Mais da metade dos vulcões ativos do mundo não são monitorados instrumentalmente. Portanto, mesmo erupções muito graves ocorrem sem aviso para as populações próximas do desastre que se aproxima. Como um primeiro passo em direção a um sistema de alerta precoce de vulcão, um projeto de pesquisa liderado por Sébastien Valade da Universidade Técnica de Berlim (TU Berlin) e o Centro Alemão de Pesquisa de Geociências GFZ em Potsdam levou a uma nova plataforma de monitoramento de vulcão que analisa imagens de satélite usando inteligência artificial (IA). Por meio de testes com dados de eventos recentes, Valade e seus colegas demonstraram que sua plataforma, O Monitoring Unrest from Space (MOUNTS) pode integrar vários conjuntos de diversos tipos de dados para um monitoramento abrangente dos vulcões. Os resultados da equipe foram publicados na revista Sensoriamento remoto .

Dos 1.500 vulcões ativos em todo o mundo, até 85 surgem a cada ano. Devido ao custo e à dificuldade de manutenção da instrumentação em ambientes vulcânicos, menos da metade dos vulcões ativos são monitorados com sensores terrestres, e menos ainda são considerados bem monitorados. Vulcões considerados dormentes ou extintos geralmente não são monitorados instrumentalmente, mas pode experimentar erupções grandes e inesperadas, como foi o caso do vulcão Chaitén no Chile em 2008, que entrou em erupção após 8.000 anos de inatividade.

Erupções frequentemente precedidas por sinais precursores

Os satélites podem fornecer dados cruciais quando o monitoramento baseado em terra é limitado ou totalmente inexistente. Observações contínuas de longo prazo do espaço são essenciais para reconhecer melhor os sinais de agitação vulcânica. As erupções são frequentemente, Mas não sempre, precedido por sinais precursores que podem durar de algumas horas a alguns anos. Esses sinais podem incluir mudanças no comportamento sísmico, deformação do solo, Emissão de gases, aumento de temperatura ou vários dos anteriores.

"Além da sismicidade, tudo isso pode ser monitorado do espaço, explorando vários comprimentos de onda em todo o espectro eletromagnético, "diz Sébastien Valade, líder do projeto MOUNT. É financiado por GEO.X, uma rede de pesquisa para geociências em Berlim e Potsdam fundada em 2010, e conduzido na TU Berlin e GFZ. "Com o sistema de monitoramento MOUNTS, exploramos vários sensores de satélite para detectar e quantificar as mudanças em torno dos vulcões, "Ele acrescenta." E também integramos dados sísmicos da rede mundial GEOFON da GFZ e do Serviço Geológico dos Estados Unidos USGS. "

Parte do projeto era testar se os algoritmos de IA poderiam ser integrados com sucesso no procedimento de análise de dados. Esses algoritmos foram desenvolvidos principalmente por Andreas Ley da TU Berlin. Ele aplicou as chamadas redes neurais artificiais para detectar automaticamente grandes eventos de deformação. Os pesquisadores os treinaram com imagens geradas por computador que imitam imagens reais de satélite. Deste vasto número de exemplos sintéticos, o software aprendeu a detectar grandes eventos de deformação em dados de satélite reais que antes não eram conhecidos por ele. Este campo da ciência de dados é chamado de aprendizado de máquina.

"Para nós, este foi um balão de teste importante para ver como podemos integrar o aprendizado de máquina ao sistema, "diz Andreas Ley." Agora, nosso detector de deformação resolve apenas uma única tarefa. Mas nossa visão é integrar várias ferramentas de IA para tarefas diferentes. Uma vez que essas ferramentas geralmente se beneficiam de serem treinadas em grandes quantidades de dados, queremos que eles aprendam continuamente com todos os dados que o sistema coleta em uma escala global. "

MOUNTS monitora 17 vulcões em todo o mundo

Os principais desafios que ele e seus coautores tiveram de enfrentar foram lidar com grandes quantidades de dados e problemas de engenharia de software. "Mas esses problemas podem ser resolvidos, "diz Sébastien Valade." Estou profundamente convencido de que em um futuro não muito distante, sistemas de monitoramento automatizados usando IA e dados de diferentes fontes, como sensoriamento remoto por satélite e sensores baseados no solo, ajudarão a alertar as pessoas de maneira mais oportuna e robusta. "

Já, a análise fornecida pela plataforma de monitoramento MOUNTS permite uma compreensão abrangente de vários processos em diferentes configurações climáticas e vulcânicas em todo o mundo, incluindo a propagação de magma abaixo da superfície, a colocação de material vulcânico durante a erupção, bem como as mudanças morfológicas das áreas afetadas, e a emissão de gases para a atmosfera. Os pesquisadores testaram com sucesso o MOUNTS em uma série de eventos recentes, como a erupção de Krakatau na Indonésia em 2018 ou erupções no Havaí e na Guatemala, para nomear alguns.

O sistema monitora atualmente 17 vulcões em todo o mundo, incluindo o Popocatépetl no México e o Etna na Itália. O site da plataforma é de acesso gratuito, e - graças à cobertura global e acesso gratuito aos dados subjacentes - pode facilmente incorporar novos dados.