Αρχικά αναπτύχθηκε για να εντοπίσει τα αεροσκάφη επίθεσης κατά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, η σημερινή προηγμένη τεχνολογία ραντάρ μπορεί να ανιχνεύσει έναν πολύ διαφορετικό κινούμενο στόχο: μετατοπίσεις του φλοιού της Γης που συμβαίνουν τόσο αργά όσο η ανάπτυξη των νυχιών σας.
Τα δεδομένα ραντάρ από δορυφόρους όπως το ESVS Envisat χρησιμοποιούνται για την κατασκευή «ιντερφερόγραμμα» που δείχνουν κινήσεις εδάφους σε κλίμακα χιλιοστών. Αυτές οι εικόνες με ουράνιο τόξο παρέχουν στους επιστήμονες νέες γνώσεις για την τεκτονική κίνηση και μια βελτιωμένη ικανότητα υπολογισμού των κινδύνων που προκύπτουν όταν επιταχύνεται αυτή η αργή κίνηση, με τη μορφή σεισμών ή ηφαιστειακής δραστηριότητας.
Το ωφέλιμο φορτίο δέκα οργάνων στο Envisat περιλαμβάνει ένα όργανο Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) που έχει σχεδιαστεί για τη λήψη εικόνων ραντάρ της επιφάνειας της Γης. Μέρος της ανατεθείσας «αποστολής υποβάθρου» της Envisat καθώς περιστρέφεται γύρω από τον κόσμο κάθε 100 λεπτά είναι να δοθεί προτεραιότητα στις εξαγορές ASAR έναντι των σεισμικών ζωνών που καλύπτουν το 15% της επιφάνειας της γης.
«Μέχρι τη στιγμή που η Envisat ολοκληρώνει την ονομαστική πενταετή αποστολή της, θα πρέπει να έχουμε ικανοποιητικό αριθμό εικόνων σε όλες τις σεισμικές ζώνες», δήλωσε ο καθηγητής Barry Parsons του Κέντρου Παρατήρησης και Μοντελοποίησης Σεισμών και Τεκτονικών στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης.
«Για να εντοπίσουμε την λεπτή παραμόρφωση του εδάφους που μας ενδιαφέρει, απαιτούμε επαναλαμβανόμενες εικόνες ραντάρ κάθε ιστότοπου. Στη συνέχεια συνδυάζουμε ζεύγη εικόνων μαζί χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται SAR interferometry, ή InSAR για συντομία, για να εμφανιστεί οποιαδήποτε αλλαγή μεταξύ των εξαγορών. " (Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στον σύνδεσμο: Πώς λειτουργεί η ενδομετρία;)
Για να μετρήσουμε με ακρίβεια την αργή συσσώρευση πίεσης καθώς οι τεκτονικές πλάκες κινούνται μεταξύ τους κατά μήκος των σεισμικών ζωνών της Γης, συνδυάζονται πολλαπλά ιντερφερόγραμμα, απαιτώντας πολλές μεμονωμένες εικόνες SAR.
«Ο λόγος για αυτό είναι να ελαχιστοποιηθεί οποιαδήποτε ατμοσφαιρική παρεμβολή, σε σχέση με το μικρό σήμα παραμόρφωσης του φλοιού που μας ενδιαφέρει», πρόσθεσε ο Parsons. «Χρησιμοποιώντας δεδομένα από τον προκάτοχο ERS της Envisat, η ομάδα μας έχει μετρήσει πρόσφατα την τεκτονική κίνηση στο δυτικό Θιβέτ με ακρίβεια λίγων χιλιοστών ανά έτος. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι τα ποσοστά ολίσθησης στα μεγάλα σφάλματα στην περιοχή είναι πολύ μικρότερα από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως και ότι το οροπέδιο του Θιβέτ παραμορφώνεται σαν υγρό. "
Το InSAR μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την ανάλυση πολύ πιο απότομης κίνησης εδάφους: οι ερευνητές πρόσφατα χρησιμοποίησαν δεδομένα Envisat για να χαρτογραφήσουν την παραμόρφωση του εδάφους που σχετίζεται με το εξαιρετικά ενεργό ηφαίστειο Piton de la Fournaise στο νησί R? Union στον Ινδικό Ωκεανό και για να εντοπίσουν το σφάλμα που προκάλεσε σεισμό στο Ιράν του Μπαμ το Δεκέμβριο του 2003
Βρίσκοντας σφάλμα μετά την καταστροφή του Μπαμ
Περισσότεροι από 26000 άνθρωποι σκοτώθηκαν στις 26 Δεκεμβρίου 2003, όταν ένας σεισμός με κλίμακα 6,3 Ρίχτερ κατέστρεψε την πόλη του Μπαμ στην όαση του Ιράν. Η αρχαία ακρόπολη; οριστεί μνημείο παγκόσμιας κληρονομιάς; κατέρρευσε σε ερείπια. Ο Χάρτης για το διάστημα και τις μεγάλες καταστροφές ενεργοποιήθηκε έτσι ώστε το διαστημικό σκάφος, συμπεριλαμβανομένου του Envisat, να αποκτήσει εικόνες για να υποστηρίξει διεθνείς προσπάθειες ανακούφισης.
