L’intelligence artificielle arrive en volcanologie // Artificial intelligence arrives in volcanology

Des scientifiques de l’Université de Grenade ont développé un algorithme d’apprentissage automatique très précis censé prévoir les éruptions volcaniques. [L’apprentissage automatique (machine learning en anglais) est un champ d’étude de l’intelligence artificielle qui vise à donner aux machines la capacité d’« apprendre » à partir de données, via des modèles mathématiques].

Les travaux de ces scientifiques, publiés récemment dans Frontiers in Earth Science, montrent que cette technologie peut permettre de mieux comprendre et prévoir l’activité volcanique. Au final, elle permettra une meilleure préparation aux catastrophes et réduira les risques volcaniques.
Les chercheurs ont analysé un vaste ensemble de données sismiques de l’Etna (Sicile) couvrant plusieurs décennies. En appliquant le modèle d’apprentissage automatique à des données historiques, ils ont pu identifier les signaux sismiques qui précédaient systématiquement les éruptions. La capacité prédictive de l’algorithme a ensuite été testée en utilisant des données sismiques plus récentes. On aboutit à un taux de précision impressionnant, de plus de 90 %.​  Les chercheurs insistent sur le fait que cette approche peut être appliquée à différents systèmes volcaniques à travers le monde.
En appliquant des techniques de traitement du signal aux enregistrements sismiques, les scientifiques ont fait apparaître quatre caractéristiques sismiques différentes, qui évoluent lorsque le système volcanique s’approche d’un épisode éruptif. Ils ont ensuite élaboré une matrice temporelle avec ces paramètres et attribué une étiquette à chaque instant temporel en fonction de l’état réel de l’activité volcanique (simple activité, situation pré-éruptive, situation éruptive). Restait à résoudre le problème du développement de systèmes d’alerte précoce transférables entre volcans. Pour cela, les auteurs de l’étude ont appliqué leur méthodologie à des bases de données associées à différents systèmes volcaniques, y compris des données concernant des épisodes explosifs et effusifs, enregistrées dans plusieurs scénarios volcaniques à conduits ouverts et fermés. Les volcans pris en compte sont l’Etna (Sicile), le Bezymianny (Kamchatka), Volcán de Colima (Mexique), le Mont St. Helens et l’Augustine. (États Unis).
On peut être optimiste quant à la capacité de l’algorithme d’apprentissage automatique à prévoir correctement les éruptions d’autres volcans actifs à travers le monde. Cette technologie peut faciliter l’approche des catastrophes en fournissant des alertes précoces et en permettant aux autorités de mettre en œuvre des plans d’évacuation et de prévoir d’autres mesures de sécurité.
L’étude montre le potentiel de l’apprentissage automatique et d’autres avancées technologiques dans la recherche géophysique. La capacité des algorithmes d’apprentissage automatique à analyser des informations complexes et à identifier des modèles cachés peut être utilisée dans un large éventail d’applications des sciences de la Terre, notamment la prévision des séismes et la modélisation climatique. Les chercheurs vont maintenant s’efforcer d’améliorer leur modèle et de tester sa pertinence dans divers environnements volcaniques.

Référence:

Universal machine learning approach to volcanic eruption forecasting using seismic features – Pablo Rey Devesa et al. — Frontier in Earth Science, June 26, 2024 – https://doi.org/10.3389/feart.2024.1342468

Source : The Watchers.

Episode éruptif sur l’Etna (Photo: C. Grandpey)

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L’utilisation de l’intelligence artificielle dans la prévision volcanique et celle d’autres phénomènes naturels semble prometteuse. Cependant, il faut garder à l’esprit que l’intelligence artificielle fait partie de la science exacte alors que les éruptions dépendent des caprices de la Nature qui sont souvent imprévisibles !

Des progrès ont été réalisées au cours des dernières décennies en matière de prévision éruptive, mais il reste encore beaucoup à faire pour déjouer les traquenards mis sur le chemin des scientifiques par Dame Nature. L’intelligence artificielle permettra peut-être aussi un jour d’empêcher que des populations se fassent tuer par de puissants séismes.

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Scientists at the University of Granada developed a very accurate machine-learning algorithm for predicting volcanic eruptions. Their work, published recently in Frontiers in Earth Science, demonstrates how this technique can assist us in better understanding and forecasting volcanic activity, which is a crucial step toward increasing disaster preparedness and decreasing volcanic dangers.

The researchers analyzed a large dataset of seismic recordings from Mount Etna gathered over several decades. By training the machine learning model on historical data, they were able to identify seismic signals that consistently preceded eruptions. The algorithm’s prediction capacity was then tested against more recent seismic data, and it achieved an impressive accuracy rate of more than 90%.​  The researchers insist that it is transferable to different volcanic systems around the world.

