจากสำนักงานความมั่นคงด้านพลังงานของกระทรวงพลังงานสหรัฐ จึงถือเป็นก้าวสำคัญในการใช้เทคโนโลยีขั้นสูงเพื่อปกป้องและเสริมสร้างความแข็งแกร่งของโครงสร้างพื้นฐานของประเทศให้ปลอดภัยจากภัยพิบัติทางธรรมชาติในอนาคต