Gépi tanulás segíti a vulkánok azonosítását

Az alaszkai vulkánok jelentős robbanásokkal járó kitörésekre képesek, ami azt jelenti, a vulkáni hamu és törmelék a hegytől nagy távolságokba is eljuthat. Az Amerikai Geológiai Szolgálat Alaszkai Vulkán Obszervatóriumának kutatói vizsgálták meg a lehetőségeket, hogy miként lehet kideríteni egy-egy lerakódott rétegről, hogy mely vulkánból származnak.

Miért is fontos tudni ezt?

A vulkáni hamurétegek kora jól meghatározható, így mankóként szolgál többek közt a régészet vagy az őslénytan számára, és emellett a geológusoknak is rengeteg információt nyújt többek közt a vulkánok veszélyességéről is. Ha nem tudjuk, hogy egy hamuréteg mely vulkánból került ki, esélyünk sincs arra, hogy egy esetleges későbbi kitörést megfelelően előrejelezhessünk.

A vulkáni hamuban és törmelékben (az abban lévő üvegben) az egyes vulkánokra jellemző összetételben találhatóak meg a különféle elemek és a rendkívül kis mennyiségű nyomelemek, valamint azok izotópjai, amelyeket ma már elég pontosan meg tudunk mérni. A problémát csak az jelenti, hogy miként hozható összefüggésbe a különböző helyeken vett mintákban, furatokban található hamu egy-egy konkrét vulkánnal.

A kutatóknak ismert adatokból kellett kiindulniuk. Habár Alaszka és az Aleut-szigetív vulkánjai egymás után sorakoznak, számtalan különbség van a helyzetük szerint például a földkéreg vastagságában, vagy összetételében. Az egyes vulkánokban a felszínre igyekvő magma is eltérő összetételű (időben és térben is). A vulkánok részletes feltérképezésére az 1940-es évektől kezdődően került sor, sok esetben csak ekkor ismerték fel az egyes, korábbi hatalmas kitörések után maradt kalderákat. Bár ekkor fény derült a kalderákat létrehozni képes vulkánok kilétére, az nem volt ismert, hogy mely vulkánok voltak képesek jelentős területet megszórni törmelékkel, hamuval – jelen pillanatban 25-ről tudunk. Alaszka esetében rengeteg korábbi kitörés nyoma eltűnt a jégkorszakban (a jégtakaró bedarálta a kőzetrétegeket), így a legtöbb esetben csak a jégkor utáni, utóbbi 11 ezer évből vannak adataink. Ez pedig túl kevés ahhoz, hogy valós felmérés készülhessen a térség vulkáni veszélyeiről.

A problémára megoldás lehet az, ha az ismert eredetű vulkáni rétegek összetételét igen részletes elemzésekben összehasonlítják azokkal, amelyek eredete nem ismert. A feladatra ideális a gépi tanulás módszere, mivel igen sokrétű adathalmazról van szó, a kutatók is ezt választották, majd tesztelték is az eljárást. Az összehasonlításhoz több évtized alatt, az egyes vulkánokról helyben begyűjtött mintákat használták fel, az egyes vulkánokra jellemző összetétel-adatbázis több módszerrel is elvégzett elemzésből állt össze. Meghatározták az egyes minták főbb összetevőit (mint például a szilícium-dioxid tartalom), illetve a nyomelemek mennyiségét és egymáshoz viszonyított arányait is.

A teszteléshez óceáni üledékfuratokban talált, az elmúlt 800 ezer évből fennmaradt vulkáni törmelék adatait használták, és sikerült is nagyon valószínű kitörési forrásokat találni az egyes rétegekhez. Akkor ütköztek csak nehézségbe, ha egy adott vulkán a különböző kitöréseiben nagyon eltérő összetételű törmeléket szórt szét. Az is bizonyossá vált, hogy nagyon nagy segítséget jelent az azonosításban a nyomelemek bevonása.