Egy vulkán: áldás és átok

Dr. Luciano Zuccarello a spanyolországi University of Granada kutatója az Etna vulkáni hegyének lábánál él, mely egy aktív vulkán Szicília szigetén. Szántóföldek és gyümölcsösök húzódnak a köztudottan rendkívül termékeny vulkáni talaj lejtőin, melyek ideálisak a földműveléshez, miközben a világ egyik legaktívabb vulkánja a környéken élők feje fölé magasodik.

Világszerte több mint 29 millió ember él valamely vulkán 10 kilométeres körzetében, nem csoda hát, ha a vulkánok viselkedésének jobb megértése és a kitörések előrejelzésének képessége elengedhetetlen a biztonsághoz.

A vulkánok viselkedését nem könnyű megjósolni, különösen akkor, ha nem aktív szakaszban vannak és állandó megfigyelésük is kihívást jelenthet, mivel a mintavétel vagy a felszerelés telepítése fizikai veszélyekkel jár a kutatókra nézve. Figyelembe véve a helyét, geológiai felépítését és az alatta elhelyezkedő magma viselkedését (többek között), az elméleti modellek ugyan közelítő becslést adhatnak arról, hogy mi történhet a közeljövőben egy vulkánnal, de még mindig sok ismeretlen változó létezik, és minden vulkán működése egyedi jellegzetességeket mutat.

Dr. Zuccarello célja a vulkáni tevékenységek automatikus elemzése olyan korai előrejelző modellek kidolgozása céljából, amelyek megmenthetik a vulkánok közelében élő emberek életét.

Új eszközök a megfigyelésben

Az új és érzékenyebb eszközöknek köszönhetően az elmúlt évtizedben jelentősen javultak az adatgyűjtési módszerek, és a kutatók most soha korábban nem látott adatmennyiséghez férhetnek hozzá. Például valós idejű információt kaphatnak arról, hogy a Föld hogyan reng a vulkán közelében (szeizmikus aktivitás), a hanghullámok terjedéséről a Föld mélyében, valamint a vulkánban jelen lévő vegyi anyagokról és azok változásairól.

A vulkánmegfigyelő intézeteknek rövid idő alatt kell nagy mennyiségű adatot elemezniük. "Gyorsabb és hibamentes technikákra van szükség az ilyen adatok gyűjtéséhez" - mondta Dr. Zuccarello.

A tudós Volcanowaves projektjében Spanyolországban, az Egyesült Királyságban, Olaszországban, Mexikóban és Argentínában dolgozó kutatók gépi tanulást használnak ahhoz, hogy azonosítsák a szeizmikus aktivitás mintáit egy-egy vulkánnál. Mindezt annak érdekében teszik, hogy képessé váljanak előre jelezni, ha az adott vulkán éppen kitörni készül. Dr. Zuccarello különösen a vulkáni remegéseknek nevezett, alacsony frekvenciájú eseményeket vizsgálja, melyek általában a magma mozgásához kapcsolódnak a vulkán üreghálózatán belül.

Beszédfelismerés és gépi tanulás

Az elmúlt évtizedben a gépi tanulási algoritmusok alkalmazása a mintázat-azonosításában szerves része lett a beszédfelismerés tudományterületének, és a kutatók most a vulkánok viselkedésének előrejelzésére használják ezt. "Noha ezek az alkalmazási területek jelentősen eltérnek egymástól a forrás és a kontextus tekintetében, az elemzés tárgya attól még ugyanaz, a rögzített hanganyag harmonikusainak tanulmányozása az időváltozással, minták keresése céljából" - mondta el Dr. Zuccarello.

A projekt eredménye egy olyan új algoritmuskészlet lesz, amit a tudományos közösség széles körben alkalmazhat majd a vulkánok napi megfigyelésére, és körülbelül 2020 év végére készülhet el.

