• Także nieczynne wulkany niosą ze sobą groźbę wybuchu i zniszczeń
• Dane z satelitów z powodzeniem można użyć do śledzenia ich aktywności
• Wczesne ostrzeganie ma kluczowe znaczenie w ewakuacji ludzi i dobytku

Gdy przed blisko dwoma tysiącami lat wybuchł Wezuwiusz, z powierzchni Ziemi zniknęły zalane ognistą lawą Pompeje, Herkulanum i Stabie. Czy system wczesnego ostrzegania wykorzystujący algorytmy i dane z satelitów może zmniejszyć skalę ludzkiej krzywdy z powodu takich zjawisk w przyszłości? Niemieccy naukowcy twierdzą, że tak.

Z początkiem lipca br. gwałtowna erupcja wulkanu Stromboli we Włoszech wystraszyła turystów i mieszkańców. Po kilku eksplozjach z krateru uwolniły się ogromne chmury popiołu i dymu. Zginął mężczyzna spacerujący po szlaku na wulkan. Do śmierci piechura doprowadził gęsty deszcz lapilli – drobnych cząstek i okruchów skalnych. Stromboli wybucha często i dał nazwę jednemu z typów wybuchów – erupcji strombolijskiej, w której obserwuje się gwałtowne eksplozje rozżarzonej lawy, zastygającej w powietrzu i natychmiast opadającej u podnóży wulkanu jako bomby wulkaniczne.

Kratery w systemie

Stromboli to jeden z najaktywniejszych wulkanów w Europie. Jego aktywność od niedawna, po wspomnianym wybuchu, jest monitorowana przez sztuczną inteligencję. Na razie system zwany Mounts, stworzony przez naukowców z kilku europejskich uniwersytetów obejmuje 18 aktywnych wulkanów, a na świecie jest ich ponad 1500.

Średniorocznie wybuchają 85 razy i mają różne natężenie, skalę rażenia i skutki. Poza tym nawet długo nieczynne wulkany mogą niespodziewanie wybuchnąć – Chaiten w Chile uaktywnił się w 2008 roku po 8 tysiącach lat uśpienia. Ekspert Torsten Dahm z German Geo Research Center uważa, że każdy wulkan niesie ze sobą ogromne niebezpieczeństwo wybuchu.

Tymczasem naukowcy nie obserwują tych nieaktywnych, a ponad połowa z wszystkich czynnych wulkanów nie jest w sposób ciągły monitorowana. Główną przeszkodą są koszty i trudności w utrzymaniu urządzeń w środowiskach wulkanicznych. U podnóży lub na zboczach zaledwie 84 wulkanów całodobowo pracują obserwatoria wulkanologiczne.

Najstarsze z nich, ufundowane w 1841 roku przez króla Obojga Sycylii Ferdynanda II, funkcjonuje u stóp niszczycielskiego Wezuwiusza. To tu w XIX wieku naukowiec i fizyk, później dyrektor obserwatorium – Luigi Palmieri – wynalazł sejsmograf elektromagnetyczny.

Satelity dostarczają cennych danych

Obserwatoria rozsiane po wszystkich kontynentach gromadzą informacje sejsmiczne, grawimetryczne i akustyczne. Erupcje są często poprzedzone specyficznymi sygnałami, które mogą trwać od kilku godzin do kilku lat – chodzi np. o odkształcenie gruntu, emisję gazów, wzrost temperatury itp.

Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=cRkVq4GXxtI

https://www.youtube.com/watch?v=cRkVq4GXxtI

Pomiary przeprowadzane są głównie z urządzeń naziemnych oraz samolotów i dronów, tworzy się też m.in. symulacje komputerowe przebiegu erupcji do przygotowywania systemów ostrzegania i ewakuacji ludności itp. Gdy monitorowanie naziemne jest ograniczone lub całkowicie go brakuje, wielu cennych danych dostarczają satelity.

Mounts to ogromny potencjał

Nad wzbogaceniem systemu monitorowania i ostrzegania przed erupcjami wulkanicznymi pracują badacze m.in. z Politechniki Berlińskiej (TU Berlin) i Niemieckiego Centrum Badań Geologicznych GFZ w Poczdamie. Pod kierownictwem Sébastiena Valade (TU Berlin) opracowali nową platformę, która analizuje obrazy satelitarne wulkanów i ich otoczenia.

