Prever a próxima explosão de um vulcão é um negócio complicado, mas as lições que aprendemos com uma das erupções recentes do Havaí podem ajudar.

Kilauea, na Ilha Grande do Havaí, é provavelmente o vulcão mais bem conhecido da Terra. Isso graças ao monitoramento e à coleta de informações que remontam à formação do Observatório de Vulcões do Havaí em 1912.

O vulcão também está sujeito à rede de monitoramento geofísico mais avançada do mundo.

Dos céus, os satélites coletam dados que mostram a mudança na topografia do vulcão conforme o magma se move através do sistema de encanamento de magma interno. Os satélites também analisam a composição dos gases vulcânicos.

A partir do solo, vulcanologistas usam uma série de ferramentas químicas e físicas altamente sensíveis para entender melhor a estrutura desse sistema de encanamento de magma. Isso ajuda a estudar o movimento do magma dentro do vulcão.

Terremotos e vibrações

Um ponto crucial do monitoramento do vulcão é a sismicidade - com que frequência, onde e quando ocorrem terremotos. O movimento do magma dentro do vulcão desencadeia terremotos, e reunir os dados sobre sua localização (uma técnica conhecida como triangulação) rastreia o caminho do magma no subsolo.

Uma técnica mais recente, interferometria sísmica, usa vibrações de energia das ondas do oceano que atingem as costas distantes que então viajam através do vulcão.

Mudanças na velocidade dessas vibrações nos ajudam a mapear a pegada 3D do sistema de encanamento de magma do vulcão. Podemos então detectar quando, e em alguns casos como, o sistema de encanamento de magma está mudando.

Esse monitoramento fornece o "pulso" do vulcão durante os períodos de inatividade - uma linha de base a partir da qual é possível detectar mudanças durante a agitação vulcânica. Isso provou ser inestimável para aviso prévio, e a previsão de onde e quando, da erupção do Kīlauea em 3 de maio, 2018.

O "pulso" de Kīlauea inclui ciclos de inflação (protuberância) e deflação (contração) do vulcão conforme o magma se move para dentro e para fora da região de armazenamento no cume do vulcão.

As velocidades das vibrações que viajam pelo vulcão são previsíveis durante as observações dos ciclos de inflação / deflação. Quando o vulcão incha, as vibrações viajam mais rápido através do vulcão conforme a rocha e o magma são comprimidos. Quando o vulcão se contrai, essas velocidades diminuem.

Descrevemos essa relação entre os dois conjuntos de dados - abaulamento / contração e velocidade mais rápida / lenta das vibrações - como acoplados.

Alguma coisa mudou

Em comparação com nossa linha de base, vimos os dados acoplados mudarem 10 dias antes da erupção do Kilauea em 3 de maio. Isso disse aos cientistas que o sistema de encanamento de magma havia mudado de maneira significativa.

O vulcão estava inchado devido ao aumento da pressão dentro da câmara magmática, mas as ondas sísmicas estavam diminuindo drasticamente, em vez de acelerar.

Nossa interpretação desses dados foi que a câmara de magma do cume não foi capaz de sustentar a pressão de um suprimento crescente de magma - a protuberância era muito grande. O material rochoso começou a se quebrar em torno da câmara de magma do cume.

A quebra das rochas talvez tenha levado a mudanças no sistema magmático do cume, de modo que mais magma pudesse chegar mais facilmente ao local da erupção a cerca de 40 km de distância.

Bem como Kilauea, esses conjuntos de dados acoplados são coletados regularmente, investigado e interpretado em termos de transporte de magma em outros vulcões em todo o mundo. Os sites incluem Piton de la Fournaise na Ilha da Reunião, e o vulcão Etna, Itália.

Mas nossa modelagem foi a primeira a demonstrar que essas mudanças no relacionamento de dados acoplados poderiam ocorrer devido ao enfraquecimento do material dentro do vulcão antes de uma erupção.

O modelo de dano que aplicamos agora pode ser usado para outros vulcões em estado de agitação. Isso aumenta a necessidade dos vulcanólogos de prever quando e onde ocorrerá uma erupção iminente.

Muitos dados, nós precisamos de ajuda

Quando os vulcões estão em um estado de grande agitação, o volume de informações disponíveis a partir de dados digitais e observações terrestres é extremo. Os cientistas tendem a confiar primeiro no monitoramento observacional, e outros dados quando houver tempo e pessoas extras disponíveis.

Mas a quantidade total de dados recebidos (como de satélites) é impressionante, e os cientistas simplesmente não conseguem acompanhar. O aprendizado de máquina pode nos ajudar aqui.

A inteligência artificial é a nova criança no quarteirão para a previsão de erupções. Redes neurais e outros algoritmos podem usar grandes volumes de dados complexos e "aprender" a distinguir entre diferentes sinais.

Sistemas automatizados de alerta antecipado de uma erupção iminente usando matrizes de sensores existem para alguns vulcões hoje, por exemplo, no vulcão Etna, Itália. É provável que a inteligência artificial torne esses sistemas mais sofisticados no futuro.

A detecção precoce parece excelente para as autoridades encarregadas da segurança pública, mas muitos vulcanologistas estão desconfiados.

Se eles gerassem vários alarmes falsos, isso poderia reduzir a confiança nos cientistas, tanto para os administradores de crises vulcânicas quanto para o público.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.