В 2022 году извержение вулкана Мауна-Лоа привело к тому, что основной поток лавы был направлен к государственной трассе Дэниела К. Иноуэ, более известной как Седл-роуд. Эта магистраль играет ключевую роль в транспортной системе острова, ежедневно обеспечивая связь между жилыми районами и местами работы для большого числа людей. Не было уверенности в том, продолжит ли лава двигаться дальше и приведет ли к перекрытию шоссе, или же остановится, не достигнув дороги.
В будущем, когда вулкан снова начнёт извергаться, исследователи смогут более эффективно наблюдать за этим явлением в режиме реального времени и составлять более точные прогнозы относительно направления потоков лавы и времени начала извержения. Такой прогресс стал возможен благодаря использованию спутниковых данных от государственных и коммерческих организаций, а также благодаря алгоритмам машинного обучения, созданным в Питтсбургском университете в сотрудничестве с итальянским коллегой.
В течение 13 дней извержения Мауна-Лоа исследователь Ян Флинн работал в лаборатории профессора Майкла Рэмси. В этот период исследователям стало доступно больше данных, поступающих с частных спутников. Рэмси задумался о возможности комбинирования этих новых источников информации с традиционными государственными спутниками с целью повышения точности прогнозов. Флинну удалось в режиме реального времени отслеживать перемещение лавового потока в направлении Седл-роуд — лава остановилась приблизительно в 2,4 километрах от дороги. Однако для обеспечения безопасности людей во время извержения наиболее эффективным способом является получение информации о нём как можно раньше, до начала стекания лавы по склонам.
Учёные уже имели представление о том, что усиление тепловой и сейсмической активности указывает на скорое извержение, однако оставался вопрос о том, какой должна быть температура и насколько интенсивной должна быть сейсмическая активность. Дать ответ на эти вопросы в общих чертах не представляется возможным. В сотрудничестве с Клаудией Коррадино из Итальянского национального института геофизики и вулканологии, исследователи смогли с помощью алгоритма машинного обучения обнаружить тепловую аномалию за месяц до начала извержения. Хотя этот сигнал был зафиксирован уже после завершения извержения, любое уточнение поведения вулкана перед извержением помогает учёным более точно предсказывать сроки следующего извержения.
У каждого вулкана есть свои особенности, и они значительно различаются. Многолетние исследования Флинна, посвящённые Мауна-Лоа, направлены на то, чтобы понять, как изменения в активности вулкана связаны с его извержениями. Совмещение государственных и частных данных принесло результаты, однако исследователь полагает, что можно получить и более ценную информацию, например, о толщине лавовых потоков. Для этого он обратился к коллеге Шашанку Бхушану, работающему в Центре космических полётов имени Годдарда НАСА. Бхушан ранее использовал подобные методы при изучении ледников. В сотрудничестве они адаптировали методологию для анализа лавовых потоков, и это оказалось эффективным. Получение визуальных данных позволило определить направление движения лавы, но эти данные были представлены в двух измерениях. Теперь у учёных есть возможность также создавать карты толщины потока и оценивать объём выходящего материала. Эта информация критически важна для определения, только начинается извержение или оно подходит к завершению. Её можно анализировать в сочетании с тепловыми изменениями, чтобы понять, как лава остывает. Знание о том, когда лава остыла, помогает исследователям более точно определять её состав, а также снижает опасность, связанную с выделением вредных химических веществ, поскольку горячая лава всё ещё представляет угрозу.
Изучая активные лавовые потоки на других планетах, учёные могут использовать знания о скорости остывания лавы на Земле для более точной обработки данных, например, с Венеры, в случае обнаружения там горячих потоков. Скорость охлаждения будет зависеть от условий окружающей среды. Понимание процессов, определяющих остывание лавы, позволит исследователям создавать более точные модели при поиске действующих вулканов на других планетах.
Получая новые данные, Флинн и его команда не только углубляют свои знания об извержении Мауна-Лоа, но и определяют, какая информация необходима для изучения других вулканов. Вероятно, не существует единого подхода к прогнозированию извержений всех вулканов, однако возможно выработать индивидуальное решение для каждого из них. Мауна-Лоа считается самым активным вулканом в мире, но другие могут представлять не меньшую – если не большую – опасность для населения, проживающего вблизи. У каждого вулкана есть свои особенности, и для каждого может потребоваться своя, разработанная с учетом этих особенностей, система мониторинга.
Исследование в журнале Journal of Volcanology and Geothermal Research.