Μετά την ιστορική αποστολή της Envisat, αποκτήθηκε μια εικόνα πριν από το σεισμό στην περιοχή Bam στις 3 Δεκεμβρίου 2003 και συνδυάστηκε με μια εικόνα μετά τον σεισμό που αποκτήθηκε στις 7 Ιανουαρίου 2004; η νωρίτερη δυνατή ημερομηνία επαναγοράς λόγω της παγκόσμιας κάλυψης 35 ημερών της Envisat; για να εκτελέσετε το InSAR.
«Είναι η πρώτη φορά που δεδομένα Envisat χρησιμοποιήθηκαν για την παραγωγή ενός ιντερφερόγραμμα μετά από έναν μεγάλο σεισμό», δήλωσε ο Parsons, μέρος μιας διεθνούς ομάδας που μελετά τον σεισμό Bam, συμπεριλαμβανομένων των συμμετεχόντων από τη Γεωλογική Έρευνα του Ιράν και το Εργαστήριο Jet Propulsion των ΗΠΑ.
Τα αποτελέσματα ήταν εκπληκτικά, αποδεικνύοντας ότι ενώ ο Μπαμ βρίσκεται σε μια σεισμική ζώνη, ο συγκεκριμένος σεισμός προήλθε από ένα σημείο που κανείς δεν περίμενε. Το Ιράν είναι σαν να γεμίζει ένα γεωλογικό σάντουιτς καθώς η αραβική πινακίδα προχωρά στην Ευρασία και τόσα πολλά σεισμικά σφάλματα παρουσιάζονται στην επικράτειά του. Πιο συγκεκριμένα, το σφάλμα Gowk που βρίσκεται δυτικά του Bam είχε πολλές μεγάλες σεισμούς σε αυτό τις τελευταίες δύο δεκαετίες.
Ωστόσο, το ιντερφερόγραμμα Envisat έδειξε ότι ο σεισμός Bam είχε προκύψει από τη ρήξη ενός προηγουμένως μη εντοπισμένου σφάλματος που εκτείνεται κάτω από το νότιο τμήμα της πόλης, η ύπαρξή του έχασε από έρευνες εδάφους. Το σφάλμα εμφανίστηκε ως μια ξεχωριστή ζώνη ασυνέχειας στο ιντερφερόγραμμα, με κίνηση και στις δύο πλευρές του να κυμαίνεται από περίπου πέντε έως και 30 εκατοστά.
Εκτός από την επισήμανση τέτοιων επιφανειακών αλλαγών, τα αποτελέσματα του InSAR μπορούν να χρησιμοποιηθούν για έμμεση ματιά κάτω από το έδαφος, με μοντέλα λογισμικού που υπολογίζουν ποια γεωλογικά γεγονότα ταιριάζουν στα επιφανειακά συμβάντα. Με τον Bam βρήκαν μια ολίσθηση άνω των δύο μέτρων είχε λάβει χώρα σε μέσο βάθος 5,5 χιλιομέτρων, κατά μήκος ενός διακριτού τύπου σφάλματος.
Έρχομαι ξανά
Όσο ακριβέστερα μπορεί να ελεγχθεί η θέση ενός διαστημικού σκάφους, τόσο μικρότερη είναι η γραμμή βάσης εικόνας InSAR - η χωρική απόσταση μεταξύ των αρχικών και των επακόλουθων αποκτήσεων εικόνας - και τόσο καλύτερη είναι η ποιότητα του τελικού ιντερφερογράμματος. Κατά την αρχική επίσκεψη του Bam του Envisat, η βασική γραμμή ήταν αρκετά μεγάλη ώστε τα ψηφιακά δεδομένα ανύψωσης ERS ήταν απαραίτητα για την αφαίρεση των τοπογραφικών εφέ που προκαλούνται από μια μετατοπισμένη γωνία θέασης.
