Dezvoltată inițial pentru a identifica aeronavele atacante în timpul celui de-al Doilea Război Mondial, tehnologia radar avansată de astăzi poate detecta o țintă foarte diferită în mișcare: schimbări ale scoarței terestre care apar la fel de lent ca și creșterea unghiilor.
Datele radar de la sateliți, cum ar fi Envisat ESA, sunt utilizate pentru a construi „interferograme” care arată mișcări de teren la scară milimetrică. Aceste imagini în formă de curcubeu oferă oamenilor de știință noi perspective asupra mișcării tectonice și o capacitate sporită de a calcula pericolele apărute atunci când această mișcare lentă se accelerează, sub formă de cutremure sau de activitate vulcanică.
Încărcarea cu zece instrumente de pe Envisat include un radar avansat de sinteză sintetică (ASAR), conceput pentru a achiziționa imagini radar de pe suprafața Pământului. O parte din „misiunea de fundal” a lui Envisat, întrucât orbitează lumea la fiecare 100 de minute, este să acorde prioritate achizițiilor ASAR asupra centurilor seismice care acoperă 15% din suprafața terenului.
„Până când Envisat își va finaliza misiunea nominală de cinci ani, ar trebui să avem o cantitate satisfăcătoare de imagini pe toate centurile seismice”, a spus profesorul Barry Parsons de la Centrul pentru Observarea și Modelarea Pământului și Tectonicii de la Universitatea Oxford.
„Pentru a detecta deformarea fină a solului de care ne interesează, avem nevoie de imagini radar repetate ale fiecărui site. Apoi combinăm perechi de imagini împreună folosind o tehnică numită interferometrie SAR sau InSAR pentru scurt, pentru a afișa orice schimbare între achiziții. ” (Pentru mai multe informații, consultați linkul: Cum funcționează interferometria?)
Pentru a măsura cu acuratețe creșterea lentă a tulpinii pe măsură ce plăcile tectonice se mișcă unele față de altele de-a lungul centurilor seismice ale Pământului, mai multe interferograme sunt combinate, necesitând multe imagini SAR individuale.
„Motivul pentru aceasta este să minimalizăm orice interferență atmosferică, raportat la semnalul mic de deformare crustă de care suntem interesați”, a adăugat Parsons. „Folosind date de la predecesorul ERS al Envisat, grupul nostru a măsurat recent mișcarea tectonică în vestul Tibetului cu o precizie de câțiva milimetri pe an. Rezultatele arată că ratele de alunecare în defecțiunile majore din regiune sunt mult mai mici decât se crezuse anterior și că platoul tibetan se deformează ca un fluid. "
InSAR poate fi, de asemenea, utilizat pentru a analiza mișcarea la sol mult mai bruscă: cercetătorii au folosit recent datele Envisat pentru a diagrama deformarea solului asociată cu vulcanul Piton de la Fournaise extrem de activ pe insula R? Union din Oceanul Indian și pentru a identifica vina pe care a provocat cutremurul din Bam din Iran, în decembrie 2003.
Găsește vina după dezastrul Bam
Peste 26.000 de oameni au fost uciși pe 26 decembrie 2003, când un cutremur la scară Richter de la 6.3 a devastat orașul iranian Bam. Cetatea sa antică? desemnat un site de patrimoniu mondial? prăbușit în moloz. Carta privind dezastrele spațiale și majore a fost activată astfel încât navele spațiale, inclusiv Envisat, au achiziționat imagini pentru a sprijini eforturile internaționale de ajutor.
În urma misiunii de fond a lui Envisat, o imagine pre-cutremur a fost dobândită în vecinătatea Bam în 3 decembrie 2003, iar aceasta a fost combinată cu o imagine post-cutremur dobândită în 7 ianuarie 2004? prima dată de re-achiziție posibilă datorită acoperirii globale a lui Envisat de 35 de zile? pentru a efectua InSAR.
