Neue Studie

Künstliche Intelligenz hilft bei Vorhersage von Vulkanausbrüchen

Über die vergangenen Jahrzehnte haben Forschende verschiedenste Methoden entwickelt, um Vulkanausbrüche vorherzusagen. Gemessen werden kann etwa die Erdbebenaktivität, Bodenverformungen, Gasausstöße oder auch Temperatur- und Wärmestrahlungen. Obwohl also verschiedenste Vorzeichen erkannt werden können, bleibt der genaue Zeitpunkt sowie die Schwere eines Ausbruchs meist ungewiss. 

Digitaler Blick ins Innere des Vulkans

Genau hier setzten Forschende der Universität Genf (UNIGE) in Zusammenarbeit mit dem Nationalen Institut für Geophysik und Vulkanologie (INGV) mit ihrem Projekt an. Dabei haben sie ein 3D-Modell vom Inneren des Vulkans "Vulcano" auf der gleichnamigen Insel vor der Nordküste Siziliens erstellt. Dafür wurden verschiedene seismische Daten herangezogen, die zuvor gesammelt und mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) ausgewertet wurden.

"Bislang hat sich die Vulkanseismologie vor allem auf Erdbebensignale unter Vulkanen konzentriert. Groß angelegte Forschungsarbeiten haben dazu beigetragen, ihre inneren Strukturen zu skizzieren, aber nur sehr wenige haben detailliert untersucht, was tief in der Erde geschieht", erklärt UNIGE-Geowissenschaftler Douglas Stumpp, der ebendies mit seinem Team gemacht hat.

200 Seismometer installiert

Der untersuchte Vulkan bereitet Forschenden schon seit einigen Jahren Unbehagen: Bereits Ende 2021 begann er zu rumoren, wobei Erschütterungen auf die Bewegung von Magma und Gas innerhalb des Vulkansystems hindeuteten. Dementsprechend installierte das UNIGE-Team gemeinsam mit dem INGV rund 200 tragbare seismische Sensoren auf der Insel, die einen Monat lang Bodenvibrationen aufzeichneten. Weil sich sekundäre seismische Wellen langsamer ausbreiten, wenn sie in Flüssigkeiten statt Felsen wandern, lässt sich dadurch die Position von Magma feststellen. 

Künstliche Intelligenz zur Datenauswertung herangezogen

Was bei derartigen Messungen herauskommt, sind Unmengen an Daten, die erst einmal analysiert werden müssen. Eben hier kam im aktuellen Forschungsprojekt Künstliche Intelligenz zum Einsatz. "Zur Verarbeitung dieser ungeheuren Datenflut haben wir neuronale Netze verwendet – eine Technologie, die es uns ermöglicht, Vulkane zu durchleuchten, wie Menschen mit einem Magnetresonanztomographen. Diese Arbeit fand im Rahmen des gemeinsamen Masterprogramms der Universitäten Genf und Lausanne statt", erläutert Stumpp. Die benötigte Rechenarbeit leistete der UNIGE-Supercomputer Yggdrasil.

Bedeutender Fortschritt in der Vulkanforschung

Durch die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich zwar nach wie vor keine genauen Vorhersagen von Eruptionen treffen, allerdings würden sie einen entscheidenden Beitrag auf dem Weg dorthin leisten. "Wenn wir seismische Daten aus der Umgebung eines Vulkans mithilfe neuronaler Netze in Echtzeit verarbeiten, können wir das Verhalten jedes Bereichs des Vulkansystems während seiner Entwicklung analysieren und dynamische, anpassungsfähige Evakuierungspläne für den Ernstfall entwerfen", meint der Geowissenschaftler abschließend.

www.unige.ch

www.ingv.it