Opprinnelig utviklet for å finne angripende fly under andre verdenskrig, kan dagens avanserte radarteknologi oppdage et veldig annet bevegelig mål: forskyvninger av jordskorpen som oppstår like sakte som veksten av neglene.
Radardata fra satellitter som ESAs Envisat brukes til å konstruere ‘interferogrammer’ som viser millimeterskala landbevegelser. Disse regnbuehulete bildene gir forskere ny innsikt i tektonisk bevegelse, og en forbedret evne til å beregne farer som oppstår når denne sakte bevegelse setter fart, i form av jordskjelv eller vulkansk aktivitet.
Den ti-instrumenters nyttelasten på Envisat inkluderer et Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) instrument designet for å skaffe radarbilder av jordoverflaten. En del av Envisats tildelte ‘bakgrunnsoppdrag’ når den går i bane rundt verden hvert 100 minutt, er å prioritere ASAR-anskaffelser over de seismiske beltene som dekker 15% av landoverflaten.
”Når Envisat fullfører sitt nominelle fem-årige oppdrag, bør vi ha en tilfredsstillende mengde bilder over alle seismiske belter,” sa professor Barry Parsons fra Centre for the Observation and Modelling of Earthquake and Tectonics ved Oxford University.
“For å oppdage den fine bakkedeformasjonen vi er interessert i, krever vi gjentatte radarbilder av hvert nettsted. Deretter kombinerer vi par bilder sammen ved å bruke en teknikk som kalles SAR interferometry, eller InSAR for kort, for å vise enhver endring mellom anskaffelser. ” (For mer informasjon se lenke: Hvordan fungerer interferometri?)
For å måle den langsomme oppbyggingen av belastningen nøyaktig når tektoniske plater beveger seg mot hverandre langs jordens seismiske belter, kombineres flere interferogrammer, som krever mange individuelle SAR-bilder.
"Årsaken til dette er å minimere all interferanse i atmosfæren, relativt til det lille skorpedeformasjonssignalet vi er interessert i," la Parsons til. “Ved å bruke data fra Envisats forgjenger ERS, har gruppen vår nylig målt tektoniske bevegelser over det vestlige Tibet med en nøyaktighet på noen få millimeter per år. Resultatene viser at slipprater over de største feilene i regionen er mye mindre enn man tidligere hadde trodd, og at det tibetanske platået deformeres som en væske. ”
InSAR kan også brukes til å analysere mye mer brå bevegelse i bakken: Forskere har nylig benyttet Envisat-data for å kartlegge deformasjon av bakken assosiert med den ekstremt aktive vulkanen Piton de la Fournaise på R Union i Indiahavet, og for å identifisere feilen som forårsaket Irans Bam-jordskjelv i desember 2003.
Finner feil etter Bam-katastrofen
Mer enn 26000 mennesker ble drept 26. desember 2003, da et jordskjelv på 6,3 rikere skala ødela den iranske oase-byen Bam. Dens gamle citadell? utpekt et verdensarvsted? kollapset i steinsprut. Charter on Space and Major Disasters ble aktivert slik at romfartøy inkludert Envisat skaffet seg bilder for å støtte internasjonal hjelpearbeid.
Etter Envisats bakgrunnsoppdrag hadde det blitt skaffet et bilde før jordskjelvet av Bam-området 3. desember 2003, og dette ble kombinert med et bilde etter jordskjelvet ervervet 7. januar 2004? den tidligste gjenanskaffelsesdatoen mulig på grunn av Envisats 35-dagers globale dekning? å utføre InSAR.
"Dette er første gang Envisat-data ble brukt til å produsere et interferogram etter et stort jordskjelv," sa Parsons, en del av et internasjonalt team som studerer Bamskjelvet, inkludert deltakere fra Geological Survey of Iran og US Jet Propulsion Laboratory.
Resultatene var overraskende, og konstaterte at mens Bam ligger i et seismisk belte, hadde dette skjelvet kommet fra et punkt ingen hadde forventet. Iran er som å fylle ut en geologisk sandwich mens den arabiske tallerkenen går videre til Eurasia, og så mange seismiske feil oppstår på territoriet. Det mest bemerkelsesverdige er at Gowk-feilen vest for Bam har hatt flere store skjelv på den i løpet av de to siste tiårene.
Imidlertid viste interferogrammet fra Envisat Bam-skjelvet hadde resultert fra brudd på en tidligere uoppdaget feil som strekker seg under den sørlige delen av byen, og dens eksistens savnet av grunnundersøkelser. Feilen dukket opp som et distinkt bånd av diskontinuitet i interferogrammet, mens bevegelsen på hver side av det varierte fra rundt fem opp til så høyt som 30 centimeter.
I tillegg til å fremheve slike overflateendringer, kan InSAR-resultater brukes til indirekte å kikke seg under bakken, med programvaremodeller som beregner hvilke geologiske forekomster som passer til overflatehendelsene. Med Bam fant de at en glid på over to meter hadde funnet sted i en gjennomsnittlig dybde på 5,5 kilometer, langs en tydelig type feil.
Kommer rundt igjen
Jo mer presist et romfares posisjon kan kontrolleres, jo mindre er InSAR-baseline-basen - den romlige avstanden mellom innledende og oppfølgende bildekjøp - og desto bedre kvalitet på det endelige interferogrammet. Under Envisats første Bam-besøk var baseline stor nok til at det var nødvendig med ERS digitale høydedata for å trekke fra topografiske effekter forårsaket av en forskjøvet synsvinkel.