„Este prima dată când datele Envisat au fost folosite pentru a produce o interferogramă în urma unui cutremur major”, a spus Parsons, parte a unei echipe internaționale care studiază cutremurul Bam, inclusiv participanți la Studiul Geologic al Iranului și Laboratorul de Propulsie al Jetului din SUA.
Rezultatele au fost surprinzătoare, stabilind că, în timp ce Bam se află într-o centură seismică, acest cutremur particular a venit dintr-un punct la care nu se aștepta nimeni. Iranul este ca umplerea unui sandwich geologic, pe măsură ce placa arabă avansează în Eurasia, iar pe teritoriul său apar atât de multe defecțiuni seismice. În special, eroarea Gowk situată la vest de Bam a avut mai multe cutremure mari asupra acesteia în ultimele două decenii.
Cu toate acestea, interferograma Envisat a arătat că cutremurul Bam a rezultat din ruperea unei defecțiuni nedetectate anterior, care se extinde sub partea de sud a orașului, existența acesteia fiind ratată de sondajele la sol. Defectul a apărut ca o bandă distinctă de discontinuitate în interferogramă, cu mișcarea de o parte și de alta a acesteia, de la aproximativ cinci până la 30 de centimetri.
Pe lângă faptul că evidențiază astfel de schimbări de suprafață, rezultatele InSAR pot fi utilizate pentru a privi indirect sub pământ, modelele software calculând ce evenimente geologice se potrivesc cu evenimentele de suprafață. Cu Bam au descoperit că o alunecare de peste doi metri a avut loc la o adâncime medie de 5,5 kilometri, de-a lungul unui tip distinct de defect.
Venind din nou
Cu cât poate fi controlată mai precis poziția unei nave spațiale, cu atât este mai mică linia de referință a imaginii InSAR - distanța spațială dintre achizițiile inițiale și cele de urmărire a imaginii - și mai bună calitatea interferogramei finale. În timpul reviziei inițiale a Bam a lui Envisat, linia de referință a fost suficient de mare pentru a fi nevoie de date de creștere digitală ERS pentru a scădea efectele topografice cauzate de un unghi de vedere modificat.
Cu toate acestea, pentru revizuirea sa ulterioară, 35 de zile mai târziu, direcția navei spațiale a fost atât de precisă încât nu a fost necesară compensarea topografică, reprezentând o realizare operațională formidabilă pentru Envisat.
"Echipa noastră de dinamică a zborurilor a calculat o precizie de 93 cm folosind rezultatele precise de determinare a orbitei din DORIS (Orbitografie Doppler și Radiopositionare Integrată prin Satelit) și observații cu rază laser", a declarat managerul navei spațiale Envisat, Andreas Rudolph.
„Au fost necesare manevre speciale pe orbită pentru a obține această precizie, împreună cu munca grea din partea echipelor Centrului European de Operații Spațiale (ESOC) aici din Germania și a Institutului European de Cercetare Spațială (ESRIN) din Italia? ca să nu mai vorbim de un pic de noroc! ”
Supravegherea unui vulcan activ
Interferometria radar este folosită pentru a studia cutremurele și vulcanii - Envisat a adunat date despre un exemplu extrem de viu al acestuia din urmă.
Situat la 2631 de metri deasupra Oceanului Indian, vulcanul Piton de la Fournaise nu este situat de-a lungul centurilor seismice sau „Inelul de foc” asociat, dar? ca Hawaii din cealaltă parte a planetei? acesta se află deasupra unui magma „punct de foc” în mantia Pământului.
Institutul de fizică du Globe de Paris (IPGP) operează un observator in situ al vulcanilor pentru a monitoriza erupțiile și activitatea asociată.
„Observăm acest vulcan bazaltic în ultimii 25 de ani? acesta este unul dintre cei mai activi vulcani din lume ”, a comentat Pierre Briole, de la IPGP. „În ultimii șase ani au fost 13 erupții, cu o durată medie de o lună. Între 1992 și 1998 a fost o perioadă liniștită, în timp ce opt erupții au avut loc între 1984 și 1992. "
Procesele subterane profunde antrenează activitatea vulcanică de suprafață? fisurile de lavă și erupțiile apar din cauza canalelor de lavă sau a „digurilor” care se extind din camerele de magmă de înaltă presiune. Deformarea solului, în sus sau în jos, în imediata apropiere a unui vulcan oferă informații despre ceea ce are loc în subteran, dar până de curând cantitatea de puncte de sol care ar putea fi măsurate a fost foarte limitată.
