Pembelajaran mesin mengungkapkan peristiwa seismik historis di Yellowstone Caldera

Yellowstone, tujuan wisata populer dan senama dari acara TV yang sama -sama populer, adalah taman nasional pertama di AS yang menggelegak di bawahnya – hingga hari ini – adalah salah satu jaringan aktivitas vulkanik yang paling aktif secara seismik di Bumi.

Bing Li (berkontribusi)

Dalam sebuah studi baru, diterbitkan 18 Juli di High Impact Journal Kemajuan Sains Profesor Teknik Barat Bing Li dan kolaboratornya di Universidad Industrial De Santander (Industrial University of Santander) di Kolombia dan Survei Geologi Amerika Serikat menggunakan pembelajaran mesin untuk memeriksa kembali data gempa sejarah dari Yellowstone Caldera selama periode 15 tahun.

Tim ini dapat secara retroaktif mendeteksi dan menetapkan besarnya sekitar 10 kali lebih banyak peristiwa seismik, atau gempa bumi, daripada yang dicatat sebelumnya.

Caldera – seperti yang ada di Taman Yellowstone yang membentang bagian -bagian Wyoming, Idaho dan Montana – adalah depresi besar atau lubang yang terbentuk ketika gunung berapi meletus dan ruang magma di bawahnya bermuara, yang menyebabkan keruntuhan tanah di atas. Ini berbeda dari kawah vulkanik, yang dibentuk oleh peledakan luar.

Katalog historis untuk Caldera Yellowstone sekarang berisi 86.276 gempa bumi yang mencakup tahun 2008 hingga 2022, secara signifikan meningkatkan pemahaman sebelumnya tentang sistem vulkanik dan seismik melalui pengumpulan data yang lebih baik dan analisis sistematis.

Temuan utama dalam penelitian ini adalah bahwa lebih dari setengah gempa bumi yang dicatat di Yellowstone adalah bagian dari kawanan gempa – kelompok gempa kecil yang saling berhubungan yang menyebar dan bergeser dalam area yang relatif kecil selama periode waktu yang relatif singkat. Ini tidak seperti gempa susulan, yang merupakan gempa bumi yang lebih kecil yang mengikuti mainshock yang lebih besar di area umum yang sama.

“Sementara Yellowstone dan gunung berapi lainnya masing-masing memiliki fitur unik, harapannya adalah wawasan ini dapat diterapkan di tempat lain,” kata Li, seorang ahli dalam gempa bumi yang diinduksi cairan dan mekanika batuan. “Dengan memahami pola -pola seismisitas, seperti kawanan gempa, kita dapat meningkatkan langkah -langkah keselamatan, lebih baik menginformasikan kepada publik tentang risiko potensial dan bahkan memandu pengembangan energi panas bumi menjauh dari bahaya di daerah dengan aliran panas yang menjanjikan.”

Mesin pendeteksi cair

Sebelum penerapan pembelajaran mesin, gempa bumi umumnya terdeteksi melalui inspeksi manual oleh para ahli terlatih. Proses ini membutuhkan waktu, sangat padat biaya dan sering mendeteksi lebih sedikit peristiwa daripada pembelajaran mesin, yang telah memicu data-penambangan emas terburu-buru dalam beberapa tahun terakhir. Para ahli seismologi meninjau kembali kekayaan data bentuk gelombang historis yang disimpan di pusat data di seluruh dunia dan mempelajari lebih lanjut tentang daerah seismik saat ini dan yang sebelumnya tidak diketahui di seluruh dunia.

“Jika kita harus melakukannya sekolah tua dengan seseorang mengklik secara manual semua data ini mencari gempa bumi, kamu tidak bisa melakukannya. Itu tidak dapat diskalakan,” kata Li.

Studi ini juga menunjukkan bahwa gerombolan gempa di bawah kaldera Yellowstone telah terjadi sepanjang struktur patahan yang relatif belum matang, lebih kasar, dibandingkan dengan struktur patahan dewasa yang lebih khas yang terlihat di daerah seperti California Selatan dan bahkan segera di luar kaldera.

Steamboat Geyser di Taman Nasional Yellowstone adalah geyser aktif tertinggi di dunia. (Bing li)

Kekasaran diukur dengan mengkarakterisasi gempa bumi sebagai fraktal, yang merupakan bentuk geometris yang menunjukkan kesamaan diri, yang berarti mereka tampak serupa pada skala yang berbeda. Pertama kali divisualisasikan oleh Benoit Mandelbrot pada tahun 1980, pola fraktal terlihat di garis pantai, kepingan salju, brokoli, dan bahkan percabangan pembuluh darah. Model berbasis fraktal, yang menargetkan kekasaran versus keteraturan, mampu mengkarakterisasi kawanan gempa ini, yang menurut para peneliti disebabkan oleh campuran air bawah tanah yang bergerak perlahan dan semburan cairan yang tiba-tiba.

“Sebagian besar, tidak ada pemahaman sistematis tentang bagaimana satu gempa memicu orang lain dalam sekejap. Kita hanya dapat secara tidak langsung mengukur ruang dan waktu di antara peristiwa,” kata Li. “Tapi sekarang, kita memiliki katalog aktivitas seismik yang jauh lebih kuat di bawah Yellowstone Caldera, dan kita dapat menerapkan metode statistik yang membantu kita mengukur dan menemukan kawanan baru yang belum pernah kita lihat sebelumnya, pelajari, dan lihat apa yang bisa kita pelajari dari mereka.”