Minden terület profitálhat

"A beszéd hangjelei és a szeizmikus jelek fontos tulajdonságaikban megegyeznek" - mondta el Dr. Guillermo Cortés, az olaszországi Udine Egyetem jelfeldolgozással és gépi tanulással foglalkozó szakembere. Cortés már vezetett egy hasonló kutatást VULCAN.ears néven, amely szintén beszédfelismerő technológiát használt annak megértésére, hogy mi történik a vulkánokkal.

Ő és munkatársai kifejlesztettek egy valós idejű vulkánmegfigyelő rendszert, amely automatikusan felismeri és megcímkézi a vulkáni eseményeket, a szeizmikus jeleket érzékelő megfigyelő állomásokból származó adatfolyamokban. Ez a rendszer ezután tevékenység-katalógusokat készít a viselkedési minták megtalálása érdekében.

Dr. Roberto Carniel, az Udine-i Egyetem geofizikusa és a projekt tudományos vezetője szerint: „A gépi tanulás és az alkalmazott mélytanulási technikák megjelenése új megoldásokat ígér a régi problémákra.

Most könnyebb összevetni több különböző megfigyelési terület eredményeit, amelyek magában foglalják a szeizmikus jelek, az infravörös jelek, a mágneses jelek tanulmányozását, a gázok és folyadékok geokémiai elemzését, deformációs-, hő- és videokamerák megfigyeléseit, hogy végül az összes érintett területen erősebb és megbízhatóbb előrejelzéseket nyújthassunk.

Univerzális hangalakok

A csoport vulkáni szeizmikus felismerő-rendszert fejlesztett az alkalmazott, felügyelt gépi tanulás alapján, melynek során egyéb szakértők által már címkézett adatokat használva elemezték azokat, és megtanították a szoftvert az olyan vulkán események felismerésére, mint például a vulkáni remegések, a hamu-hullás vagy a vulkán belső robbanásai. Ez a megközelítés hasonlít a szavak megkeresésére egy beszélgetésben a beszédrészek felcímkézésével, és az egyes vulkánok egyedi nyelv-mintáinak megtalálásával.

Dr. Cortés szerint ez csupán apró különbség a klasszikus módszerhez képest, ahol elkészítik a vulkán viselkedési-katalógusát. A klasszikus megközelítés is magában foglalja az események automatikus észlelését és a szakértők általi kézi osztályozást. "Általában ezt a feladatot naponta végzik, amely túl lassú lehet egy váratlan kitörés miatt veszélyeztetett népesség helyzetében" - mondta a tudós.

“Az idő döntő jelentőségű lehet a vulkánok esetében, különösen ha hamu-hullás, összeomlás vagy földcsuszamlás következik be. Ezekben az esetekben a valós idejű működés észlelése és osztályozása kritikus jelentőségű lehet annak érdekében, hogy csökkentsék a döntési időt, ha a közeli közösségeket evakuálni kell.”

Globális előrejelző hálózat

Dr. Cortés végső célja egy univerzális és vulkán-független rendszer kifejlesztése, amely bármilyen vulkánmegfigyelő központba könnyen beágyazható. Ennek felépítésére a kutatók világszerte több tucat vulkánból létrehoztak egy univerzális adatbázist, és gépi tanulási technikáik segítségével egyetemes modelleket készítettek. Ennek előzetes verziója már online is elérhető.

Dr. Carniel most azt szeretné, ha a vulkáni obszervatóriumok az egész világon tovább folytatnák ezt a munkát. "Ők lehetnek a valódi kulcs, a vulkánfüggetlen koncepció ötletének továbbfejlesztéséhez, a vulkáni szeizmikus felismerő rendszer saját obszervatóriumukba telepítésével, erőforrásaik megosztásával és értékes visszajelzéseik elküldésével."

Ezek a obszervatóriumok végeredményképpen a vulkanizmussal érintett országok erőfeszítéseinek élvonalában vannak, ők védik meg az állampolgárokat a határaikon belüli vulkánoktól, és a tudósoknak képesnek kell lenniük arra is, hogy meghallják a vulkánok leghalkabb suttogásait, hogy megjósolhassák, mikor kezdnek majd el üvölteni.

(Forrás: Horizone Magazine Képek: Pixabay)