Roje zemětřesení v Yellowstonu: AI odhaluje podzemní tajemství

Představte si jedno z nejmocnějších sopečných míst na Zemi – Yellowstonskou kalderu. Tato oblast je známá svými gejzíry, horkými prameny a obrovským potenciálem, ale pod povrchem se skrývá složitý svět zemětřesení. Nová studie, publikovaná v roce 2025, přináší fascinující pohled na dlouhodobou dynamiku zemětřesných rojů. Vědci Manuel A. Florez, Bing Q. Li, David R. Shelly, Mia V. Angulo a José D. Sanabria-Gómez analyzovali 15 let dat a odhalili, jak tyto roje migrují a co je pohání. A co je na tom nejzajímavější? Klíčovou roli sehrála umělá inteligence, která umožnila zpracovat obrovské množství seizmických dat s nebývalou přesností.

Jak AI pomohla k tomuto objevu

Umělá inteligence se stala nepostradatelným nástrojem v moderní geologii, a tato studie je toho dokonalým příkladem. Vědci použili pokročilé algoritmy hlubokého učení (deep learning) k detekci a katalogizaci zemětřesení. Konkrétně aplikovali model EQTransformer, který analyzuje kontinuální seizmické záznamy a identifikuje fáze seizmických vln – P-vlny a S-vlny – s vysokou přesností. Tento model byl trénován na milionech ručně označených dat od expertů, což mu umožňuje pracovat spolehlivě i na jednokomponentních nebo tříkomponentních stanicích.

Poté přišel na řadu algoritmus PhaseLink, který spojuje tyto fáze do jednotlivých zemětřesení pomocí rekurentní neuronové sítě (Recurrent Neural Network s vrstvami GRU). Tento přístup zpracoval data z let 2008 až 2022 ze sítí WY, PB, MB a TA, což vedlo k vytvoření katalogu s 86 276 zemětřeseními. Bez AI by taková analýza trvala roky ruční práce, ale díky ní vědci získali vysoce přesný katalog s relativní chybou hloubky kolem 102 metrů. AI tak nejen urychlila proces, ale i odhalila detaily, které by jinak zůstaly skryté, jako migrace hypocenter a složité struktury zlomů.

Charakteristika zemětřesných rojů v Yellowstonu

Yellowstonská kaldera je jedním z nejaktivnějších seizmických míst na světě, s vysokým tepelným tokem 1,4 až 2,8 W/m², což je mnohonásobně více než průměr v západních USA. Studie ukázala, že více než polovina zemětřesení (52 %) se shlukuje do rojů, které se vyznačují expanzí a migrací hypocenter. Tyto roje jsou často odděleny dlouhými obdobími klidu, ale vyskytují se v blízkosti předchozích aktivit.

Například roj z roku 2010 na Madison Plateau obsahoval 2103 událostí s průměrnou hloubkou listu 35,9, což je více než v jiných regionech. Migrace zde probíhala různými směry – nahoru, dolů i laterálně – podél struktury nakloněné o 55 stupňů na východ-severovýchod. Vědci navrhují, že tyto roje jsou řízeny pomalou difuzí vodních tekutin (aqueous fluids) a rychlými epizodickými injekcemi, které prolomují propustné bariéry. Uvnitř kaldery mají roje tendenci stoupat nahoru (průměrná migrace ΔZ = 1,4 km), zatímco mimo ni je migrace minimální nebo dolů.

Struktura zlomů a role magmatického rezervoáru

Díky přesnému katalogu vědci analyzovali strukturu zlomů pomocí fraktální dimenze (f_dim). Uvnitř kaldery jsou zlomy hrubší a méně vyvinuté (f_dim mezi 1,92 a 2,12), což naznačuje nezralé struktury ovlivněné fluidy. Naproti tomu mimo kalderu jsou zlomy plošší (f_dim kolem 1,63), což odpovídá zralejším tektonickým systémům.

Zajímavým objevem je hloubková segmentace rojů. Například roj pod Yellowstonským jezerem z července 2021 měl 657 událostí, s kořenovým zemětřesením v hloubce 9 km. Zde se objevily dvě oddělené shluky: hlubší (8–12 km) s nakloněnou strukturou a mělčí (méně než 4 km) s difuzním jádrem. Mezi nimi je aseismická mezera 4–8 km, která odpovídá anomálii S-vln (V_s pod 2,3 km/s), interpretované jako hornokrustální rezervoár s částečným tavením (partial melt mush). Tento rezervoár ovlivňuje hloubkový rozsah seizmicity a umožňuje transport magmatických fluidů z duktilních zón do křehkých oblastí.

Dlouhodobé vzory a implikace

Studie odhalila, že roje se často vyskytují v blízkosti předchozích, ale oddělených dlouhými klidovými obdobími. Například roj z roku 2021 pod jezerem byl jen stovky metrů od roje z roku 2008. Podobné vzory vidíme v severním koridoru, kde se aktivity posouvaly východ-západním směrem, jako v letech 2014 až 2022. V Maple Creek v letech 2017–2018 se shluky objevovaly sousedně, ale s pauzami.

Tyto vzory naznačují, že pomalá difuze fluidů na škále let připravuje půdu pro rychlé prolomení bariér, což spouští krátké roje trvající týdny. To souvisí s deformacemi, jako v Norris Geyser Basin, kde rychlé zdvihy a poklesy v letech 2013–2018 byly spojeny s akumulací volatilů v hloubce 2–3 km. Celkově studie zdůrazňuje, jak hydrotermální procesy a magmatický rezervoár řídí seizmickou aktivitu, a poskytuje lepší kontext pro monitorování rizik v takových systémech.

Tento výzkum nejen rozšiřuje naše znalosti o Yellowstonu, ale ukazuje, jak AI mění geologii. Díky ní můžeme nahlédnout do podzemí s detaily, které byly dříve nedosažitelné, a přinést poznatky, které pomohou předvídat budoucí aktivity. Pokud vás zajímá sopka pod nohama, toto je příběh, který stojí za to sledovat!