Alun perin kehitetty tarkistamaan hyökkääviä lentokoneita toisen maailmansodan aikana, nykypäivän kehittynyt tutkatekniikka pystyy havaitsemaan hyvin erilaisen liikkuvan kohteen: maapallonkuoren muutokset, jotka tapahtuvat yhtä hitaasti kuin kynsien kasvu.
ESA: n Envisatin kaltaisten satelliittien tutkatietoja käytetään rakentamaan 'interferogrammeja', jotka osoittavat millimetrin mittaisen maan liikkeen. Nämä sateenkaaren sävyiset kuvat tarjoavat tutkijoille uusia näkemyksiä tektonisesta liikkeestä ja tehostetun kyvyn laskea vaaroja, jotka johtuvat tämän hidastuvan liikkeen nopeutumisesta maanjäristysten tai tulivuoren muodossa.
Envisatin kymmenen instrumentin hyötykuorma sisältää edistyneen synteettisen aukon tutkan (ASAR), joka on suunniteltu hankkimaan tutkakuvia maan pinnasta. Osa Envisatin nimeämää ”taustaoperaatiota” kiertäessä ympäri maailmaa 100 minuutin välein on asettaa ASAR-hankinnat etusijalle seismisille hihnoille, jotka kattavat 15% maan pinta-alasta.
"Mihin mennessä Envisat suorittaa nimellisen viisivuotisen tehtävänsä, meillä pitäisi olla tyydyttävä määrä kuvia kaikista seismisistä hihnoista", sanoi Oxfordin yliopiston maanjäristysten ja tektoniikan havainnointi- ja mallinnuskeskuksen professori Barry Parsons.
”Jotta havaitsemme kiinnostavat maanpinnan muodonmuutokset, vaadimme toistuvia tutkakuvia jokaisesta paikasta. Yhdistämme sitten kuvaparit toisiinsa käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan SAR-interferometriaksi tai lyhyesti InSAR: ksi, jotta voidaan havaita muutokset hankintojen välillä. ” (Lisätietoja on linkissä: Kuinka interferometria toimii?)
Jotta venymisen hidasta muodostumista voidaan mitata tarkasti, kun tektoniset levyt liikkuvat toisiaan vastaan maan seismisillä hihnoilla, yhdistetään useita interferogrammeja, jotka vaativat monia yksittäisiä SAR-kuvia.
"Syy tähän on minimoida ilmakehän häiriöt suhteessa kiinnostavaan pieneen kuoren muodonmuutossignaaliin", lisäsi Parsons. ”Käyttämällä Envisatin edeltäjän ERS: n tietoja ryhmämme on äskettäin mitannut tektonisen liikkeen Länsi-Tiibetin läpi muutaman millimetrin tarkkuudella vuodessa. Tulokset osoittavat, että liukastumisnopeudet alueen tärkeimpien vikojen välillä ovat paljon pienemmät kuin aikaisemmin oli ajateltu ja että Tiibetin ylätaso deformoituu kuin neste. "
InSAR-ohjelmaa voidaan käyttää myös huomattavasti äkillisemmän maaliikkeen analysointiin: tutkijat ovat viime aikoina käyttäneet Envisat-tietoja, jotta kartoitetaan Intian valtameren R-unionisaarella sijaitsevan erittäin aktiivisen Piton de la Fournaisen tulivuoren maaperän muodonmuutoksia ja tunnistetaan vika, joka aiheutti Iranin Bam-maanjäristyksen joulukuussa 2003.
Vian löytäminen Bam-onnettomuuden jälkeen
Yli 26000 ihmistä kuoli 26. joulukuuta 2003, kun 6,3 Richterin mittainen maanjäristys tuhosi Iranin keitakaupungin Bamin. Sen muinainen linnoitus? nimetty maailmanperintökohteeksi? romahti raunioiksi. Avaruus- ja suuronnettomuuksien peruskirja aktivoitiin siten, että avaruusalukset, mukaan lukien Envisat, hankkivat kuvia tukeakseen kansainvälisiä avustustoimia.
Envisatin taustatehtävän jälkeen Bamin läheisyydestä oli saatu esiin maanjäristyskuva 3. joulukuuta 2003, ja tämä yhdistettiin maanjäristyksen jälkeiseen kuvaan, joka hankittiin 7. tammikuuta 2004? aikaisin uudelleenhankintapäivä, joka johtuu Envisatin 35 päivän kattavasta kattavuudesta? suorittaa InSAR.
