Mounts: KI hilft Vulkanausbrüche vorherzusagen

Satelliten beobachten die Erde über einen langen Zeitraum und erfassen dabei auch Veränderungen, die auf bevorstehende Vulkanausbrüche hinweisen. Forscher aus Berlin und Potsdam haben ein KI-System entwickelt, das die Daten auswertet und rechtzeitig vor einem Ausbruch warnen kann.

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Ausbruch des Ätna im Jahr 2002, aufgenommen von der ISS: Nur etwa der Hälfte der aktiven Vulkane wird mit Bodensensoren überwacht.
Ausbruch des Ätna im Jahr 2002, aufgenommen von der ISS: Nur etwa der Hälfte der aktiven Vulkane wird mit Bodensensoren überwacht. (Bild: Nasa)

Wann bricht ein Vulkan aus? Für die Anwohner ist das eine wichtige Information. Doch nur etwa die Hälfte der aktiven Vulkane weltweit wird mit Bodensensoren überwacht. Ein System soll Satellitenbilder mit mit künstlicher Intelligenz (KI) auswerten und vor bevorstehenden Eruptionen warnen.

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Satelliten können wichtige Informationen darüber liefern, ob ein Vulkan ausbrechen könnte. Vor einer Eruption gibt es meist vorab Anhaltspunkte, die Änderungen des seismischen Verhaltens, Bodenverformungen, Gasemissionen, ansteigende Temperaturen oder eine Kombination dieser Phänomene umfassen. Satelliten können solche Veränderungen über einen langen Zeitraum beobachten und festhalten.

Wissenschaftler von der Technischen Universität (TU) Berlin und dem Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam haben KI-Algorithmen entwickelt, um diese Daten automatisiert auszuwerten. Es handelt sich um künstliche neuronale Netze, die die Forscher mit Bildern von Deformationsereignissen trainiert haben. Die Bildern waren vom Computer generiert und echten Satellitenbildern nachempfunden. Die Software konnte daraufhin solche Deformationen auf echten Satellitenbildern erkennen.

Neue KI-Tools für weitere Aufgaben sollen folgen

"Für uns war das ein wichtiger 'Testballon', um zu sehen, wie wir maschinelles Lernen in das System integrieren können", sagt Andreas Ley von der TU Berlin. Er hat die KI-Algorithmen entwickelt. Aktuell könne das System jedoch nur eine Aufgabe lösen. "Unsere Vision ist es, mehrere KI-Tools für unterschiedliche Aufgaben zu integrieren. Da diese Tools in der Regel vom Lernen auf großen Datenmengen profitieren, wollen wir sie kontinuierlich aus sämtlichen Daten lernen lassen, die das System auf globaler Ebene sammelt."

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Monitoring Unrest from Space (Mounts) heißt das System. Mit Ausnahme der Seismizität könnten alle Hinweise auf künftige Beben vom Weltraum aus überwacht werden, indem man verschiedene Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum nutze, sagt Projektleiter Sébastien Valade. "Beim Mounts-Überwachungssystem nutzen wir unterschiedliche Satellitensensoren, um Veränderungen bei Vulkanen zu erkennen und zu vermessen." Zudem beziehen die Forscher auch seismische Daten aus dem Geofon-Programm des GFZ und vom United States Geological Survey (USGS) ein.

Aktuell lassen sich nach Angaben der Forscher mit Hilfe von Mounts schon einige Prozesse erfassen, darunter die Ausbreitung des Magmas unter der Oberfläche, die Verteilung vulkanischen Materials während eines Ausbruchs oder morphologische Veränderungen in dem Gebiet um den Vulkan. "Ich bin davon überzeugt, dass automatisierte Überwachungssysteme mithilfe von KI und Daten aus verschiedenen Quellen wie Fernerkundung und erdgebundenen Sensoren in nicht allzu ferner Zukunft dazu beitragen werden, Menschen zeitgerechter und verlässlicher zu warnen", resümiert Valade.

Die Forscher beschreiben ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Remote Sensing.

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