Предупредить об извержении. В Италии начали использовать дроны для мониторинга состояния вулканов

Алгоритм использует отраженные сигналы для создания карты, отображающей концентрацию газов, в том числе повышенный уровень углекислого газа. Соотношение углекислого газа и диоксида серы является важным индикатором предстоящих извержений, пишет Phys.org.

Чем активнее лава поднимается из недр Земли к поверхности, тем больше выделяется газов. Соединения углерода и серы служат хорошими индикаторами текущей активности в пределах вулканического поля. В частности, соотношение углекислого газа и диоксида серы позволяет судить о процессах, происходящих под поверхностью Земли. До сих пор такие измерения приходилось проводить непосредственно на поверхности. Недостаток этого метода заключается в том, что регистрируемые газы имеют не только вулканическое происхождение: они также выделяются окружающей растительностью и почвой.

Для минимизации этих фоновых сигналов сейчас используются дроны, летающие над газовыми облаками. «Это точнее и безопаснее», — говорит Ахим Лилиенталь, заместитель директора Института робототехники TUM MIRMI и заведующий кафедрой восприятия для интеллектуальных систем в Школе вычислений, информации и технологий TUM.

В рамках исследовательского проекта DFG «Измерительные технологии на летающих платформах» его исследовательская группа разработала систему, способную с высокой точностью определять концентрацию газа над активным вулканическим полем. Исследователь TUM Мариус Шааб впервые автономно развернул эту систему на острове Вулкано (Липарские острова) у побережья Сицилии.

Шааб установил лазер на небольшой тележке, которая автоматически определяет местоположение беспилотника в воздухе и наводится на отражатель, установленный на дроне. Отраженный луч немного ослабевает при прохождении через газовое облако, так как поглощается измеряемым газом — в данном случае углекислым газом.

Пока дрон летит по заранее определенному маршруту в течение 10–15 минут на расстоянии до 60 метров от лазера, система выполняет до 3000 измерений. Алгоритм преобразует данные в карту, отображающую распределение концентрации газа на заданной высоте. При этом исследователи также учитывают местные ветровые условия. Предварительные исследования в аэродинамической трубе показали, что этот метод отличается высокой точностью: погрешность измерений составляет около 5%.

«Наша цель — автоматизировать процессы измерений и картографирования, а также поручить искусственному интеллекту интерпретацию данных», — говорит Лилиенталь, который много лет исследовал обоняние роботов и сейчас впервые использует автономную систему обнаружения на базе дронов для мониторинга вулканических полей.

В отличие от команды TUM, Торстен Хоффманн из Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце использует бортовые датчики на своих дронах для измерения концентрации химических веществ в воздухе. В фотометрических измерительных ячейках для определения концентрации газа поглощается свет определенной длины волны. Электрохимический подход, в свою очередь, основан на окислительно-восстановительных реакциях на поверхности электрода.

«Углекислый газ и диоксид серы особенно важны для нас, поскольку их соотношение дает представление о том, что происходит под землей. Растворимость этих газов в магме зависит, в частности, от давления и поэтому меняется с глубиной. В результате состав выходящей газовой смеси позволяет судить о процессах внутри вулканической системы», — говорит химик.

«Мы летим непосредственно в вулканический шлейф, что позволяет нам определять концентрацию газа вдоль траектории полета».

Помимо геофизических и температурных измерений, важным показателем для оценки опасности, исходящей от вулкана, служат вулканические газы. Исследования, проведенные на горе Этна (Сицилия), соседних Эолийских островах и Флегрейских полях (близ Неаполя), показывают, что каждая вулканическая область обладает своим характерным газовым «почерком». Незадолго до извержения состав газов, выбрасываемых фумаролами и вулканическими шлейфами, часто претерпевает существенные изменения. Вулканолог Николь Бобровски из Гейдельбергского университета поясняет: «Например, соотношение углекислого газа и диоксида серы сначала резко возрастает, а затем, перед началом извержения, снова падает».

Ранее NV Техно писал, что новый инструмент искусственного интеллекта помог ученым обнаружить неизвестную геологическую структуру под вулканом Кампи-Флегрей в Италии — четкий кольцевой разлом, способный провоцировать землетрясения магнитудой до 5.

Кампи-Флегрей — один из самых опасных вулканов в мире. За последние 40 тысяч лет он пережил два гигантских извержения, а нынешняя активность наблюдается с 2005 года. С начала 2025 года в регионе произошло пять землетрясений магнитудой более 4. Около 360 тысяч человек живут непосредственно внутри кальдеры длиной 11 километров, а в прилегающем районе проживает более 1,5 миллиона человек. Чтобы лучше понять природу подземных процессов, команда под руководством профессора Стэнфордского университета Уильяма Элсворта разработала алгоритм машинного обучения, который распознает даже самые слабые колебания земной поверхности.