„În vremea instrumentelor geodezice bazate pe sol, a fost nevoie de câteva săptămâni pentru a măsura coordonatele de 20 de puncte, până la o precizie de aproximativ un centimetru”, a amintit Briole. „Apoi, la începutul anilor ’90 a venit Sistemul Global de Poziționare (GPS). Folosind GPS-ul putem crește numărul de puncte măsurate de zece ori în timpul unei campanii de o săptămână, până la o precizie de jumătate de centimetru. Dar deformarea solului cauzată de o erupție este de obicei extrem de localizată în spațiu, iar aceste 200 de puncte sunt răspândite în zona vulcanului. "
A fost nevoie de o altă tehnologie bazată pe spațiu pentru îmbunătățirea GPS-ului: interferogramele Piton de la Fournaise, bazate pe mai mult de 60 de imagini Envisat achiziționate în ultimul an. IPGP face parte dintr-o echipă care folosește datele care includ, de asemenea, participanții de la universitățile Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) și universitățile R? Union.
„Avem noroc cu Piton de la Fournaise, pentru că locația sa îndepărtată în mijlocul oceanului înseamnă că nu există confruntări cu alte ținte potențiale ale Envisat și, astfel, obținem mai multe achiziții decât majoritatea utilizatorilor de imagini ASAR”, a adăugat Briole. . „InSAR de la Envisat s-a dovedit un instrument extrem de puternic pentru noi, deoarece oferă o densitate foarte mare de informații pe întregul vulcan.
„Cu noi erupții care au loc atât de des campaniile noastre la sol nu au putut ține pasul, dar interferometria ne oferă date despre fiecare erupție. Și în timp ce vulcanul este un loc foarte dificil pentru a opera? adesea cu vizibilitate slabă de vreme și un flanc estic foarte abrupt? toate părțile vulcanului până la linia de vegetație sunt accesibile cu InSAR. ”
InSAR dezvăluie un model de inflație la sol în lunile anterioare unei noi erupții, pe măsură ce presiunea în camera magmă crește. În urma unei erupții, presiunea scade și apare deflația.
De asemenea, sunt dezvăluite deformațiile localizate care apar pe măsură ce digurile magma se propagă și ajung la suprafață. Mărimea deformării asociate cu o nouă fisură indică adâncimea de la care provine? cu cât inflația este mai extinsă, cu atât declinul este mai profund.
Monitorizarea vulcanică InSAR a fost stabilită pentru prima dată folosind datele ERS, producând interferograme care arată muntele Etna, extrem de activ al Italiei, care apare „respirând” între erupții. Și sondajele interferogramelor asupra vulcanilor aparent dispăruți de-a lungul unor părți îndepărtate din Anzi au arătat mișcarea solului care indică faptul că unele sunt în continuare active.
„Există o mulțime de linii de anchetă interesante care folosesc această tehnică, inclusiv întrebarea dacă este posibil să se prezică când un vulcan va izbucni, și - cu defecțiuni seismice care apar adesea în apropierea vulcanilor - întrebarea dacă activitatea seismică și erupțiile vulcanice sunt legate ”, a adăugat Briole.
„Deocamdată echipa noastră este interesată să caracterizeze Piton de la Fournaise cât se poate de exact, să perfecționeze tehnici pe care le putem aplica ulterior vulcanilor în altă parte și, dacă este posibil, să crească numărul de achiziții, astfel încât să demonstreze că monitorizarea InSAR a vulcanilor are potențial operațional. , oferind avertizare timpurie pentru autoritățile de protecție civilă. "
Sursa originală: Comunicat de presă ESA
