Ведущие вулканологи используют искусственный интеллект для более точного отслеживания и прогнозирования извержений вулканов. Информация собирается с приборов, фиксирующих изменения в земной коре, и поступает в "мозг" машин.
Джульетта Биггс и ее работа
Несмотря на то что в пределах 100 км от вулканов проживает порядка 800 миллионов человек, далеко не всегда эти потенциальные источники природных катастроф находятся под постоянным контролем специалистов. К счастью, сегодня появляются методы, позволяющие вулканологам следить за их активностью.
Команда Джульетты Биггс использует программное обеспечение для выявления трансформаций грунта около вулканов. Свои разработки ученый представит 20 марта на конференции в Санта-Фе в Нью-Мексико.
Специалисты группы Биггс используют данные радиолокационных наблюдений с двух спутников, участвующих в программе European Sentinel-1. В зависимости от их местонахождения на околоземной орбите, устройства собирают сведения о вулканах мира каждые 6, 12 либо 24 дня. Пролетая через одну и ту же точку, спутники измеряют расстояние между собой и планетой. Это позволяет увидеть изменения во времени – к примеру, когда поверхность земли поднимается или опускается, когда магма перемещается под вулканом.
Риски
Есть некоторые сложности с использованием таких данных. Водяной пар, находящийся в атмосфере, может повлиять на сигналы смещения земной поверхности. Эту вероятность ученым необходимо учитывать при сборе и обработке радиолокационных данных. Особенно высок риск искажений, когда исследователи фиксируют сведения в режиме реального времени.
Ясность наблюдений
Группа Биггс узнала о проблемах сбора данных, когда работала с изображениями супервулкана Агунг на острове Бали перед его извержением в 2017 г. В течение двух месяцев произошли сотни небольших землетрясений, из-за которых было эвакуировано 140 тыс. чел.
Исследование поведения вулкана осложнялось атмосферными искажениями. Однако команда Биггс смогла разработать способы их устранения. Как только специалисты применили новые инструменты, они увидели, что на северной стороне Агунга поверхность земли оказалась на 10 см выше, чем раньше. Это поднятие было направлено в сторону соседнего вулкана. Наблюдение команды Биггс свидетельствует о том, что магма, вполне вероятно, перемещалась по естественной системе, соединяющей 2 вулкана. О своей догадке специалисты сообщили в прошлом месяце в Nature Communications. Как отмечает руководитель группы, специалисты не пытались предсказать момент извержения Агунга. "Но мы многому научились во время исследования этого феномена", - сказала Биггс.
Коррекция искажений
Фабьен Альбино – участник группы Биггс – является геофизиком и работает в Университете Бристоля. Сейчас он ведет работу над созданием способов быстрого исправления атмосферных искажений. Для этого он использует модель погоды, функционирующую почти в реальном времени.
Если получается предсказывать атмосферные возмущения в заданной области, то можно идентифицировать необычные сигналы в спутниковых данных, получаемых радаром. Они могут быть вызваны как раз водяным паром, а не волнениями вулкана. Альбино подчеркивает, что сейчас работа находится на начальной стадии. Тем не менее он уверен, что необходимо продолжать изучение и искать способы максимально быстрого анализа ситуаций, аналогичных случаю с Агунгом.
Нейронная сеть
Команда Биггс стремится создать систему быстрого мониторинга активности вулканов по всему миру. Специалисты разработали нейронную сеть, обработавшую более 30 тысяч изображений, сделанных в рамках программы Sentinel-1 с более чем 900 вулканов. Порядка 100 снимков были помечены системой как требующие детального изучения. По данным, собранным командой Биггс, как минимум 39 изображений точно показали фактические искажения земной коры. По словам руководителя группы, разработав алгоритм подготовительной работы по сортировке сведений, исследователи экономят время, которое вполне могут потратить на наблюдение за интересующими их вулканами.
Команда постоянно совершенствует нейронную сеть, внедряя в ее работу синтетические данные – сведения, полученные при имитации извержений. "Это позволило удвоить точность алгоритма", - говорит Пуи Анантрасирихай, инженер-электрик из бристольского Университета. Он тоже будет в числе выступающих на конференции в Санта-Фе.
Альтернативные методы
Еще один способ обнаружения потенциальных признаков активности разрабатывается командой под руководством геофизика Эндрю Хупера. Вместо сортировки радиолокационных изображений, как это делает группа Биггс, ученый и его коллеги используют приборы, которые ищут изменения спутниковых данных. Если имеет место деформация грунта около вулкана, метод Хупера позволит определить, ускоряется ли искажение, замедляется оно или изменяется как-то по-другому. Благодаря этому исследователи могут выявлять даже незначительные изменения земной поверхности в течение продолжительного периода времени.
