Умные технологии проследят за землетрясениями в зонах вулканической активности21.07.2025 17:31

Йеллоустоун, популярное туристическое направление и место съемки одноименного телешоу, стал первым национальным парком в Соединенных Штатах. Под ним бурлит один из самых мощных очагов вулканической активности на Земле.

В новом исследовании, опубликованном в популярном журнале Science Advances, профессор инженерии Бинг Ли и его коллеги из Промышленного университета Сантандера (Industrial University of Santander) в Колумбии и Геологической службы США использовали машинное обучение для пересмотра исторических данных о землетрясениях в кальдере Йеллоустоун за последние 15 лет. Команда смогла задним числом обнаружить и присвоить магнитуды примерно в 10 раз большему числу сейсмических событий, чем было зарегистрировано ранее.

Кальдера в Йеллоустонском парке охватывает части штатов Вайоминг, Айдахо и Монтана. Это большая впадина, образовавшаяся при извержении вулкана и опорожнении магматического очага под ним. Последнее приводит к обрушению почвы и горных пород в раскаленную бездну. Это отличает кальдеру (от исп. caldera — котел) от вулканического кратера, который образуется в результате взрыва и выброса лавы наружу.

Исторический каталог Йеллоустонской кальдеры в настоящее время содержит данные о 86 276 землетрясениях, произошедших с 2008 по 2022 год, что значительно уточняет прежнее понимание вулканических и сейсмических систем благодаря более качественному сбору данных и систематическому анализу.

Ключевым выводом исследования является то, что более половины землетрясений, зафиксированных в Йеллоустоуне, были частью «цепочек» или «роев» землетрясений — множества небольших взаимосвязанных толчков, которые распространяются и смещаются на относительно небольшой территории в течение короткого периода времени. Это не похоже на афтершоки, который представляют собой небольшие землетрясения, следующее за более сильным, главным толчком в том же районе.

Хотя Йеллоустоун и другие вулканы обладают уникальными особенностями, есть надежда, что эти знания могут быть применены в других местах. Понимая закономерности сейсмичности, такие как «вспышки землетрясений», сейсмологи могут улучшить меры безопасности, лучше информировать общественность о потенциальных рисках и даже направлять развитие геотермальной энергетики в районы с перспективными тепловыми потоками.

До внедрения машинного обучения землетрясения, как правило, обнаруживались с помощью ручного контроля обученными экспертами. Этот процесс требует времени, затрат и зачастую позволяет выявить меньше событий, чем это возможно сейчас с помощью машинного обучения. В последние годы алгоритмы искусственного интеллекта спровоцировали «золотую лихорадку» в области анализа данных. Сейсмологи пересматривают огромное количество исторических материалов о форме волн, хранящихся в центрах обработки данных по всему миру, и узнают больше о текущих и ранее неизвестных сейсмических регионах.

Исследование показывает, что землетрясения под Йеллоустонской кальдерой происходили вдоль относительно незрелых, более грубых структур разломов, по сравнению с более типичными зрелыми структурами разломов, наблюдаемыми в таких регионах, как Южная Калифорния.

Процессы при землетрясениях можно представить как геометрические узоры, обладающие взаимным подобием — они кажутся похожими в разных масштабах. Впервые визуализированные Бенуа Мандельбротом в 1980 году, фрактальные узоры можно увидеть в береговых линиях, снежинках, брокколи и даже в разветвлениях кровеносных сосудов. Основанные на фракталах модели, ориентированные на сопоставление шероховатости и регулярности, смогли охарактеризовать эти землетрясения, которые были вызваны сочетанием медленно движущихся подземных вод и внезапных выбросов магматических расплавов. Такое взрывное взаимодействие огня и воды называется фреатомагматическим.

Бинг Ли отмечает, что пока нет систематического понимания того, как одно землетрясение вызывает другое. Ученые могут только косвенно измерить расстояние и время между событиями. Но теперь есть гораздо более надежный каталог сейсмической активности в кальдере Йеллоустоун, и можно применять статистические методы, которые помогают количественно оценивать и находить новые магматические очаги, изучая их поведение и прогнозируя риски.