"Tämä on ensimmäinen kerta, kun Envisatin tietoja on käytetty interferogrammin tuottamiseen suuren maanjäristyksen jälkeen", sanoi Parsons, osa kansainvälistä ryhmää, joka tutkii Bamin järistystä, mukaan lukien osallistujat Iranin geologisesta tutkimuksesta ja Yhdysvaltain suihkumoottorin laboratoriosta.
Tulokset olivat yllättäviä, mikä osoitti, että vaikka Bam on seismisessä hihnassa, tämä erityinen järistys oli tullut pisteestä, jota kukaan ei ollut odottanut. Iran on kuin geologisen voileivän täyttäminen, kun arabialainen laatta etenee Euraasiaan, ja sen alueella tapahtuu niin monia seismisiä vikoja. Erityisesti Bamista länteen sijaitsevassa Gowkin vikossa on ollut viimeisen kahden vuosikymmenen aikana useita suuria järistyksiä.
Envisat-interferogrammista kävi kuitenkin ilmi, että Bamin järistys johtui aikaisemmin havaitsemattoman vian murtumisesta, joka ulottuu kaupungin eteläosaan, ja sen olemassaolon ei suoritettu maatutkimusten perusteella. Vika ilmeni erillisenä epäjatkuvuuskaistana interferogrammissa, sen liikkumisen ollessa molemmin puolin noin viidestä jopa 30 senttimetriin.
Sen lisäksi, että InSAR-tuloksia korostetaan, pintamuutoksia voidaan käyttää epäsuorasti vertaisverkkoon maanpinnan alla, ohjelmistomallien avulla laskemalla, mitkä geologiset ilmiöt sopivat pintatapahtumiin. Bamin kanssa he havaitsivat yli kahden metrin luisun tapahtuneen keskimäärin 5,5 kilometrin syvyydessä tietyn tyyppisen vian varrella.
Tulossa jälleen
Mitä tarkemmin avaruusaluksen sijaintia voidaan hallita, sitä pienempi on InSAR-kuvan perustaso - tilan välinen etäisyys alkuperäisen ja seuraavan kuvan hankkimisen välillä - ja sitä parempilaatuinen on lopullinen interferogrammi. Envisatin alkuperäisen Bam-uudelleenkäynnin aikana perustaso oli riittävän suuri, jotta tarvittiin ERS: n digitaalista korkeustietoa siirretyn näkökulman aiheuttamien topografisten vaikutusten vähentämiseksi.
Avaruusaluksen ohjaaminen 35 päivää myöhemmin oli kuitenkin niin tarkka, ettei topografista korvausta vaadittu, mikä merkitsi Envisatille valtavaa operatiivista saavutusta.
"Lentodynamiikkatiimimme on laskenut tarkkuuden 93 cm käyttämällä tarkkoja kiertoradan määritystuloksia DORIS: sta (Doppler-orbitografia ja radiosijainti integroituna satelliitin avulla) ja lasermittaushavainnoista", totesi Envisatin avaruusaluksen päällikkö Andreas Rudolph.
”Tämän tarkkuuden saavuttamiseksi vaadittiin erityisiä kiertoradan ohjauksia, samoin kuin Saksassa sijaitsevan Euroopan avaruusoperaatiokeskuksen (ESOC) ja Italiassa sijaitsevan Euroopan avarustutkimusinstituutin (ESRIN) tiimien kovaa työtä? puhumattakaan vähän onnea! ”
Aktiivisen tulivuoren mittaus
Tutkainterferometriaa käytetään tutkimaan maanjäristyksiä sekä tulivuoria - Envisat on kerännyt tietoja yhdestä erittäin vilkkaasta esimerkistä jälkimmäisistä.
Pysyvä 2631 metriä Intian valtameren yläpuolella, Piton de la Fournaisen tulivuori ei sijaitse seismisten hihnojen tai siihen liittyvän tulenrenkaan varrella, mutta? kuten Havaiji planeetan toisella puolella? se on sijoitettu magman "kuormittajan" yläpuolelle maan vaipassa.
Pariisin Institute de Physique du Globe de (IPGP) ylläpitää paikan päällä olevaa tulivuoren seurantakeskusta purkausten ja niihin liittyvän toiminnan seuraamiseksi.
“Olemme tarkkailleet tätä basaltista tulivuoria viimeiset 25 vuotta? se on yksi maailman aktiivisimmista tulivuoreista ”, kommentoi Pierre Briole IPGP: stä. ”Viimeisen kuuden vuoden aikana on tapahtunut 13 purkausta, joiden kesto on keskimäärin yksi kuukausi. Vuosina 1992-1998 oli hiljainen aika, kun taas vuosina 1984-1992 tapahtui kahdeksan purkausta. "
Syvät maanalaiset prosessit ohjaavat pinta vulkaanista aktiivisuutta? laavahalkeamia ja purkauksia esiintyy laavakanavien tai ”padojen” takia, jotka ulottuvat korkean paineen magmakammioista. Maan muodonmuutos joko ylös tai alas tulivuoren läheisyydessä antaa käsityksen siitä, mitä tapahtuu maan alla, mutta viime aikoihin asti mitattavien maapisteiden määrä oli hyvin rajallinen.
