Prevedere la prossima esplosione di un vulcano è un affare complicato, ma le lezioni che abbiamo imparato da una delle recenti eruzioni delle Hawaii possono aiutare.

Kīlauea, sulla Grande Isola delle Hawaii, è probabilmente il vulcano meglio compreso sulla Terra. Questo grazie al monitoraggio e alla raccolta di informazioni che risalgono alla formazione dell'Osservatorio del vulcano hawaiano nel 1912.

Il vulcano è anche soggetto alla rete di monitoraggio geofisico tecnologicamente più avanzata al mondo.

Dai cieli, i satelliti raccolgono dati che mostrano la topografia mutevole del vulcano mentre il magma si muove attraverso il sistema idraulico del magma interno. I satelliti esaminano anche la composizione dei gas vulcanici.

Dalla terra, i vulcanologi utilizzano una serie di strumenti chimici e fisici altamente sensibili per comprendere ulteriormente la struttura di quel sistema idraulico di magma. Questo aiuta a studiare il movimento del magma all'interno del vulcano.

Terremoti e vibrazioni

Un fulcro del monitoraggio dei vulcani è la sismicità:quanto spesso, dove e quando si verificano i terremoti. Il movimento del magma all'interno del vulcano innesca terremoti, e mettendo insieme i dati sulla loro posizione (una tecnica nota come triangolazione) traccia il percorso del magma sotterraneo.

Una tecnica più recente, interferometria sismica, utilizza le vibrazioni dell'energia delle onde oceaniche che colpiscono le coste lontane che poi viaggiano attraverso il vulcano.

I cambiamenti nella velocità di queste vibrazioni ci aiutano a mappare l'impronta tridimensionale del sistema idraulico del magma del vulcano. Possiamo quindi rilevare quando, e in alcuni casi come, il sistema idraulico del magma sta cambiando.

Questo monitoraggio fornisce l'"impulso" del vulcano durante i periodi di inattività, una linea di base da cui rilevare il cambiamento durante i disordini vulcanici. Questo si è rivelato prezioso per l'allerta precoce, e la previsione di dove e quando, dell'eruzione di Kīlauea il 3 maggio, 2018.

L'"impulso" di Kīlauea include cicli di inflazione del vulcano (rigonfiamento) e deflazione (contrazione) mentre il magma si sposta dentro e fuori dalla regione di stoccaggio alla sommità del vulcano.

Le velocità delle vibrazioni che viaggiano attraverso il vulcano sono prevedibili durante le osservazioni dei cicli di inflazione/sgonfiaggio. Quando il vulcano si gonfia, le vibrazioni viaggiano più velocemente attraverso il vulcano mentre la roccia e il magma vengono compressi. Quando il vulcano si contrae, queste velocità diminuiscono.

Descriviamo questa relazione tra i due insiemi di dati—il rigonfiamento/contrazione e la velocità più veloce/lenta delle vibrazioni—come accoppiati.

Qualcosa è cambiato

Rispetto alla nostra linea di base, abbiamo visto lo spostamento dei dati accoppiati 10 giorni prima dell'eruzione di Kīlauea il 3 maggio. Ciò ha detto agli scienziati che il sistema idraulico del magma era cambiato in modo significativo.

Il vulcano si stava gonfiando a causa dell'accumulo di pressione all'interno della camera magmatica, ma le onde sismiche stavano rallentando abbastanza drammaticamente, invece di accelerare.

La nostra interpretazione di questi dati è stata che la camera magmatica sommitale non era in grado di sostenere la pressione di una crescente riserva di magma:il rigonfiamento era troppo grande. Il materiale roccioso ha iniziato a rompersi intorno alla camera magmatica sommitale.

La rottura delle rocce ha forse poi portato a modifiche del sistema magmatico sommitale in modo che più magma potesse arrivare più facilmente al sito dell'eruzione a circa 40 km di distanza.

Così come Kīlauea, tali set di dati accoppiati sono raccolti regolarmente, studiato e interpretato in termini di trasporto del magma in altri vulcani a livello globale. I siti includono Piton de la Fournaise sull'isola di Reunion, e vulcano Etna, Italia.

Ma la nostra modellazione è stata la prima a dimostrare che questi cambiamenti nella relazione dei dati accoppiati potrebbero verificarsi a causa dell'indebolimento del materiale all'interno del vulcano prima di un'eruzione.

Il modello di danno che abbiamo applicato ora può essere utilizzato per altri vulcani in stato di agitazione. Ciò si aggiunge alla cassetta degli attrezzi di cui i vulcanologi hanno bisogno per prevedere quando e dove di un'eruzione imminente.

tanti dati, abbiamo bisogno di aiuto

Quando i vulcani sono in uno stato di maggiore agitazione, il volume di informazioni disponibili dai dati digitali e dalle osservazioni del suolo è estremo. Gli scienziati tendono a fare affidamento prima sul monitoraggio osservativo, e altri dati quando sono disponibili tempo e persone extra.

Ma la quantità totale di dati in arrivo (ad esempio dai satelliti) è schiacciante, e gli scienziati semplicemente non riescono a tenere il passo. L'apprendimento automatico potrebbe essere in grado di aiutarci qui.

L'intelligenza artificiale è il nuovo arrivato sul blocco per la previsione delle eruzioni. Le reti neurali e altri algoritmi possono utilizzare volumi elevati di dati complessi e "imparare" a distinguere tra segnali diversi.

Oggi per alcuni vulcani esistono sistemi automatici di allerta precoce di un'imminente eruzione che utilizzano array di sensori, per esempio al vulcano Etna, Italia. È probabile che l'intelligenza artificiale renderà questi sistemi più sofisticati in futuro.

La diagnosi precoce suona meravigliosa per le autorità incaricate della sicurezza pubblica, ma molti vulcanologi sono cauti.

Se portano a più falsi allarmi, ciò potrebbe ridurre la fiducia negli scienziati sia per i gestori delle crisi vulcaniche che per il pubblico.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.