Искусственный интеллект выявил сложную сейсмическую активность в Йеллоустоуне

Йеллоустоун, первый национальный парк в США и одно из самых популярных туристических направлений, скрывает под своей поверхностью одну из наиболее сейсмически активных вулканических сетей на планете. Новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, позволило заглянуть в эти глубины с беспрецедентной детализацией.

Команда ученых под руководством профессора Бин Ли из Западного университета (Канада) применила методы машинного обучения для повторного анализа сейсмических данных, собранных в районе Йеллоустоунской кальдеры за 15-летний период. Искусственный интеллект сумел обнаружить и классифицировать почти в десять раз больше землетрясений, чем было зафиксировано ранее. В результате исторический каталог сейсмических событий с 2008 по 2022 год пополнился до 86 276 записей, что кардинально меняет представление о вулканических процессах в регионе.

Ключевым открытием стало то, что более половины этих землетрясений являются частью так называемых «роев» – групп небольших, взаимосвязанных толчков, которые мигрируют в ограниченной области за короткий промежуток времени. Это явление отличается от привычной схемы, когда за одним сильным землетрясением следует серия более слабых афтершоков. Рои указывают на сложную динамику в земной коре, происходящую под кальдерой – гигантской впадиной, образовавшейся в результате обрушения земли после извержения вулкана.

Исследование также показало, что рои землетрясений возникают вдоль относительно «незрелых» и шероховатых разломов. Для оценки этой шероховатости ученые использовали фрактальный анализ – метод, описывающий сложные геометрические структуры, которые повторяют сами себя в разных масштабах, подобно снежинкам или береговым линиям. Предполагается, что такая активность вызвана взаимодействием медленно движущихся подземных вод и внезапных выбросов флюидов под высоким давлением.

Применение машинного обучения знаменует собой новую эру в сейсмологии. Ранее обнаружение землетрясений требовало ручного анализа данных экспертами – процесса трудоемкого, дорогостоящего и не всегда точного. «Если бы нам пришлось просматривать все эти данные вручную, выискивая землетрясения, мы бы просто не справились. Это не масштабируемо», – отмечает профессор Ли. Искусственный интеллект открыл возможность для настоящей «золотой лихорадки» по добыче данных, позволяя пересматривать мировые архивы и получать новые знания о сейсмических регионах.

Полученные выводы имеют важное практическое значение. «Хотя Йеллоустоун и другие вулканы уникальны, мы надеемся, что эти идеи можно будет применить и в других местах», – говорит Ли. Понимание закономерностей роевой сейсмичности поможет усовершенствовать меры безопасности, лучше информировать общественность о потенциальных рисках и даже определять безопасные зоны для развития геотермальной энергетики. Теперь у ученых есть гораздо более полный каталог для статистического анализа, который позволит количественно оценивать и изучать эти сложные природные явления.