Как космические спутники помогают ученым получать данные о Земле

Мар 28, 2024 / 10:40

Валентин Михайлов, член-корреспондент Российской академии наук, рассказал о том, как космические спутники помогают ученым получать ранее недоступные данные о событиях на Земле. Он подчеркнул, что космонавтика и использование космической техники стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.

Как космические спутники помогают ученым получать данные о Земле

Проведя беседу со специалистом, наш корреспондент выяснил, что использование спутников позволяет ученым получить информацию о процессах на Земле, в том числе предсказывать землетрясения. В научном сообществе существуют различные точки зрения: от скептической, отрицающей возможность прогнозирования землетрясений, до утверждений о том, что с помощью GPS и современных технологий это вполне возможно.

Михайлов отметил, что несмотря на некоторый прогресс в этой области, точного предсказания землетрясений пока никто не способен дать. Для прогнозирования землетрясения необходимо ответить на вопросы о месте, времени и магнитуде происшествия, что сегодня считается технически невозможным. Однако он подчеркнул, что спутниковые методы активно применяются в геологии и геофизике, что открывает новые возможности для изучения процессов нашей планеты.

Все началось с оптических снимков, которые позволяли увидеть не только изменения ландшафтов, но и выявлять современные и древние разломы. Однако у оптических снимков был существенный недостаток: они могли быть получены только при дневном свете и без облачности.

Для того чтобы сделать мониторинг непрерывным и независимым от времени суток и погодных условий, было принято решение использовать радиолокационные данные. Специальные радиолокаторы были созданы, и научное сообщество продвинулось дальше в своих исследованиях.

Фаза сигнала, отраженного от Земли и возвращенного на спутник, содержит информацию о расстоянии между поверхностью Земли и спутником. Анализ фазы отраженных сигналов позволяет строить цифровые модели рельефа как конкретных районов, так и всей планеты в целом.

Ранее для создания карт рельефа требовались годы работы с использованием теодолита и нивелира. Были разработаны и созданы глобальные цифровые модели рельефа.

Однако исследователи пошли дальше: провели повторные съемки одного и того же участка местности с целью удаления фазового сдвига, связанного с рельефом. Но фазы сигналов на повторных съемках не совпадали, что объяснялось изменением условий прохождения сигнала через атмосферу и другими факторами.

Главная причина заключается в том, что отражающие объекты перемещаются за время между повторными съемками. Путем анализа разности фаз отраженных сигналов на последовательных спутниковых снимках и применения соответствующих коррекций, учитывающих рельеф и атмосферные эффекты, решается задача построения точных цифровых моделей рельефа.

Этот подход позволяет получать более детальные и надежные данные о местности и ее изменениях, что находит применение в различных областях, включая геологию, геодезию, экологию и географию.

Таким образом, развитие радиолокационных технологий способствует улучшению нашего понимания мира и природных явлений, расширяет возможности практического применения геоинформационных систем и способствует прогрессу в научных исследованиях.

Спутниковая радарная интерферометрия – это метод, который позволяет оценивать даже малейшие смещения земной поверхности на обширных территориях. Этот метод является ключевым инструментом для дальнейших исследований, так как он позволяет выявлять тектонические сдвиги.

Однако использование спутников для определения смещений не означает предсказание землетрясений. Суть метода заключается в том, что по данным радарных снимков до и после землетрясений можно построить карту смещений на поверхности земли.

В результате землетрясения в Турции прошлого года исследователи использовали спутниковые снимки для создания карты смещений размером около 100 на 100 км с точностью до сантиметров. Эта карта позволяет увидеть, какие разломы были вскрыты, а какие остались целыми.

Однако интерпретация этих данных может быть различной. Например, «американские» исследователи пришли к выводу, что в месте, где произошло землетрясение в феврале 2023 года, возможно новое землетрясение с магнитудой в шесть баллов, так как разрыв разлома не пересекался с предыдущим землетрясением от января 2020 года.

В то время как у других коллег разрыв был длиннее и перекрывался с предыдущим разрывом, что, по их мнению, исключает вероятность нового землетрясения в этом месте.

Таким образом, спутниковая радарная интерферометрия предоставляет ценные данные для изучения тектонических процессов и сейсмической активности, но их интерпретация требует комплексного подхода и анализа.

Мы утверждали, что здесь ничего не произойдет, и время доказало, что мы были правы. Возможно наличие какого-то прогноза до определенной степени, так как мы можем определить поверхность разлома, смещение на ней и тем самым предположить, как изменятся напряжения в земной коре в области эпицентра землетрясения, могут ли они привести к усилению напряжений на соседних разломах или нет. Это один из методов, когда можно оценить перспективы активизации разломов по изменению напряжений.