By applying signal processing techniques on seismic records, the scientists extracted four different seismic features, which usually change their trend when the system is approaching an eruptive episode. Then, they built a temporal matrix with these parameters and defined a label for each temporal moment according to the real state of the volcanic activity (Unrest, Pre-Eruptive, Eruptive). To solve the remaining problem of developing early warning systems that are transferable between volcanoes, the authors of the study applied their methodology to databases associated with different volcanic systems, including data from both explosive and effusive episodes, recorded at several volcanic scenarios with open and closed conduits: Mt. Etna, Bezymianny, Volcán de Colima, Mount St. Helens and Augustine.

The machine learning algorithm’s performance in properly predicting eruptions bodes well for its application to other active volcanoes across the world. This technology can help with disaster planning by providing early warnings and allowing authorities to enact evacuation plans and other safety measures on time.

The study demonstrates the greater potential of machine learning and other such technological advancements in geophysical research. Machine learning algorithms’ capacity to analyze complicated information and identify hidden patterns can be applied to a wide range of earth science applications, including earthquake prediction and climate modeling. The researchers intend to enhance their model further and test its relevance to various volcanic environments.

Reference:

Universal machine learning approach to volcanic eruption forecasting using seismic features – Pablo Rey Devesa et al. — Frontier in Earth Science, June 26, 2024 – https://doi.org/10.3389/feart.2024.1342468

Source : The Watchers.

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The use of artificial intelligence in volcanic prediction and the prediction of other natural phenomena looks promising. However, onse should keep in mind that artificial intelligence is part of exact science whereas eruptions depend on Nature’s whims which can be unpredictable !

Progress has been made in recent decades in eruptive prediction, but much remains to be done to thwart the traps put in the path of scientists by Mother Nature. Artificial intelligence may one day make it possible to prevent populations from being killed by powerful earthquakes.

Navigation : le Passage du Nord-Est encore compliqué ! // Shipping : Northeast Passage still complicated !

Avec la hausse rapide des températures dans l’Arctique et la fonte tout aussi rapide des calottes glaciaires, on pensait que de nouvelles routes maritimes s’ouvriraient dans la partie nord du globe terrestre. On imaginait que les passages du Nord-Est et du Nord-Ouest deviendraient accessibles, raccourcissant les trajets de navigation entre les continents. C’était aller un peu trop vite en besogne. Les scientifiques nous expliquent aujourd’hui que la fonte rapide des glaces dans l’océan Arctique ne facilite pas, au moins pour le moment, la navigation entre l’Europe et l’Asie et vice versa. En fait, le réchauffement climatique génère une glace plus épaisse et plus dangereuse qui provoque des blocages dans les deux passages.
Le Passage du Nord-Est est une route maritime au nord de l’Eurasie ; elle relie la mer de Barents, au nord de la Scandinavie, au détroit de Béring, entre l’Extrême-Orient russe et l’Alaska. Aujourd’hui encore, cette dangereuse route commerciale est si encombrée par la glace de mer qu’il faut l’aide des brise-glaces pour la parcourir toute l’année.
Avec le recul de la banquise arctique, on a vu grandir le désir de faire circuler un plus grand nombre de navires dans le Passage du Nord-Est, que ce soit à des fins commerciales, touristiques ou militaires. Les conditions de mer varient d’une année à l’autre et aucun secteur du Passage n’est garanti d’être libre de glace à un moment donné. Un article publié en 2023, utilisant des données archivées au NSIDC, a identifié la période de l’année la plus propice à la navigation. Elle se situe à la mi-septembre, lorsque la glace de mer arctique atteint son étendue minimale.
Dès le 16ème siècle, les commerçants européens espéraient pouvoir utiliser un raccourci arctique vers l’Asie, mais le Passage du Nord-Est a déjoué les efforts de navigation pendant de nombreuses années. L’explorateur Adolf Erik Nordenskiöld a fini par traverser le Passage du Nord-Est en 1879, après avoir été prisonnier des glaces pendant 10 mois.
Le recul de la banquise a récemment rendu l’océan Arctique plus attrayant, tant pour les entités politiques désireuses d’exploiter des ressources minières et effectuer des opérations militaires, que pour les intérêts commerciaux. L’Arctique reste cependant un environnement difficile, avec un risque permanent d’accidents, tant sur le plan environnemental qu’humain.

