Как дешёвые датчики «слышат» голоса вулканов и пожаров
Фильм «Смерч» 1996 года показал учёных, бесстрашно приближающихся к торнадо с самодельными датчиками. Сегодня эта идея стала реальностью. Геофизики из Университета штата Бойсе разработали недорогие инфразвуковые датчики Gem. Они размером с книгу в мягкой обложке и работают на батарейках. Их можно размещать прямо у кратера вулкана или на пути лесного пожара. Риск потерять оборудование больше не пугает исследователей [1].
Что такое инфразвук и зачем его слушать
Многие опасные природные явления генерируют инфразвук. Это звук на частотах ниже 20 герц, который человек не слышит. Его длинные волны распространяются на сотни километров без потери энергии. Инфразвук излучают извергающиеся вулканы, сходящие лавины, землетрясения, падающие метеориты и бушующие пожары [1].
Учёные давно используют его для удалённого мониторинга. Но коммерческое оборудование стоит очень дорого. Потерять его во время извержения — настоящая катастрофа для бюджета экспедиции.
Как родился датчик Gem
В 2015 году исследователи потеряли целый набор дорогих приборов на вулкане Вильяррика в Чили. Он изверг двухкилометровый фонтан лавы, и оборудование оказалось погребено под ней [2]. Стоимость потери была огромной. Именно этот случай подтолкнул команду Джеффри Джонсона к созданию собственного дешёвого решения.
Так появился инфразвуковой датчик Gem на базе платформы Arduino. Он весит мало, потребляет минимум энергии и стоит копейки по сравнению с коммерческими аналогами. При этом его технические характеристики полностью соответствуют задачам: динамический диапазон от
Как датчики работают в полевых условиях
В январе 2020 года команда вернулась на
Вскоре после этого произошло землетрясение магнитудой 6,5 в Айдахо. Один исследователь на лыжах за 4 часа установил 22 датчика в лесу. Сеть зафиксировала сотни афтершоков в радиусе 25 километров. А также «услышала» землетрясение магнитудой 6,5 в Неваде, которое произошло в 700 километрах [4]. Она даже уловила звуки водопада Шошони в 195 километрах и грозу на расстоянии 900 километров. Там, где 3 датчика видели только самый сильный сигнал, все 20 различали тонкую структуру волн [1].
Датчики в зоне пожара
Особый интерес у учёных вызывают лесные пожары. Они создают инфразвук на частотах до 20 герц, соответствующих пульсации пламени [5]. Команда установила 76 датчиков перед контролируемым выжиганием в Айдахо. В 2025 году они развернули сеть во время крупного пожара в Орегоне, который охватил 13 тысяч гектаров. За несколько часов исследователи развернули десятки датчиков прямо по пути движения огня [1].
Данные показали: инфразвук позволяет непрерывно отслеживать активность пожара даже ночью или в дыму, когда беспилотники и спутники бесполезны. Это может стать прорывом для служб пожаротушения.
Рискованные эксперименты ради науки
Группа из Бойсе не боится размещать датчики в самых опасных местах. На вулкане Вильяррика они подвесили датчик на тросе всего в 100 метрах над лавовым озером. Перебросить трос через кратер оказалось сложнее, чем установить сам прибор [1].
В Гватемале учёные сбросили пару датчиков с дрона рядом с часто взрывающимся кратером вулкана Фуэго. Один из них удалось вернуть. Второй пропал — вероятно, его накрыло ночным взрывом. «Мы ставим датчики под удар, чтобы записывать слабые сигналы у самого источника», — объясняют учёные. Это единственный способ поймать звуки, которые затухают на расстоянии [1].
Эволюция датчиков: от Gem к Aspen
Пять лет назад Gem был передовым решением. Сегодня он остаётся мощным инструментом для массивных массивов и работы в агрессивных средах. Но наука не стоит на месте.
Исследователи разработали более универсальную версию — Aspen. Этот прибор может подключать четыре независимых датчика одновременно. Частота дискретизации удвоена до 200 герц. При этом он сохранил малый размер, низкий вес и энергопотребление. Новинка записывает синхронизированные данные с трёхосевого сейсмического датчика и инфразвукового преобразователя [1].
Синхронная запись сейсмических и акустических данных даёт преимущество. Она позволяет измерять волны, распространяющиеся одновременно в земле и в воздухе. Это особенно важно для экологической сейсмологии, изучающей оползни, сели и вулканы.
Идея использовать дешёвые приборы в опасных зонах и координационных массивах перспективна для всех наук о Земле. Подобные подходы могут применяться с наклономерами, гравиметрами или инфракрасными термометрами. Это даст дополнительные данные о вулканах и других явлениях.
Будущее large-N зондирования
Large-N зондирование — использование десятков и сотен датчиков одновременно — трансформирует геофизику. Оно улучшает пространственную выборку и помогает извлекать сигналы из шума. Такой подход позволяет обнаруживать слабые сигналы и следить за опасностями в отдалённых районах.
Метод даёт важную избыточность. Если один датчик уничтожен лавой или пожаром, остальные продолжают работать. Это делает систему устойчивой к потерям.
С каждым годом область применения расширяется. Датчики Gem уже использовали для мониторинга снежных лавин, грязевых потоков, речного стока и стратосферных звуков с воздушных шаров. Недорогие сенсоры помогают «слышать» Землю там, где раньше это было невозможно. Они открывают новые горизонты для науки и практики — от прогнозирования извержений до оперативного контроля пожаров.
Читайте также:
Учёные подтвердили глубокое землетрясение, которого не должно быть: аномалия в недрах Земли
Подводный вулкан Хунга-Тонга устроил масштабный химический эксперимент в атмосфере
Список источников
- Sensing the Sounds from Earth’s Hazardous Environments – Eos, 2026
- ‘Gem’ captures infrasound from Earth’s hazardous environments – Boise State University, 2026
- The Gem Infrasound Logger: A Lightweight, Low-Power, Low-Cost, Open-Source Infrasound Logger – Boise State University, 2018
- Remotely imaging seismic ground shaking via large-N infrasound beamforming – Communications Earth & Environment, 2023
- Infrasound produced by a small pile fire – Applied Acoustics, 2025