Ωστόσο, για την επακόλουθη επανεξέτασή του, 35 ημέρες αργότερα, το σύστημα διεύθυνσης του διαστημικού σκάφους ήταν τόσο ακριβές που δεν απαιτήθηκε τοπογραφική αντιστάθμιση, που αντιπροσωπεύει ένα τρομερό επιχειρησιακό επίτευγμα για το Envisat.
"Η ομάδα μας Flight Dynamics έχει υπολογίσει μια ακρίβεια 93 εκατοστών χρησιμοποιώντας ακριβή αποτελέσματα προσδιορισμού τροχιάς από το DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) και τις παρατηρήσεις με λέιζερ", δήλωσε ο διευθυντής του Διαστημικού σκάφους της Envisat Andreas Rudolph.
«Απαιτήθηκαν ειδικοί ελιγμοί τροχιάς για να επιτευχθεί αυτή η ακρίβεια, μαζί με σκληρή δουλειά από ομάδες στο Ευρωπαϊκό Διαστημικό Κέντρο Επιχειρήσεων (ESOC) εδώ στη Γερμανία και το Ευρωπαϊκό Ινστιτούτο Διαστημικής Έρευνας (ESRIN) στην Ιταλία; για να μην αναφέρουμε λίγη τύχη! "
Έρευνα ενός ενεργού ηφαιστείου
Η ενδομετρία ραντάρ χρησιμοποιείται για τη μελέτη σεισμών καθώς και ηφαιστείων - το Envisat συλλέγει δεδομένα για ένα εξαιρετικά ζωντανό παράδειγμα του τελευταίου.
Βρίσκεται 2631 μέτρα πάνω από τον Ινδικό Ωκεανό, το ηφαίστειο Piton de la Fournaise δεν βρίσκεται κατά μήκος σεισμικών ζωνών ή του σχετικού «Ring of Fire», αλλά; όπως η Χαβάη στην άλλη πλευρά του πλανήτη; βρίσκεται πάνω από ένα μάγμα «hotspot» στο μανδύα της Γης.
Το Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) λειτουργεί ένα επιτόπιο παρατηρητήριο ηφαιστείου για να παρακολουθεί τις εκρήξεις και τη σχετική δραστηριότητα.
«Παρατηρούμε αυτό το βασαλτικό ηφαίστειο τα τελευταία 25 χρόνια; είναι ένα από τα πιο ενεργά ηφαίστεια στον κόσμο », σχολίασε ο Pierre Briole του IPGP. «Τα τελευταία έξι χρόνια υπήρξαν 13 εκρήξεις, με μέση διάρκεια ενός μήνα. Μεταξύ του 1992 και του 1998 ήταν μια ήσυχη στιγμή, ενώ οκτώ εκρήξεις σημειώθηκαν μεταξύ 1984 και 1992. "
Οι βαθιές υπόγειες διεργασίες οδηγούν την ηφαιστειακή δραστηριότητα στην επιφάνεια; Οι ρωγμές και οι εκρήξεις λάβας συμβαίνουν λόγω των καναλιών λάβας ή των «αναχωμάτων» που εκτείνονται από τους θαλάμους μάγματος υψηλής πίεσης. Η παραμόρφωση του εδάφους είτε πάνω είτε κάτω κοντά σε ένα ηφαίστειο παρέχει πληροφορίες για το τι συμβαίνει υπόγεια, αλλά μέχρι πρόσφατα η ποσότητα των σημείων εδάφους που θα μπορούσαν να μετρηθούν ήταν πολύ περιορισμένη.
«Πίσω στην εποχή των επίγειων γεωδαιτικών οργάνων χρειάστηκαν αρκετές εβδομάδες για τη μέτρηση των συντεταγμένων ίσως 20 σημείων, με ακρίβεια περίπου ενός εκατοστού», θυμάται ο Briole. «Τότε στις αρχές της δεκαετίας του 1990 ήρθε το παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης (GPS). Χρησιμοποιώντας το GPS θα μπορούσαμε να αυξήσουμε τον αριθμό των σημείων που μετρήθηκαν δέκα φορές κατά τη διάρκεια μιας καμπάνιας διάρκειας μιας εβδομάδας, σε ακρίβεια μισού εκατοστού. Αλλά η παραμόρφωση του εδάφους που προκαλείται από έκρηξη είναι συνήθως εξαιρετικά εντοπισμένη στο διάστημα και αυτά τα 200 σημεία απλώνονται σε όλη την περιοχή του ηφαιστείου. "
Χρειάστηκε μια άλλη τεχνολογία που βασίζεται στο διάστημα για να βελτιωθεί στο GPS: ιντερφερόγραμμα του Piton de la Fournaise, με βάση περισσότερες από 60 εικόνες Envisat που αποκτήθηκαν τον τελευταίο χρόνο. Το IPGP είναι μέρος μιας ομάδας που χρησιμοποιεί τα δεδομένα που περιλαμβάνουν επίσης συμμετέχοντες από τα Πανεπιστήμια Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) και R? Union.
