תבניות חבויות ברעידות וולקניות: תובנות בלמידה עמוקה מפעילות הר הetna בשנים 2020–2021

הקשבה להר בלתי שקט

הר אתנה בסיציליה הוא אחד הרי הגעש הפעילים בעולם, והתפרצויותיו עלולות לסכן יישובים סמוכים, שדות תעופה ותשתיות קריטיות. מצפים וולקניים כבר עוקבים מקרוב אחרי אתנה בעזרת מגוון מכשירים, אך עצמת נפח הנתונים מקשה על בני אדם לזהות כל אות אזהרה בזמן. המחקר הזה מראה כיצד בינה מלאכותית מודרנית יכולה לזרז במהלך שנה את "דופק" הסייסמי של אתנה ולחשוף תבניות חבויות שמצביעות על תקופות שקטות, על תהליך הטעינה הפנימית וכאשר הוולקן מתכונן להתפרצות.

מדוע "פסי קול" וולקניים חשובים

הרי געש יוצרים ללא הרף רטיטות הנעות בקרקע כגלי רעם. חלקן חדות, בדומה לזעזועים רעידת אדמה, ואחרות דמויות זמזום מתמשך המכונה רמזול וולקני או צלילים מיוחדים הידועים כאירועי תקופה ארוכה. באתנה אותות אלה מוקלטים יום ולילה על ידי רשת צפופה של סייסמומטרים. באופן מסורתי מומחים מנתחים את עוצמת ותדירות הרעידות, יחד עם פליטות גז, התנפחות הקרקע ותצפיות ויזואליות, כדי לשפוט האם הוולקן בטוח או מתקרב להתפרצות מסוכנת. אולם הפעילות של אתנה מאוחר 2020 עד סוף 2021 הייתה חריפה במיוחד, וכללה שתי רצפים ארוכים של מזרקות לבה מרשימות ושיטפון נתונים שקשה לפרש בזמן אמת.

להדריך מחשבים לזהות תבניות חבויות

החוקרים השתמשו בגישה של למידה עמוקה בלתי מפוקחת, כלומר המחשב לא הונחה מראש אילו ימים היו התפרצויות או שקטים. במקום זאת הזינו להם ספקטרוגרמות יומיות — תמונות צבע שמראות כיצד עוצמת הרטיטות הסייסמיות משתנה בזמן ובתדר — משתי תחנות על הפסגה של אתנה. סוג של רשת נוירונית שנקרא אוטואנקודר למד תחילה לדחוס את "התמונה" הסייסמית המורכבת של כל יום לערכה קטנה של תכונות מפתח ואז לשחזר אותה, כדי להבטיח שפרטים חשובים יישמרו. שיטת אשכולות לאחר מכן קיבצה ימים עם טביעות אצבע סייסמיות דומות לארבעה אשכולות מובחנים. הצוות השווה את הקבוצות הללו לעדויות חיצוניות: מתי דווחו מזרקות לבה, כמה חזק היה הרמזול, כמה אירועי תקופה ארוכה אירעו וכמה רעידות אדמה קטנות פקדו את מתחתית הוולקן.

ארבע פנים של פעילות אתנה

ארבעת האשכולות שמצא המחשב התיישרו באופן נקי עם התנהגויות וולקניות משמעותיות. קבוצה אחת תאמה ימים יחסית שקטים או מעורבים, שבהם נצפה רק רמזול רקע ופיצוצים קלים מדי פעם. קבוצה שנייה תיארה ימים שנשלטו על ידי שפע אירועי תקופה ארוכה, כנראה משקפים עליית גזים ונוזלים שהפעילו לחץ במערכת הצינורות הרדודה מבלי ליצור התפרצויות גדולות. קבוצה שלישית הדגישה "שלב הכנה", כאשר הרמזול התחזק והפך עיקבי יותר לאורך שבועות מאמצע דצמבר 2020 עד אמצע פברואר 2021, אף על פי שבאותו זמן לא התרחשה עדיין מזרקת לבה משמעותית על פני השטח. הקבוצה הרביעית תאמה במדויק את פרקי המזרקות המרשימות עצמן, תפסה כ־95 אחוז מהימים המתפרצים והציגה אנרגיה סייסמית רחבת-פס אינטנסיבית במהלך פרוקסים.

זיהוי מעברים וימים עמומים

על ידי שילוב נתונים משתי תחנות הפסגה וחיפוש ימים שבהם מספר מכשירים הסכימו על אותו אשכול, החוקרים יכלו להבחין במשטרים ברורים מול פרקי זמן עמומים יותר. חלק מהימים נכללו בקטגוריית "לא מוגדר", שבה האותות היו מעורבים או שונים בין שני האתרים — כנראה משקף תהליכים חופפים כגון רעידות אדמה, רמזול ואירועי גז המתרחשים במקביל. באופן מעניין השיטה גם זיהתה סימנים של משטר הכנה בסוף נובמבר 2021 וגילתה רמזים למחזור ההתפרצות השני כמה ימים לפני שאושרו מזרקות לבה, מה שמרמז כי שינויים דקים בדפוסי הסייסמיות עשויים לנבא פעילות נראית לעין.

מה משמעות הדבר עבור התושבים בקרבת הרי געש

עבור לא‑מומחים, המסר המרכזי הוא שמחשבים יכולים כיום "להקשיב" להר בלתי שקט ולמיין אוטומטית את הרטיטות המורכבות שלו למספר מצבים ברורים: פעילות רקע, הדחיסות פנימית, שלב בנייה והתפרצויות מלאות. המחקר מראה שכלי למידה עמוקה בלתי מפוקחת כזה יכול להתאים במידה רבה לשיפוט המומחים בעת שהוא פועל במהירות ובהתמדה על מערכי נתונים גדולים. למרות שגישה זו אינה מחליפה וולקנולוגים אנושיים או שיטות ניטור אחרות, היא מספקת זוג עיניים נוסף עוצמתי — המסייע לתצפיות לזהות מתי וולקן כמו אתנה חומם בשקט, מתי הוא נטען מחדש ומתי ייתכן שהוא על סף התפרצות דרמטית נוספת.

ציטוט: Abed, W., Zali, Z., Sciotto, M. et al. Hidden patterns in volcanic seismicity: deep learning insights from Mt. Etna’s 2020–2021 activity. Sci Rep 16, 6155 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36677-x

מילות מפתח: מעקב אחרי הרי געש, למידת מכונה, הר אתנה, פעילות סייסמית, חיזוי התפרצויות