New Zealands White Island vil sandsynligvis bryde ud igen, men et nyt alarmsystem kan give timevis af advarsler og redde liv

Turister, der besøgte Whakaari/White Island den 9. december sidste år, havde ingen advarsel om dens forestående voldelige udbrud. Eksplosionen af ​​sur damp og gasser dræbte 21 mennesker, og de fleste overlevende led kritiske skader og alvorlige forbrændinger.

Tragedien fik os til at udvikle et system til tidlig varsling. Vores forskning viser mønstre af seismisk aktivitet før et udbrud, der muliggør advarsel på forhånd. Havde vores system været på plads, det ville have hævet alarmen 16 timer før vulkanens dødelige udbrud.

Vi blev også motiveret af, at flere andre New Zealand -vulkaner udgør lignende trusler. Eksplosioner og overspændinger på det populære besøgsmål Waimangu geotermiske område dræbte tre mennesker i 1903, et udbrud på Raoul Island i 2006 dræbte en person, ballistik ved Mt Ruapehu i 2007 forårsagede alvorlige skader, og turister undslap snævert to udbrud på en populær dagstur i Tongariro nationalpark i 2012.

Vores automatiske advarselssystem giver oplysninger om realtid i fare og et langt større sikkerhedsniveau for at beskytte turister og hjælpe operatører med at bestemme, hvornår det er sikkert at besøge vulkaner.

En historie med udbrud

New Zealand har et netværk af overvågningsinstrumenter, der måler selv de mindste jordbevægelser kontinuerligt. Dette GeoNet-netværk leverer højhastighedsdata fra vulkaner, herunder Whakaari, men det bruges i øjeblikket ikke som et advarselssystem i realtid for vulkanudbrud.

Selvom den er i overensstemmelse med international bedste praksis, GeoNets nuværende Volcano Alert Level (VAL) system opdateres for langsomt, fordi den hovedsagelig er baseret på ekspertvurderinger og konsensus. Den vurderer heller ikke sandsynligheden for et fremtidigt udbrud - i stedet det giver et bagudblik over vulkanens tilstand. Alle tidligere udbrud i Whakaari fandt sted på alarmniveau 1 eller 2 (uro), og niveauet blev derefter hævet først efter begivenheden.

Vores undersøgelse bruger maskinlæringsalgoritmer og det seneste årti med kontinuerlige overvågningsdata. I løbet af denne tid var der fem registrerede udbrud ved Whakaari, mange ligner arrangementet i 2019. Siden 1826 har der har været mere end 30 udbrud ved Whakaari. Ikke alle var så voldelige som 2019, men fordi der er varmt vand og damp fanget i et hydrotermisk område over et lavt lag magma, vi kan forvente ødelæggende eksplosioner hvert tredje år.

Sidste års udbrud gik forud for 17 timers seismisk advarsel. Dette begyndte med et stærkt fire timers udbrud af seismisk aktivitet, som vi synes var frisk magmatisk væske, der stiger op for at tilføre tryk til den gas og vand, der er fanget i klippen ovenfor.

Dette førte til, at det i sidste ende sprængte, som et trykkoger låg, der sprænges af. Et lignende signal blev registreret 30 timer før et udbrud i august 2013, og det var til stede (selvom det var mindre indlysende) i to andre udbrud i 2012.

Opbygning af et varslingssystem

Vi brugte sofistikerede maskinlæringsalgoritmer til at analysere de seismiske data for uopdagede mønstre i forløbet til udbrud. Det fire timers energiburst viste et signal, der ofte varslede et forestående udbrud.

Vi brugte derefter disse mønstre før udbrud til at lære en computermodel at alarmere og testede, om den kunne forudse andre udbrud, den ikke havde lært af. Denne model vil fortsat "lære af erfaring". Hver successive begivenhed, vi bruger til at lære den, forbedrer dens evne til at forudsige fremtiden.

Vi har også undersøgt, hvordan man bedst kan optimere, når der udsendes advarsler for at lave det mest effektive advarselssystem. Den største afvejning er mellem et system, der er meget følsomt og rejser masser af advarsler mod et, der sætter barren ret høj, men savner også nogle udbrud.

Vi slog os ned på en tærskel, der genererer en advarsel, hver gang sandsynligheden for et udbrud overstiger 8,5%. Det betyder, at når der lyder en advarsel-der hver varer i cirka fem dage-er der cirka en 1-i-12 chance for, at der kommer et udbrud.

Dette system ville have givet en alarm for fire af de sidste fem store udbrud i Whakaari. Det ville have givet en 16-timers advarsel for udbruddet i 2019. Men disse evalueringer er foretaget med fordel i bagklogskab:Prognosesystemer kan kun bevise deres værdi på fremtidige data.

Vi tror, ​​at der er en god chance for, at udbrud som 2019 -begivenheden eller større vil blive opdaget. Afvejningen er, at advarslerne, hvis der blev handlet, ville holde øen uden for grænser for besøgende i cirka en måned hvert år.

Hvor hen herfra

Vi har kørt systemet i fem måneder nu, på en 24/7 basis, og arbejder sammen med GNS Science om, hvordan man bedst integrerer dette for at styrke deres eksisterende protokoller og give mere rettidige advarsler ved vulkaner i New Zealand.

Vi planlægger at udvikle systemet til New Zealands andre aktive vulkaner, herunder Mt Tongariro og Mt Ruapehu, som modtager titusinder af besøgende hvert år. Til sidst, dette kan være værdifuldt for andre vulkaner rundt om i verden, såsom Mt Ontake i Japan, hvor et udbrud i 2014 dræbte 63 mennesker.

På grund af den enorme offentlige værdi af disse former for tidlige varslingssystemer, vi har stillet alle vores data og software til rådighed med open source.

Selvom de fleste udbrud ved Whakaari ser ud til at være forudsigelige, der er sandsynligvis fremtidige begivenheder, der trodser advarsel. I 2016 var der et udbrud, der ikke havde nogen indlysende seismisk forløber, og dette ville ikke have været forudset af vores advarselssystem.

Udbrud ved andre vulkaner kan være forudsigelige ved hjælp af lignende metoder, hvis der er nok data til at træne modeller. Under alle omstændigheder, menneskelige operatører, uanset om de assisteres eller ikke af tidlige varslingssystemer, vil fortsat spille en vigtig rolle i beskyttelsen af ​​dem, der bor i nærheden eller besøger vulkaner.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.