«Είμαστε τυχεροί με το Piton de la Fournaise, επειδή η απομακρυσμένη τοποθεσία του στη μέση του ωκεανού σημαίνει ότι δεν υπάρχουν συγκρούσεις με άλλους πιθανούς στόχους Envisat, και έτσι λαμβάνουμε περισσότερες εξαγορές από τους περισσότερους από τους άλλους χρήστες εικόνων ASAR», πρόσθεσε ο Briole . «Το InSAR από την Envisat έχει αποδειχθεί ένα εξαιρετικά ισχυρό εργαλείο για εμάς, επειδή παρέχει πολύ υψηλή πυκνότητα πληροφοριών σε ολόκληρο το ηφαίστειο.
«Με νέες εκρήξεις που συμβαίνουν τόσο συχνά οι επίγειες εκστρατείες μας δεν μπορούσαν να συμβαδίσουν, αλλά η ενδομετρία μας δίνει δεδομένα για κάθε έκρηξη. Και ενώ το ηφαίστειο είναι πολύ δύσκολο μέρος για να λειτουργήσει; συχνά με κακή ορατότητα από τον καιρό και απότομη ανατολική πλευρά; Όλα τα μέρη του ηφαιστείου έως τη γραμμή βλάστησης είναι προσβάσιμα με το InSAR. "
Το InSAR αποκαλύπτει ένα μοτίβο πληθωρισμού εδάφους κατά τους μήνες που προηγούνται μιας νέας έκρηξης, καθώς η πίεση στον θάλαμο μάγματος αυξάνεται. Μετά από έκρηξη η πίεση μειώνεται και ο αποπληθωρισμός συμβαίνει.
Επίσης αποκαλύπτονται εντοπισμένες παραμορφώσεις που συμβαίνουν καθώς τα μάγμα αναχωρούν και φτάνουν στην επιφάνεια. Η έκταση της παραμόρφωσης που σχετίζεται με μια νέα ρωγμή δείχνει το βάθος από το οποίο προέρχεται; Όσο ευρύτερος είναι ο πληθωρισμός, τόσο βαθύτερα προέρχεται το ανάχωμα.
Η ηφαιστειακή παρακολούθηση InSAR πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά χρησιμοποιώντας δεδομένα ERS, παράγοντας ιντερφερόγραμμα που δείχνουν το εξαιρετικά ενεργό Όρος Αίτνα της Ιταλίας που φαίνεται να «αναπνέει» μεταξύ των εκρήξεων. Και οι έρευνες με ιντερφερόγραμμα των φαινομενικά εξαφανισμένων ηφαιστείων κατά μήκος απομακρυσμένων τμημάτων των Άνδεων έδειξαν κίνηση εδάφους που δείχνει ότι ορισμένα στην πραγματικότητα είναι ακόμη ενεργά.
«Υπάρχουν πολλές ενδιαφέρουσες γραμμές έρευνας με τη χρήση αυτής της τεχνικής, συμπεριλαμβανομένου του ζητήματος εάν είναι δυνατόν να προβλεφθεί πότε πρόκειται να εκραγεί ένα ηφαίστειο και - με σεισμικές βλάβες που συμβαίνουν συχνά κοντά σε ηφαίστεια - το ερώτημα εάν η σεισμική δραστηριότητα και οι ηφαιστειακές εκρήξεις συνδέονται », πρόσθεσε ο Briole.
«Προς το παρόν η ομάδα μας ενδιαφέρεται να χαρακτηρίσει το Piton de la Fournaise όσο το δυνατόν ακριβέστερα, για να τελειοποιήσουμε τεχνικές που μπορούμε αργότερα να εφαρμόσουμε σε ηφαίστεια αλλού και, εάν είναι δυνατόν, να αυξήσουμε τον αριθμό των εξαγορών έτσι ώστε να αποδείξουμε ότι η παρακολούθηση InSAR των ηφαιστείων έχει λειτουργικό δυναμικό , παρέχοντας έγκαιρη προειδοποίηση στις αρχές πολιτικής προστασίας. "
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESA
