Спутники скоро смогут предсказывать землетрясения и извержения вулканов

Спутники скоро смогут предсказывать землетрясения и извержения вулканов

Геофизики, как правило, должны оставаться на земле, чтобы следить за такими явлениями как извержения вулканов и землетрясения. Однако, возможно, гораздо более эффективный и  быстрый метод их прогнозирования связан с космосом: использование спутников для наблюдения за провалами и выпуклостями на поверхности земли может помочь выявить пути подземных потоков магмы и положение скрытых линий разломов, а также  объяснить, каким образом землетрясения меняют баланс тектонических плит планеты. Этот метод может позволить ученым делать более точные и своевременные прогнозы, спасая тем самым многие жизни.

Внешний слой земной коры состоит из тектонических плит, плавающих над слоем расплавленной породы, и имеющих толщину около 250 километров. Плиты иногда внезапно смещаются, расходятся или сходятся, создавая землетрясения или вызывая в некоторых местах извержение жидкой породы на поверхность планеты через вулканы.

Многочисленные угрозы, подобные этим, существуют во всем мире, и во многих случаях они в настоящее время вообще не отслеживаются, потому что не проявлялись в течение какого-то времени или потому, что расположены в бедных развивающихся странах. В других случаях сигналы просто слишком слабые и нечеткие, чтобы их можно было заметить здесь, на земле. Так, например, извержение японского вулкана Онтаке в 2014 году произошло без всякого предупреждения после многих лет минимальной активности, а в результате погибли 63 человека.

Теперь ученые могут получать глобальную картину благодаря интерферометрическим радиолокационным станциям с синтезированной апертурой (InSAR). Новый метод предусматривает развертывание радиолокационных устройств на спутниках и использование сравнительных изображений, полученных через определенный интервал времени, для визуализации общего движения поверхности земли. Такие измерения обладают чрезвычайно высокой точностью, до нескольких миллиметров.

В прошлом интервалы между измерениями были весьма существенными, но в настоящее время спутники-близнецы Европейского космического агентства Sentinel-1 выполняют свою задачу, обеспечивая охват всей поверхности планеты за счет непрерывных измерений InSAR. Британский исследовательский консорциум под названием COMET занимается анализом показаний, полученных со спутников.

Геофизики обычно изучают движение тектонических плит и связанные с их смещением опасности, устанавливая в скалах GPS-устройства, чтобы отслеживать поверхностное движение, либо фиксируя уровень вибраций с помощью сейсмометров, а также путем измерения выбросов газов, например, диоксида серы, сигнализирующих о движении магмы под этим местом. Эти традиционные методы дают узкую локальную информацию о состоянии крошечной части поверхности Земли.

Спутники с локаторами InSAR доказали свою полезность для геологии после того, как ученым удалось использовать изображения с радаров для мониторинга извержения вулкана в Исландии в 2014 году, а также землетрясения магнитудой 7,86 в Новой Зеландии в 2016-м. В обоих случаях подземные движения, происходившие  накануне этих событий, оказались удивительными для ученых. Это показывает, что геологическим катаклизмам предшествуют более сложные взаимодействия тектонических плит, чем предполагалось ранее. Кроме того, это служит доказательством того, что изображения с радаров InSAR могут помочь людям понять и предсказать приближение опасности, даже не будучи уверенными, что именно произойдет.

Изображения COMET и InSAR, вероятно, будут обеспечивать ученых данными о деформациях земной поверхности, связанных приблизительно с 40 землетрясениями в год. Ранее ученые располагали информацией лишь о нескольких землетрясениях, часть из которых повторяются лишь раз в 10 тысяч лет. Хотя обычно на карты наносятся линии разломов на основе записей, полученных во время землетрясений, эти данные являются неполными. Обладая новыми, более обширными и точными сведениями, ученые, скорее всего, обнаружат скрытые линии разломов.

Геофизики из COMET и других институтов также используют изображения с радаров InSAR  для наблюдения за медленно движущейся землей и грязью, которая может внезапно ускорить движение и превратиться в смертоносные оползни. Недавно было проведено наблюдение за оползнем в Китае, которое продемонстрировало, что с помощью изображений со спутников Sentinel-1 можно обнаружить сигналы о надвигающейся опасности еще до начала смещения почвы.

Ученые COMET планируют отслеживать значительную часть существующих угроз, благодаря широкому покрытию этой новой технологии, а также обработать ранее полученные данные. После этого они намерены разработать алгоритм для анализа данных в режиме реального времени, чтобы повысить эффективность системы раннего предупреждения.

Хотя эта система все же не будет работать абсолютно во всех случаях, полевые работы должны помочь заполнить пробелы. В целом этот комплексный подход, возможно, означает вступление человечества в «эпоху глобальной вулканологии», о которой сказал в интервью New Scientist Мэттью Притчард из университета Корнелла в Нью-Йорке.