L’étude de 2023 mentionnée ci-dessus sur le meilleur moment pour emprunter le Passage du Nord-Est s’appuyait sur deux ensembles de données du NSIDC. L’un inclut la température de brillance fournie quotidiennement par des capteurs satellitaires. L’autre inclut la température de brillance, la concentration de glace de mer et l’épaisseur de la neige. Les observations par satellite de la température de brillance – mesure de l’énergie émise par une surface – permettent aux scientifiques d’identifier différents types de surfaces occupées par la glace et par l’eau. Grâce à la température de brillance, les scientifiques peuvent détecter la fonte superficielle de la glace de mer et même faire la distinction entre une glace très récente relativement mince et une glace pluriannuelle plus épaisse. La glace mince et la glace en cours de fonte présentent moins d’obstacles à la navigation. L’identification des caractéristiques de la glace aide donc à déterminer les meilleurs itinéraires et les meilleurs moments pour les emprunter.
La glace de mer arctique ne cesse de diminuer depuis le début des mesures satellitaires en 1979. En conséquence, la navigation dans l’océan Arctique, impensable pendant la majeure partie du 20ème siècle, est plus réalisable aujourd’hui, mais seulement pendant une partie de l’année. La fenêtre pour les navires autres que les brise-glaces dans le Passage du Nord-Est s’ouvre en été et se ferme en automne. L’étude de 2023 sur le Passage du Nord-Est a identifié la fenêtre de navigation optimale en examinant les conditions dans le Passage du Nord-Est de 2002 à 2021. Le résultat est que la glace de mer dans l’océan Arctique commence généralement à fondre pour de bon en juin ou juillet et à se reformer en octobre. L’étendue de la glace de mer – la zone océanique avec une concentration d’au moins 15 pour cent de glace de mer – atteint son niveau le plus bas à la mi-septembre. De 2002 à 2021, la glace de mer dans la zone examinée par l’étude de 2023 s’étendait en moyenne sur 1,94 million de kilomètres carrés.
Avec le réchauffement continu de l’Arctique, le Passage du Nord-Est connaîtra probablement davantage d’étendues d’eau relativement libres de glace à la fin de l’été. Pourtant, comme pour le Passage du Nord-Ouest, les amas et autres concentration de glace empêchent toujours la navigation dans le Passage du Nord-Est la majeure partie de l’année sans avoir recours à des brise-glaces. Un autre facteur complique encore davantage les activités humaines au-dessus du Cercle polaire arctique : le Soleil disparaît sous l’horizon en octobre et ne réapparaît qu’en mars. Ainsi, même si la glace de mer présente moins d’obstacles qu’auparavant, le Passage du Nord-Est, comme l’ensemble de l’océan Arctique, reste et restera encore un certain temps un lieu de navigation compliqué.
Source : National Snow and Ice Data Center (NSIDC).

En pointillés rouges sur les cartes, les passages du NO (à gauche) et du NE (à droite), avec en trait plein, les voies de navigation actuelles (Source : Observatoire de l’Arctique)

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With fast increasing temperatures in the Arctic the rapid melting of the icecaps, it was believed that new shipping routes would open in the northern part of the world. The Northeast and Northwest passages would become accessible, shortening shipping routes between the continents. However, this was thinking a bit too fast. Scientists inform us today that melting sea ice in the fast-warming Arctic Ocean is not making it easier for sailors to navigate a legendary shortcut between Europe and Asia and vice versa. To the contrary, global warming is causing thicker, more hazardous ice to choke both passages.

The Northeast Passage is a shipping route north of Eurasia, connecting the Barents Sea north of Scandinavia to the Bering Strait between the Russian Far East and Alaska. Even today, this dangerous trade route has remained so choked with sea ice that the safest year-round ways to navigate it are by plowing through it with icebreakers.

As Arctic sea ice has retreated, interest has grown in navigating a greater variety of ships through the Northeast Passage, whether for commercial, recreational, or military purposes. Conditions vary from year to year, and no part of the passage is guaranteed to be ice free at any particular time. A paper published in 2023, using data archived at NSIDC, identified the time of year when ships are the likeliest to succeed in negotiating the route. The best window of opportunity occurs in mid-September, when Arctic sea ice reaches its minimum extent for the year.

As long ago as the sixteenth century, European traders hoped for an Arctic shortcut to Asia, but the Northeast Passage foiled navigation efforts for many years. Explorer Adolf Erik Nordenskiöld finally succeeded in traversing the Northeast Passage in 1879, after spending 10 months of the voyage locked in ice.

Sea ice retreat has recently made the Arctic Ocean more alluring—both to political entities intent on resource extraction and military operations, and to commercial interests. The Arctic remains a challenging environment, however, with an ever-present possibility of accidents requiring cleanup and rescue. S

The above-mentioned 2023 study on the optimal timing of Northeast Passage relied on two data sets from NSIDC. One includes daily brightness temperatures from passive microwave satellite sensors, and the other includes brightness temperature, sea ice concentration, and snow depth. Satellite observations of brightness temperature—a measure of the energy emitted by a surface—enable scientists to identify different kinds of icy and watery surfaces. With brightness temperature observations, scientists can detect surface melt on sea ice and even distinguish between relatively thin first-year ice and thicker multiyear ice. Both thin ice and melting ice present fewer obstacles to ship navigation, so identifying ice features helps determine the best routes to take, and the best times to take them.

