UNAM получает трехмерную рентгеновскую фотографию вулкана Попокатепетль с помощью искусственного интеллекта

Ученые Национального автономного университета Мексики (UNAM) создали первую трехмерную модель вулкана Попокатепетль с целью понять его внутреннюю структуру, ответить на вопросы о существовании магматических камер и оптимизировать работу по мониторингу и предотвращению бедствий, как сообщается в недавней публикации Gaceta UNAM, выходящем два раза в неделю издании университета. Проект «Структура сейсмических скоростей вулкана Попокатепетль, Мексика, на основе диффузионных полей», опубликованный в журнале ScienceDirect, утверждает, что модель позволит лучше предсказывать будущие извержения. «Мы буквально создаем трехмерную рентгеновскую фотографию его внутренней части. Это дает нам преимущество, потому что мы можем вращать Попо и наблюдать, как распространяются сейсмические волны внутри него», — объясняет Марко Кало, ведущий исследователь проекта Института геофизики. Одной из инноваций, представленных в макете, который основан на использовании искусственного интеллекта (ИИ), является возможность построения 4-мерных томограмм, трехмерных моделей, которые меняются в режиме реального времени. С 1994 года, когда Попокатепетль впервые за более чем 70 лет извергся, было проведено несколько геофизических исследований, чтобы понять историю извержений, активность и вулканические опасности дона Гойо. Однако предыдущие модели, основанные на вулкано-тектонической сейсмичности, не достаточны для описания закономерностей в большой области или диапазоне глубин из-за пространственного распределения сейсмичности и используемых станций, как говорится в отчете: «В этой работе предлагается первая трехмерная модель скорости вулкана Попокатепетль, описывающая все его строение», — отмечается в исследовании. Руководители проекта используют 18 сейсмических станций, развернутых на вулкане. Восемь из них были установлены ими, остальные принадлежат Национальному центру по предотвращению бедствий. Эти устройства регистрируют не менее 100 измерений в секунду каждый день, и данные, представляющие собой огромный объем информации, автоматически обрабатываются с помощью ИИ. «Раньше все анализировалось вручную. Сегодня, с помощью ИИ, мы можем обработать данные за год со всех станций за три часа», — поясняет Карина Бернал, студентка аспирантуры по наукам о Земле в UNAM, которая также участвует в проекте. Бернал уверяет, что человеческий фактор является ключевым в исследовании, несмотря на поддержку ИИ в ускорении процессов. «Именно специалисты обучают модель, проверяют результаты и интерпретируют наблюдения», — говорит она. Работа 18 станций позволила обнаружить взаимосвязанные внутренние структуры, такие как возможные области накопления магмы или восходящие каналы, а также аномалии, которые идентифицируются по сейсмическим волнам, распространяющимся через подземные слои: быстрее в твердых породах и медленнее в зонах с магмой или мягким материалом. Исследование предполагает наличие магматической системы в форме гриба в двух регионах с высоким Vs (скорость сдвиговой волны, быстрое изменение скорости или направления ветра на коротком расстоянии) между нулем и пятью километрами над уровнем моря и четырьмя и семью километрами ниже уровня моря, соединенных узким трубообразным каналом. Согласно исследованию, область высокого Vs на небольшой глубине напрямую связана со старыми и молодыми вулканическими структурами в результате смешивания магматических материалов и интенсивного процесса дегазации, который увеличивает вязкость магмы и содержание кристаллов. Более глубокая область высокого Vs интерпретируется как магматический материал, застрявший под литостатическим давлением, то есть давлением, оказываемым весом вышележащих пород и отложений на глубокую скальную формацию. Кроме того, представленная модель показывает признаки погребенных палеовулканических структур и остатки древних обрушений вулкана. Команда Института геологии отправляется в Амекамеку, штат Мехико, в 4:00. Оттуда маршрут продолжается к национальному парку Истакциуатль-Попокатепетль, расположенному между штатами Пуэбла, Морелос и Мехико. Расстояние между отправной точкой в Мехико и пунктом прибытия составляет около 90 километров; последние 20 километров проходят пешком на высоте более 4200 метров. «Экспедиции проходят в экстремальных условиях. Для этого требуются технические знания, физическая подготовка и сложная логистика, чтобы спланировать мероприятия в высокогорье, поскольку идея состоит в том, чтобы работать с минимальным риском», — отмечает Кало в публикации в Gaceta.