Картирование сердца вулканов при их пробуждении

Международная группа ученых из Женевского университета (UNIGE) совместно с Национальным институтом геофизики и вулканологии Италии (INGV) создала высокодетальную 3D-модель внутренней структуры вулкана Вулькано на севере Сицилии. Беспрецедентная точность изображения достигнута за счет комбинации узловой сейсмической сети и технологий искусственного интеллекта. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.

Это исследование — значительный прорыв в понимании строения вулканов и потенциально в управлении рисками. Более 800 миллионов человек живут вблизи активных вулканов, большинство из которых изучены недостаточно. Новая методика позволяет «просветить» геологические области, где зарождаются извержения и которые ранее были недоступны для детального изучения. Вулкан Вулькано, вошедший в фазу беспокойства в конце 2021 года, стал идеальным объектом для тестирования подхода.

«Мы использовали метод томографии на основе сейсмического фонового шума, данные для которого собрала узловая сеть. Для обработки мы применили нейронные сети — технологию, позволяющую делать "рентген" вулканам», — поясняет ведущий автор исследования, докторант UNIGE Дуглас Стамп. Ученые разместили на острове около 200 портативных сейсмографов, которые в течение месяца записывали естественные колебания грунта. Огромный массив данных был обработан суперкомпьютером Yggdrasil, что позволило с высокой точностью реконструировать внутреннее строение вулкана и распределение магматических флюидов в его верхних частях. Руководитель работы Маттео Лупи сравнивает этот прорыв с переходом от УЗИ к МРТ в медицине.

Хотя результаты пока не позволяют предсказывать извержения, они открывают путь к динамическому мониторингу. «Если бы мы могли обрабатывать данные узловой томографии в реальном времени с помощью нейронных сетей, мы могли бы анализировать поведение каждой зоны вулканической системы по мере развития событий и создавать адаптивные планы эвакуации», — заключает Стамп. Интеграция машинного и глубокого обучения делает такую перспективу достижимой.