For sin påfølgende revisjon, 35 dager senere, var imidlertid styringen av romfartøyet så presis at det ikke var nødvendig med noen topografisk kompensasjon, noe som representerte en formidabel operasjonell prestasjon for Envisat.
“Vårt flydynamikk-team har beregnet en nøyaktighet på 93 cm ved å bruke presise resultater for banebestemmelse fra DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) og laserviddeobservasjoner,” uttalte Envisat romfaresjef Andreas Rudolph.
“Spesielle bane manøvrer ble krevd for å oppnå denne nøyaktigheten, sammen med hardt arbeid fra team ved European Space Operations Center (ESOC) her i Tyskland og European Space Research Institute (ESRIN) i Italia? for ikke å nevne litt flaks! ”
Kartlegger en aktiv vulkan
Radarinterferometri brukes til å studere jordskjelv så vel som vulkaner - Envisat har samlet inn data om ett ekstremt livlig eksempel på det siste.
Stående 2631 meter over Det indiske hav, er ikke vulkanen Piton de la Fournaise plassert langs seismiske belter eller den tilhørende ‘Ring of Fire’, men? som Hawaii på den andre siden av planeten? den er plassert over en magma ‘hotspot’ i jordens mantel.
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) driver et vulkanobservatorium på stedet for å overvåke utbrudd og tilhørende aktivitet.
“Vi har observert denne basaltiske vulkanen de siste 25 årene? det er en av de mest aktive vulkanene i verden, ”kommenterte Pierre Briole i IPGP. De siste seks årene har det vært 13 utbrudd, med en gjennomsnittlig varighet på en måned. Mellom 1992 og 1998 var en stille tid, mens åtte utbrudd skjedde mellom 1984 og 1992. ”
Dype underjordiske prosesser driver overflaten vulkansk aktivitet? lavasprekker og utbrudd forekommer på grunn av lavakanaler eller ‘diker’ som strekker seg opp fra magamkamre med høyt trykk. Bakken deformasjon enten opp eller ned i nærheten av en vulkan gir innsikt i hva som foregår under jorden, men inntil nylig var mengden bakkepunkter som kunne måles svært begrenset.
"Tilbake i tiden med bakkebaserte geodetiske instrumenter tok det flere uker å måle koordinatene til kanskje 20 poeng, til en nøyaktighet på omtrent en centimeter," husket Briole. ”Så på begynnelsen av 1990-tallet kom GPS (Global Positioning System). Ved hjelp av GPS kunne vi øke antall poeng målt ti ganger i løpet av en ukes lang kampanje, ned til en halv centimeter nøyaktighet. Men bakkedeformasjonen forårsaket av et utbrudd er typisk ekstremt lokalisert i verdensrommet, og disse 200 punktene er spredt over vulkanens område. "
Det tok en annen rombasert teknologi for å forbedre GPS: interferogrammer av Piton de la Fournaise, basert på mer enn 60 Envisat-bilder anskaffet i løpet av det siste året. IPGP er en del av et team som bruker dataene som også inkluderer deltakere fra Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) og R? Union universiteter.
"Vi er heldige med Piton de la Fournaise, fordi den avsidesliggende beliggenheten midt i havet betyr at det ikke er noen sammenstøt med andre potensielle Envisat-mål, og derfor får vi flere anskaffelser enn de fleste av de andre brukerne av ASAR-bilder," la Briole til . “InSAR fra Envisat har vist seg å være et ekstremt kraftig verktøy for oss, fordi det gir en veldig høy tetthet av informasjon over hele vulkanen.
"Med nye utbrudd som skjer så ofte, kunne ikke våre bakkekampanjer holde tritt, men interferometri gir oss data om hvert utbrudd. Og mens vulkanen er veldig vanskelig sted å operere i? ofte med dårlig sikt fra været og en veldig bratt østflanke? alle deler av vulkanen ned til vegetasjonslinjen er tilgjengelige med InSAR. ”
InSAR avslører et mønster av grunninflasjon i månedene før et nytt utbrudd, når trykket i magma-kammeret øker. Etter et utbrudd avtar trykket og deflasjonen oppstår.
Lokaliserte deformasjoner som oppstår når magadiker forplanter seg og når overflaten, blir også avslørt. Omfanget av deformasjonen assosiert med en ny sprekk indikerer dybden som den kommer fra? jo bredere inflasjonen, jo dypere har diken kommet fra.
InSAR-vulkansk overvåking ble først etablert ved å bruke ERS-data, og produserte interferogrammer som viser Italias meget aktive Mount Etna som ser ut til å puste mellom utbrudd. Og interferogramundersøkelser av tilsynelatende utdødde vulkaner langs avsidesliggende deler av Andesfjellene har vist bevegelse på bakken som indikerer at noen faktisk fortsatt er aktive.
"Det er mange interessante undersøkelseslinjer ved bruk av denne teknikken, inkludert spørsmålet om det er mulig å forutsi når en vulkan skal utbryte, og - med seismiske feil som ofte oppstår i nærheten av vulkaner - spørsmålet om seismisk aktivitet og vulkanutbrudd er koblet, ”la Briole til.
”For nå er teamet vårt interessert i å karakterisere Piton de la Fournaise så nøyaktig som vi kan, til perfekte teknikker vi senere kan bruke på vulkaner andre steder og om mulig å øke antall anskaffelser for å demonstrere at InSAR-overvåking av vulkaner har et operasjonelt potensial , som gir tidlig advarsel for sivilbeskyttelsesmyndighetene. ”
Originalkilde: ESA News Release