System o nazwie Mounts (Monitoring Unrest from Space) został już przetestowany, m.in. na zjawiskach poprzedzających wybuch i w trakcie samej erupcji groźnego wulkanu Krakatau w Indonezji w 2018 r. Wykazał, że dzięki SI może integrować wiele zestawów różnych typów danych, aby kompleksowo monitorować przyszłą i obecną aktywność wulkanów i przewidywać skalę erupcji. System będzie rozbudowywany.

Więcej? Potrzebna chmura

Ostatnio monitoringiem objęto osiemnasty wulkan – Stromboli.

– Oprócz sejsmiczności, wszystkie inne sygnały świadczące o zbliżającej się erupcji można monitorować z kosmosu, wykorzystując różne długości fal w widmie elektromagnetycznym – mówi naszemu portalowi Sébastien Valade, lider projektu Mounts. – W planach mamy rozszerzenie systemu monitorowania z kilku do kilkudziesięciu lub nawet kilkuset wulkanów. Rozbudowa na małą skalę (np. ponad 10 wulkanów) może być łatwo wykonana. Tak jak ze Stromboli, dodanym niedawno do systemu ze względu na silną aktywność. Ekspansja na dużą skalę (np. powyżej 100 wulkanów) wymaga przesunięcia systemu do chmury, a to zajmie więcej czasu – tłumaczy Valade.

Gdzie jest magma?

Algorytmy do analizy danych opracował głównie Andreas Ley z TU Berlin. Naukowcy wyszkolili system SI za pomocą generowanych komputerowo obrazów, naśladujących rzeczywiste obrazy satelitarne. Badacze chcą, żeby uczył się nieustannie na danych dostarczanych w skali globalnej. Mounts wykorzystuje różne czujniki satelitarne, jest też zintegrowany z danymi sejsmicznymi z ogólnoświatowej sieci GFZ Geofon oraz Geological Survey USGS ze Stanów Zjednoczonych.

– Mounts otrzymuje dane z czujników radarowych, podczerwonych i ultrafioletowych na pokładach satelitów ESA Sentinel-1, -2 i -5P. Niektóre badania są prowadzone wspólnie z włoskim systemem MIROVA, który wykorzystuje czujnik podczerwieni MODIS na pokładzie satelitów NASA Aqua/Terra i monitoruje 215 wulkanów, a my pracujemy nad integracją systemów w najbliższej przyszłości – informuje nas Valade.

Analiza dostarczona przez platformę pozwala na wszechstronne zrozumienie różnych procesów w różnych warunkach klimatycznych i wulkanicznych: od rozprzestrzeniania się magmy pod powierzchnią po rozmieszczenie materiału wulkanicznego podczas erupcji, a także po zmiany morfologiczne dotkniętych obszarów i emisję gazów do atmosfery.

Kto skorzysta?

Badania wsparli naukowcy z berlińskiego uniwersytetu Humboldta oraz specjaliści z uczelni w Turynie i Florencji.

„Wyniki są wizualizowane na stronie internetowej, gdzie dostępne są zarówno obrazy z geokodowaniem, jak i szereg czasowy odpowiednich parametrów, co pozwala na wszechstronne zrozumienie czasowej ewolucji aktywności wulkanicznej. Wykazujemy, że sztuczna inteligencja może odgrywać kluczową rolę w takich ramach monitorowania” – podsumowali w artykule naukowym opisującym funkcjonowanie platformy. Jak wyjaśnia nam Valade, strona www projektu ma otwarty dostęp dla każdego.

– Jednak część jej zawartości wymaga pewnej wcześniejszej wiedzy o określonych danych, dzięki czemu jest ona w rzeczywistości bardziej dostosowana do osób pracujących na tematach związanych z wulkanami lub teledetekcją – tłumaczy nam naukowiec.

• algorytm
• erupcje
• ESA
• Mounts
• NASA
• Sébastien Valade
• wulkany