Когда в 2022 году произошло извержение вулкана Мауна-Лоа, самый крупный поток лавы направился прямо к государственной трассе Дэниела К. Иноуэ, также известной как Седл-роуд. Эта важная транспортная артерия ежедневно связывает множество жителей, перевозя их из домов на одной стороне острова к рабочим местам на другой. Никто не мог точно предсказать, продолжит ли лава течь и в итоге перекроет шоссе, или же остановится, не дойдя до дороги.
Однако в следующий раз, когда вулкан начнёт извергаться, учёные смогут лучше отслеживать этот процесс в реальном времени и делать более точные прогнозы о том, куда потечёт лава и когда именно может начаться извержение. Эти достижения стали возможны благодаря доступу к спутниковым данным из государственных и частных источников, а также алгоритмам машинного обучения, разработанным в Питтсбургском университете при участии коллеги из Италии.
Во время 13-дневного извержения Мауна-Лоа исследователь Ян Флинн работал в лаборатории профессора Майкла Рэмси. В тот момент исследователям стало доступно больше данных с частных спутников. Рэмси задался вопросом, можно ли объединить эти новые источники с традиционными государственными спутниками для улучшения прогнозов. Флинн смог в реальном времени наблюдать за движением лавового потока к Седл-роуд — лава остановилась примерно в 2,4 километрах от дороги. Тем не менее, лучший способ обеспечить безопасность людей в случае извержения — это узнать о нём как можно раньше, ещё до того, как лава начнёт стекать по склонам.
Учёные уже знали, что повышенная тепловая и сейсмическая активность являются признаками приближающегося извержения, но насколько высокой должна быть температура и насколько сильной активность? Ответить на эти вопросы в общем виде сложно. Работая с коллегой Клаудией Коррадино из Итальянского национального института геофизики и вулканологии, команда смогла с помощью алгоритма машинного обучения выявить тепловую аномалию за месяц до начала извержения. Хотя этот сигнал был обнаружен уже после завершения извержения, любое новое понимание поведения вулкана перед извержением помогает учёным лучше прогнозировать сроки следующего извержения.
Каждый вулкан обладает своим характером, и все они разные. Исследования Флинна, посвящённые Мауна-Лоа, много лет пытаются расшифровать, как изменения в поведении вулкана связаны с его извержениями. Объединение государственных и частных данных дало результаты, но исследователь предположил, что можно извлечь и более полезную информацию — в частности, толщину лавового потока. Он обратился к коллеге Шашанку Бхушану, работающему в Центре космических полётов Годдарда НАСА. Бхушан ранее занимался подобной работой с ледниками. Вместе они адаптировали методологию для лавовых потоков, и это сработало. Получение видимых данных помогло понять направление движения лавы, но эти данные были двумерными. Теперь у учёных появилась возможность также генерировать карты толщины потока и понимать, сколько материала выходит. Эта информация является ключевой для определения того, только началось извержение или оно идёт на спад. Её также можно анализировать вместе с тепловыми трендами, чтобы понять, как лава остывает со временем. Знание того, когда лава остыла, помогает исследователям более точно анализировать её состав, а кроме того, горячая лава всё ещё представляет опасность из-за выделения опасных химических веществ.
Когда учёные ищут активные лавовые потоки на других планетах, понимание того, сколько времени требуется лаве для остывания на Земле, поможет лучше интерпретировать данные с Венеры в случае обнаружения там горячих потоков. В зависимости от условий окружающей среды скорость остывания должна различаться. Знание механизмов остывания лавы позволит учёным лучше ограничивать свои модели при обнаружении действующих вулканов на других планетах.
По мере поступления новых данных Флинн и его коллеги не только узнают больше об извержении Мауна-Лоа, но и понимают, какая информация им потребуется для изучения других вулканов. Скорее всего, не существует универсального решения для прогнозирования извержений всех вулканов, но, возможно, есть способ найти уникальное решение для каждого отдельного вулкана. Мауна-Лоа может быть самым активным вулканом в мире, но другие могут представлять не меньшую — если не большую — угрозу для живущих рядом людей. У каждого свой характер, и каждому может потребоваться своя, специально созданная система мониторинга.
Исследование в журнале Journal of Volcanology and Geothermal Research.