Вы упомянули GPS. Сейчас они установлены во многих сейсмоактивных зонах, но редко их можно использовать для просмотра предвестников смещений перед землетрясениями. Очень редко это происходит. Мы всегда говорим о движении тектонических плит.

Однако они не идеально гладкие и ровные, нет. Они, мягко говоря, сталкиваются друг с другом своими зубчатыми краями, и когда одна плита подходит к другой, это происходит даже с трением. Контакт между плитами не идеален. Более того, сами плиты не однородны по внутренней структуре.

Например, известный разлом «Сан-Андреас», простирающийся через всю территорию Калифорнии, ведет очень сложную жизнь. На нем есть участки, которые тесно соединены, словно прикреплены гвоздем. Итак, когда движутся две соседние плиты, на разных участках их контакта сцепление различно. Там, где участки скреплены тесно, будут накапливаться напряжения, которые в определенный момент вызовут разлом, и произойдет смещение по обеим сторонам разлома.

Таким образом, с использованием космической геодезии можно выявить области с накоплением напряжения, а также те, где напряжения частично или полностью рассеиваются за счет смещений, что позволяет снять угрозу.

Космическая геодезия выявила особенное явление в областях сейсмических брешей, которое получило название «тихих землетрясений». Для лучшего понимания этого явления следует рассмотреть зоны субдукции, где одна тектоническая плита погружается под другую. В этих зонах обычно происходят сильные землетрясения.

Однако часто между зонами субдукции на больших расстояниях остаются участки, где землетрясений длительное время не наблюдалось. Именно такие участки считаются сейсмическими брешами, где возможно возникновение землетрясений. С использованием методов космической геодезии иногда удается обнаружить относительно медленные смещения на подобных участках, которые способны снимать напряжения, но не вызывать заметных сотрясений.

Эти тихие смещения могут играть роль в распределении напряжений и предотвращении более сильных землетрясений. Японские ученые были среди первых, кто обнаружил это явление с помощью космической геодезии. Установив сеть приемников GPS, они выявили области, где смещения происходят медленно и плавно, что помогает предотвращать более разрушительные землетрясения.

В Японии крайне важна мониторинговая сеть станций GPS, несущая ценную информацию о движениях земной коры. Отслеживание этих данных позволяет проводить более точный анализ сейсмической активности и улучшать предсказание потенциальных землетрясений.

По сравнению с классическими методами наземной геодезии, которые применяются на небольших участках, космическая геодезия позволяет построить глобальную систему мониторинга движения тектонических плит. С ее помощью определены скорости и относительные смещения геологических структур, что является важным компонентом для анализа сейсмической опасности.

Хотя методы космической геодезии не способны предсказать землетрясения наперед, они предоставляют ценные данные для понимания и оценки сейсмической активности. Необходимо отметить, что разрушения в некоторых случаях могут быть вызваны не только землетрясениями, но и оползнями, что подчеркивает важность непрерывного мониторинга и анализа геодинамических процессов.

Изучение землетрясений и оползней с помощью космических технологий представляет собой важное направление научных исследований. Один из примеров использования данных спутниковых наблюдений – мониторинг оползней на склонах в районе Большого Сочи. В этом регионе активно ведется строительство, включая проекты на оползневых склонах. Недавно произошел случай схода почти целиком коттеджного поселка с оползневого склона в с. Сергей-Поле. Благодаря данным спутниковой съемки специалисты заранее отслеживали движения склона, что позволило избежать жертв.

Подобные наблюдения также ведутся над калийными рудниками, в частности в Пермском крае, где происходят провалы в результате оседаний. Инженеры следят за движениями земли, чтобы предотвратить чрезвычайные ситуации. Важной задачей является также мониторинг активности вулканов. Например, на вулкане Шивелуч наблюдалось поднятие одного из склонов на 40 сантиметров, что может свидетельствовать о внедрении магмы. Используя данные спутниковых съемок и моделирование, ученые стремятся прогнозировать возможные извержения. Трещинные извержения, когда магма не достигает поверхности, также изучаются с помощью спутниковой радарной интерферометрии.

Кроме того, методы спутниковых технологий активно применяются в строительстве. Например, в Санкт-Петербурге при прокладке новой линии метро специалисты обратились к спутниковым данным для оценки рисков оседаний зданий в районе строительства.

Таким образом, использование космических технологий позволяет предотвращать чрезвычайные ситуации, экологические катастрофы и обеспечивать безопасность населения в различных регионах мира.

По материалам: www.interfax.ru