"Maan päällä sijaitsevien geodeettisten instrumenttien aikana kesti useita viikkoja ehkä 20 pisteen koordinaattien mittaamiseen noin yhden senttimetrin tarkkuudella", Briole muisti. Sitten 1990-luvun alkupuolella tuli GPS (Global Positioning System). GPS: n avulla voisimme lisätä kymmenkertaisesti mitattujen pisteiden lukumäärän viikon mittaisen kampanjan aikana puoli senttimetrin tarkkuudella. Mutta purkauksen aiheuttamat maaperän muodonmuutokset ovat tyypillisesti erittäin paikallisia avaruudessa ja nämä 200 pistettä ovat hajallaan koko tulivuoren alueella. "
GPS: n parantamiseksi tarvittiin toinen avaruuspohjainen tekniikka: Piton de la Fournaisen interferogrammit, jotka perustuvat yli 60 viime vuoden aikana hankittuun Envisat-kuvaan. IPGP on osa tiimiä, joka käyttää tietoja, ja joka sisältää myös osallistujia Blaise Pascalista (Clermont-Ferrand II) ja R? Unionista.
"Olemme onnekkaita Piton de la Fournaisen kanssa, koska sen syrjäinen sijainti keskellä merta tarkoittaa, ettei ole ristiriitoja muiden potentiaalisten Envisat-kohteiden kanssa, ja niin saamme enemmän yritysostoja kuin suurin osa muista ASAR-kuvien käyttäjistä", Briole lisäsi . ”Envisatin InSAR on osoittautunut meille erittäin tehokkaaksi työkaluksi, koska se tarjoaa erittäin suuren tiedontiheyden koko tulivuoren alueella.
”Kun uusia purkauksia tapahtuu niin usein, maapallon kampanjamme eivät pystyneet pitämään tahtia, mutta interferometria antaa meille tietoja jokaisesta purkauksesta. Ja vaikka tulivuori on erittäin vaikea paikka toimia? usein huono näkyvyys säästä ja erittäin jyrkkä itäinen kylki? kaikki tulivuoren osat kasvillisuuslinjaan saakka pääsevät InSAR: n avulla. ”
InSAR paljastaa maanpinnan inflaatiomallin uutta purkausta edeltävinä kuukausina, kun magman kammion paine kasvaa. Purkauksen jälkeen paine laskee ja deflaatio tapahtuu.
Paljastetaan myös paikallisia muodonmuutoksia, jotka tapahtuvat, kun magmapiikit leviävät ja saavuttavat pinnan. Uuteen halkeamoon liittyvän muodonmuutoksen laajuus osoittaa syvyyden, josta se alkaa? mitä laajempi inflaatio, sitä syvemmälle oja on tullut.
InSAR-tulivuoren seuranta perustettiin ensin käyttämällä ERS-tietoja, jolloin tuotettiin interferogrammeja, jotka osoittivat Italian erittäin aktiivisen Etnan vuoren näyttävän "hengittävän" purkausten välillä. Ja Andien syrjäisissä osissa ilmeisesti sukupuuttoon tulivuoreista tehdyt interferogrammitutkimukset ovat osoittaneet maan liikkeen osoittavan, että jotkut niistä ovatkin edelleen aktiivisia.
”Tätä tekniikkaa käyttämällä on paljon mielenkiintoisia tutkimuslinjoja, mukaan lukien kysymys siitä, onko mahdollista ennustaa tulivuoren purkautumista, ja - tulisaneiden lähellä usein esiintyvien seismisten vikojen yhteydessä - kysymys siitä, seismiset aktiviteetit ja tulivuorenpurkaukset ovat linkitettyinä ”, Briole lisäsi.
”Tiimimme on nyt kiinnostunut karakterisoimaan Piton de la Fournaise niin tarkasti kuin pystymme, täydellisiin tekniikoihin, joita voimme myöhemmin soveltaa muihin tulivuoriin, ja jos mahdollista, lisäämään yritysostojen määrää osoittaaksesi, että InSAR-tulivuorien seurannalla on toimintapotentiaalia , antamalla varhaisvaroituksen pelastuspalvelun viranomaisille. "
Alkuperäinen lähde: ESA-lehdistötiedote