Arctic sea ice has declined since the start of the satellite record in 1979. Consequently, Arctic Ocean navigation that was unthinkable during most of the twentieth century is more practical now, but only for part of the year. The window of opportunity for non-icebreaker ships crossing the Northeast Passage opens in summer and closes in autumn. The 2023 study on the Northeast Passage pinpoints the optimal shipping window by examining conditions in the Northeast Passage from 2002 through 2021. Thecresult is that sea ice in the Arctic Ocean generally begins melting in earnest in June or July, and refreezing in October. Sea ice extent – the area of ocean with at least 15 percent sea ice concentration – bottoms out in mid-September. From 2002 to 2021, sea ice in the area examined in the 2023 study averaged 1.94 million square kilometers.

As the Arctic continues to warm, the Northeast Passage will likely experience more late-summer stretches of relatively ice-free water. Yet, like for the Northwest Passage, highly concentrated ice still prevents navigation through the Northeast Passage most of the year, unless crossing is made with an icebreaker. Further complicating human activities above the Arctic Circle, the Sun sets below the horizon in October and does not reemerge until March. So even though sea ice presents less of an obstacle than it used to, the Northeast Passage, like the entire Arctic Ocean, will remain a complicated place in which to work.

Source : National Snow and Ice Data Center (NSIDC).

Islande : crue glaciaire et fermeture de la Route n°1 // Iceland : glacial flood and closure of Highway 1

Une crue glaciaire a commencé à Skálm, à l’est du Mýrdalsjökull, et la route qui fait le tour de l’Islande (Route n° 1) est actuellement impraticable et fermée à la circulation entre Vík et Laufskálavarða. À l’heure actuelle, on ne sait pas combien de temps cette fermeture durera.
Le Met Office rappelle au public que les crues glaciaires sont un phénomène courant en Islande, en particulier pendant les mois d’été. Ces crues peuvent affecter les ponts et les routes.
Rien n’indique que cette crue glaciaire soit le résultat d’une activité volcanique.

Photo: C. Grandpey

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A glacial flood has started in Skálm east of Mýrdalsjökull and the Ring Road (Highway 1) is currentlu unpassable and closed to all traffic between Vík and Laufskálavarða. At this time, it is not known how long this closure will last.

The Met Office reminds the public taht glacial floods are a regular occurrence in Iceland, especially in the summer months, often leading to swelling rivers that can affect bridges and roads.

There is no indication that this glacial flood is the result of any volcanic activity.

Nouvelle séquence explosive sur le Stromboli (Sicile) // New explosive episode on Stromboli (Sicily)

L’INGV indique ce matin que le 26 juillet 2024 à 19h16 UTC – 21 heures, heure locale – une séquence explosive a été observée au sommet du Stromboli. L’analyse des sismogrammes met en évidence un événement d’une durée d’environ 3 minutes pouvant être corrélé à la plus grosse explosion. Le tremor a montré une hausse brutale et soudaine à partir de 19h00 UTC. Vers 19h30, l’amplitude est revenue à des valeurs moyennes.
Voici une vue de l’explosion diffusée sur les réseaux sociaux :

https://twitter.com/DiBonaNick4329/status/1816944538407092253?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Etweetembed%7Ctwterm%5E1816944538407092253%7Ctwgr%5E6355733da5123f9e5d58b10d3293342444bc7658%7Ctwcon%5Es1_&ref_url=https%3A%2F%2Fwatchers.news%2F2024%2F07%2F27%2Fmajor-explosion-at-stromboli-volcano-italy-3%2F

Image thermique de l’explosion (Source: INGV)

Le Stromboli est devenu vraiment imprévisible, voire violent, ce qui justifie les restrictions mises en place localement. En particulier, il n’est pas possible de se rendre en barque devant la Sciara del Fuoco. Le risque de coulée pyroclastique reste trop élevé.

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INGV indicates this morning that on July 26th, 2024 at 19:16 UTC – 21:00 local time – an explosive sequence was observed at the summit of Stromboli. Analysis of the seismograms highlights an event lasting about 3 minutes that can be correlated with the largest explosion. The tremor showed a sharp and sudden increase from 19:00 UTC. Around 19:30, the amplitude returned to medium values. Click on the link above to see the event.
Stromboli has become truly unpredictable, even violent, which justifies the restrictions enforced locally. In particular, it is not possible to go by boat in front of the Sciara del Fuoco. The risk of pyroclastic flow remains too high.