Датасет инфразвуковой сети для пароксизмальных извержений вулкана Этна 2021 года

Слушая глубокий голос вулкана

Когда вулкан извергается, он не только выбрасывает огонь и пепел — он ещё шепчет очень тихими звуками, которые наши уши не слышат. Эти «инфразвуки» распространяются по воздуху на многие километры и могут раскрывать происходящее внутри вулкана задолго до того, как люди увидят лаву или пепел. В этом исследовании учёные публикуют новую открыто-доступную запись этих скрытых звуков с горы Этна в Италии в особенно активный год извержений, предлагая мощный ресурс для повышения точности прогнозов извержений и повышения безопасности прибрежных сообществ.

Почему тихие гулки важны

Гора Этна — один из самых активных вулканов в мире, часто посылающий фонтаны лавы и пепельные облака, которые могут нарушать авиасообщение и засыпать пылью близлежащие города. Для наблюдения итальянские учёные эксплуатируют плотную сеть приборов, измеряющих землетрясения, газовый состав и деформацию земной поверхности. За последние десятилетия они установили, что инфразвук — низкочастотные звуковые волны — особенно полезен для обнаружения начала извержений, отслеживания их развития и оценки объёмов выбросов пепла и газа. Проблема в том, что высококачественных публичных инфразвуковых данных с активных вулканов мало, из‑за чего исследователям по всему миру трудно тестировать новые методы.

Создание уха для Этны

Чтобы заполнить этот пробел, команда установила специальный «пост прослушивания» на холме Монте Конка, примерно в шести километрах от вершинных кратеров Этны. Вместо одного микрофона они развернули массив из шести инфразвуковых датчиков, расположенных вокруг центральной точки, как микрофоны в системе объемного звучания. Такая схема позволяет сравнивать крошечные различия во времени прихода звуковых волн на каждый датчик, усиливать слабые сигналы и точно определять их источник. Датчики, разработанные специально для работы на вулканах, — компактные, энергоэффективные устройства, способные фиксировать крошечные изменения давления воздуха в широком частотном диапазоне.

Как сохранить приборы живыми на суровой горе

Эксплуатация чувствительной электроники высоко на снежном вулкане в течение всего года — задача непростая. Каждый датчик был размещён в специально изготовленном корпусе, выполняющем роль миниатюрной системы жизнеобеспечения. Корпус водонепроницаем и термоизолирован, в нём размещены датчик, цифровой регистратор и большая батарея, а сверху установлен солнечный модуль для поддержания питания даже зимой. Поролоновая прокладка и механический фильтр помогают защитить датчик от порывов ветра, которые могли бы имитировать вулканические сигналы. Такое прочное исполнение позволило массиву работать почти непрерывно с мая 2021 по апрель 2022 года, с лишь незначительными перерывами на обслуживание и одной проблемной станцией, столкнувшейся с повторяющимися сбоями регистратора.

Отслеживание десятков извержений с высокой детализацией

Во время работы установки Этна вошла в особенно активную фазу. С конца 2020 года и в 2021 году вулкан дал более 60 мощных вспышек, известных как пароксизмы — эпизоды интенсивных фонтанов лавы и пепельных шлейфов, иногда поднимающихся до 10 километров в небо. Новый массив зафиксировал 39 таких событий между маем и октябрём 2021 года, а также более тихое дегазирование и мелкие взрывы из нескольких кратеров. Обрабатывая данные шести датчиков как единой системы прослушивания и применяя передовую обработку, учёные могли фильтровать случайные шумы ветра и выделять когерентные волны давления, связанные с вулканической активностью. Они показали, что различные типы поведения — от спокойного фонового выпуска газа до серий стромболианских взрывов и устойчивых фонтанов лавы — имеют характерные звуковые паттерны и частотные подписи.

Разделение голосов разных кратеров

Одним из наиболее важных результатов стала способность массива определять, какой кратер «говорит» в конкретный момент. Измеряя направление прихода инфразвука, команда выделила устойчивые кластеры сигналов из двух основных областей: юго-восточного и Нового юго-восточного кратеров, которые породили большинство драматичных фонтанов лавы, и кратеров Бокка-Нова и Вораджине, которые часто проявляли мягкое дегазирование. Взрывные события из юго-восточных кратеров дали чёткие импульсные формы волн, доминирующие на частотах около 1–2 герц — типичных для мощных вспышек газа. В отличие от них, сигналы из Бокка-Нова и Вораджине демонстрировали более резонансные тона на нескольких отдельных частотах, сформированные геометрией вентиляций и стенок кратера. Эти различия означают, что, используя только инфразвук, учёные могут различать перекрывающуюся активность нескольких выходов даже при плохой видимости.

Что это значит для людей, живущих рядом с вулканами

Для неспециалистов ключевой итог в том, что у Этны теперь есть проверенная «акустическая система наблюдения», а полный год записей свободно доступен для изучения всем желающим. Работа демонстрирует, что надёжные инфразвуковые массивы могут работать круглогодично на высоком снежном вулкане и достоверно фиксировать тонкие признаки изменения давления воздуха как при крупных извержениях, так и при более спокойном выходе газа. Этот набор данных поможет исследователям усовершенствовать инструменты раннего предупреждения, которые автоматически обнаруживают и локализуют извержения в режиме реального времени, обеспечивая более быстрые оповещения для авиации и населённых пунктов по ветру. Проще говоря, внимательно слушая глубокий гул вулкана, учёные учатся предвидеть его следующий громкий взрыв.

Цитирование: Zuccarello, L., Gheri, D., De Angelis, S. et al. Infrasound Array Dataset of the 2021 Eruptive Paroxysms of Etna Volcano. Sci Data 13, 296 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06638-0

Ключевые слова: инфразвук, гора Этна, мониторинг вулканов, раннее предупреждение об извержении, сейсмическая акустика