Yellowstone to nie tylko gejzery, bizony i rodzinne selfie na tle gorących źródeł. Ten najstarszy park narodowy na świecie skrywa pod sobą coś znacznie potężniejszego: gigantyczny system wulkaniczny, który od dekad budzi respekt geologów.
Teraz, dzięki uczeniu maszynowemu, naukowcy odkryli, iż to, co do tej pory wiedzieliśmy o aktywności sejsmicznej w tym regionie, to zaledwie wierzchołek góry lodowej. Albo raczej, czubek ognistej fabryki trzęsień ziemi.
Przez lata sejsmolodzy mozolnie, manualnie wyłapywali każde drgnięcie skorupy ziemskiej. To trochę jak szukanie igły w stogu siana, tylko iż tym przypadku stóg siana to 15 lat danych sejsmicznych. Nic dziwnego, iż wiele zjawisk umykało ich uwadze.
Na szczęście, w XXI wieku mamy potężne narzędzie, sztuczną inteligencję. I to właśnie ona, niczym supernowoczesny rentgen, prześwietliła dane z Yellowstone, całkowicie zmieniając nasze postrzeganie tego, co dzieje się pod parkiem. Przez 15 lat, między 2008 a 2022 r., sejsmografy rejestrowały dane z kaldery Yellowstone, a teraz uczeni przepuścili te dane przez algorytmy uczenia maszynowego.
Efekt zaskoczył wszystkich. Wcześniej naukowcy zauważyli w tym obszarze, we wspomnianym czasie kilka tysięcy trzęsień Ziemi. Teraz okazało się, iż w tym czasie było ich 86 tys., czyli dziesięć razy więcej. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Science Advances.
Kaldera – czyli co adekwatnie drzemie pod Yellowstone
Przypomnijmy, iż kaldera to nie jest zwykły krater wulkaniczny. To ogromne zagłębienie w skorupie ziemskiej powstałe po gigantycznej erupcji, gdy komora magmowa opróżnia się, a ziemia zapada się w pustkę. Różni się to od krateru wulkanicznego, który powstaje w wyniku erupcji.
Kaldera Yellowstone rozciąga się na pograniczu stanów Wyoming, Idaho i Montana i powstała po serii spektakularnych wybuchów. Ostatni miał miejsce około 640 tys. lat temu.
I choć współcześnie nie widać tu lawy ani erupcji, to pod ziemią wrze. Dosłownie. System hydrotermalny parku i występująca tam aktywność sejsmiczna to tylko zewnętrzne objawy tego, co dzieje się głęboko pod powierzchnią.
Więcej na Spider’s Web:
Rój trzęsień ziemi
Jednym z najciekawszych odkryć badania jest to, iż ponad połowa z tych 86 tys. trzęsień ziemi miała charakter tzw. rojów sejsmicznych. To zupełnie coś innego niż klasyczne trzęsienia z serią wstrząsów wtórnych.
Rój to seria wielu małych, następujących po sobie trzęsień, które migrują przestrzennie w krótkim czasie. I choć każde z nich z osobna nie robi wielkiego wrażenia, razem potrafią powiedzieć bardzo dużo o tym, co się dzieje pod powierzchnią ziemi.
Co jeszcze ciekawsze, te roje występowały głównie wzdłuż młodych i nieregularnych uskoków tektonicznych, a nie typowych, „dojrzałych” struktur znanych np. z Kalifornii.
Naukowcy wykorzystali do ich analizy modele fraktalne, czyli matematyczne struktury powtarzające się w różnych skalach. Takie same, jakie można zobaczyć w kształcie płatków śniegu czy brokułów. Brzmi jak sztuka, ale pomaga zrozumieć chaotyczną geometrię ziemskich pęknięć.
Gejzer Steamboat w Parku Narodowym Yellowstone jest najwyższym aktywnym gejzerem na świecie. Fot. Bing LiWoda, magma i niespokojna ziemia
Co może wywoływać taką aktywność? Według zespołu profesora Binga Li, z Western University, wszystko wskazuje na kombinację powolnego przesączania się gorącej wody z nagłymi wybuchami ciśnienia w podziemnych strukturach.
To jak gotujący się czajnik pod wysokim ciśnieniem, nie widzimy bąbli, ale wystarczy jedno przegrzanie i buch! Ruch, energia, mikrowstrząsy.
Te dane pozwalają nie tylko lepiej zrozumieć Yellowstone, ale mogą też znaleźć zastosowanie w badaniach nad innymi aktywnymi systemami wulkanicznymi. A nawet, co może być dla niektórych zaskoczeniem, w rozwoju geotermii, czyli odnawialnej energii pozyskiwanej z wnętrza Ziemi. Wiedząc, gdzie ziemia drży zbyt mocno, możemy unikać wiercenia w niebezpiecznych miejscach.
AI w służbie geologii
Przed erą sztucznej inteligencji analiza sejsmogramów wyglądała raczej jak maraton cierpliwości, człowiek za monitorem przeglądał dane, klikając, analizując, szukając wzorców. Teraz maszyna robi to szybciej, dokładniej i na niespotykaną wcześniej skalę. Można powiedzieć, iż uczenie maszynowe rozpętało sejsmiczną rewolucję.
Jak podkreśla sam prof. Li: Gdybyśmy musieli to robić metodą tradycyjną, z kimś manualnie przeszukującym wszystkie te dane w poszukiwaniu trzęsień ziemi, nie dałoby się tego zrobić.
Yellowstone spokojny? To złudzenie
Czy to znaczy, iż Yellowstone lada moment wybuchnie i pochłonie pół kontynentu? Niekoniecznie. Ale nowa baza danych to gigantyczny krok w kierunku lepszego zrozumienia zachowania superwulkanu.
Dzięki tysiącom nowych danych naukowcy mogą teraz o wiele precyzyjniej analizować wzorce wstrząsów, badać, jak i dlaczego pojawiają się roje trzęsień, i budować modele ryzyka, które mogą uratować życie ludziom – nie tylko w USA.
Choć Yellowstone nie mówi ludzkim głosem, teraz, dzięki sztucznej inteligencji, uczymy się słuchać jego pulsującego, drżącego wnętrza. A ono ma nam wiele do powiedzenia.
Główna ilustracja: Gorące źródło Grand Prismatic w Parku Narodowym Yellowstone czerpie wodę z komory magmowej znajdującej się pod nim. Jasne kolory powstają dzięki bakteriom hydrofilowym w bogatej w minerały wodzie. Fot. Bing Li
