Más de la mitad de los volcanes activos del mundo no se monitorean instrumentalmente. Por eso, incluso ocurren erupciones muy graves sin que se advierta a las poblaciones cercanas del desastre que se avecina. Como primer y temprano paso hacia un sistema de alerta temprana de volcanes, un proyecto de investigación dirigido por Sébastien Valade de la Universidad Técnica de Berlín (TU Berlín) y el Centro Alemán de Investigación de Geociencias GFZ en Potsdam condujo a una nueva plataforma de monitoreo de volcanes que analiza imágenes de satélite utilizando inteligencia artificial (IA). A través de pruebas con datos de eventos recientes, Valade y sus colegas demostraron que su plataforma, Monitoreo de disturbios desde el espacio (MOUNTS) puede integrar múltiples conjuntos de diversos tipos de datos para un monitoreo integral de volcanes. Los resultados del equipo se publicaron en la revista Sensores remotos .

De los 1500 volcanes activos en todo el mundo, hasta 85 entran en erupción cada año. Debido al costo y la dificultad de mantener la instrumentación en ambientes volcánicos, menos de la mitad de los volcanes activos se monitorean con sensores terrestres, y aún menos se consideran bien controlados. Los volcanes considerados inactivos o extintos comúnmente no se monitorean instrumentalmente en absoluto, pero puede experimentar erupciones grandes e inesperadas, como fue el caso del volcán Chaitén en Chile en 2008, que estalló después de 8000 años de inactividad.

Erupciones a menudo precedidas por señales precursoras.

Los satélites pueden proporcionar datos cruciales cuando el monitoreo desde tierra es limitado o inexistente. Las observaciones continuas a largo plazo desde el espacio son clave para reconocer mejor los signos de disturbios volcánicos. Las erupciones son a menudo, pero no siempre, precedido por señales precursoras que pueden durar desde unas pocas horas hasta algunos años. Estas señales pueden incluir cambios en el comportamiento sísmico, deformación del suelo, emisiones de gas, aumento de temperatura o varios de los anteriores.

"Aparte de la sismicidad, todos estos pueden ser monitoreados desde el espacio explotando varias longitudes de onda en todo el espectro electromagnético, "dice Sébastien Valade, líder del proyecto MOUNT. Está financiado por GEO.X, una red de investigación para geociencias en Berlín y Potsdam fundada en 2010, y realizado en TU Berlin y GFZ. "Con el sistema de monitorización MOUNTS, explotamos múltiples sensores satelitales para detectar y cuantificar los cambios alrededor de los volcanes, ", agrega." Y también integramos datos sísmicos de la red mundial GEOFON de GFZ y del Servicio Geológico de Estados Unidos USGS ".

Parte del proyecto consistía en probar si los algoritmos de IA se podían integrar con éxito en el procedimiento de análisis de datos. Estos algoritmos fueron desarrollados principalmente por Andreas Ley de TU Berlin. Aplicó las llamadas redes neuronales artificiales para detectar automáticamente grandes eventos de deformación. Los investigadores los entrenaron con imágenes generadas por computadora que imitan imágenes de satélite reales. De esta gran cantidad de ejemplos sintéticos, el software aprendió a detectar grandes eventos de deformación en datos satelitales reales que antes no conocía. Este campo de la ciencia de datos se llama aprendizaje automático.

"Para nosotros, este fue un globo de prueba importante para ver cómo podemos integrar el aprendizaje automático en el sistema, "dice Andreas Ley." Ahora mismo, nuestro detector de deformaciones solo resuelve una sola tarea. Pero nuestra visión es integrar varias herramientas de IA para diferentes tareas. Dado que estas herramientas suelen beneficiarse de la formación en grandes cantidades de datos, queremos que aprendan continuamente de todos los datos que el sistema recopila a escala global ".

MOUNTS monitorea 17 volcanes en todo el mundo

Los principales desafíos a los que se enfrentaron él y sus coautores fueron el manejo de grandes cantidades de datos y problemas de ingeniería de software. "Pero estos problemas se pueden resolver, "dice Sébastien Valade." Estoy profundamente convencido de que en un futuro no muy lejano, Los sistemas de monitoreo automatizados que utilizan inteligencia artificial y datos de diferentes fuentes, como la detección remota por satélite y los sensores terrestres, ayudarán a advertir a las personas de una manera más oportuna y sólida ".

Ya, el análisis proporcionado por la plataforma de monitoreo MOUNTS permite una comprensión integral de varios procesos en diferentes entornos climáticos y volcánicos en todo el mundo, incluida la propagación del magma debajo de la superficie, el emplazamiento de material volcánico durante la erupción, así como los cambios morfológicos de las áreas afectadas, y la emisión de gases a la atmósfera. Los investigadores probaron con éxito MOUNTS en una serie de eventos recientes como la erupción del Krakatau en Indonesia en 2018 o erupciones en Hawai y Guatemala. para nombrar unos pocos.

Actualmente, el sistema monitorea 17 volcanes en todo el mundo, incluido el Popocatépetl en México y el Etna en Italia. El sitio web de la plataforma es de libre acceso, y, gracias a la cobertura global y el acceso gratuito a los datos subyacentes, puede incorporar fácilmente nuevos datos.