Po strasznych uszkodzeniach tsunami spowodowanych trzęsieniem ziemi na Sumatrze w grudniu 2004 r. Naukowcy szukali strategii przewidywania przyszłych fal zabójców. Stacje naziemne w odległości kilku tysięcy kilometrów od trzęsienia ziemi mogą faktycznie zmierzyć swoje przemieszczenie za pomocą satelitów GPS. Jeśli przeprowadzą się wystarczająco, istnieje wysokie ryzyko tsunami.
Naukowcy uniwersyteccy korzystający z oprogramowania Global Positioning System (GPS) opracowanego przez NASA Jet Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornia, wykazali, że GPS może w ciągu kilku minut ustalić, czy trzęsienie ziemi jest wystarczająco duże, aby wygenerować tsunami na całym oceanie. Ta technologia finansowana przez NASA może służyć do szybszego ostrzegania przed tsunami.
Zespół kierowany przez dr Geoffreya Blewitta z Nevada Bureau of Mines and Geology and Seismological Laboratory, University of Nevada, Reno, wykazał, że prawdziwą wielkość dużego wstrząsu można ustalić w ciągu 15 minut przy użyciu danych GPS. Jest to o wiele szybsze niż jest to możliwe przy obecnych metodach.
„Ostrzeżenie przed tsunami to wyścig z czasem”, powiedział współautor dr Seth Stein, Wydział Nauk Geologicznych, Northwestern University, Evanston, Illinois. „Tsunami podróżują z prędkością odrzutowca, więc centra ostrzegania muszą w ciągu kilku minut dokładnie zdecydować, czy wydawać powiadomienia. Należy to zrobić wystarczająco szybko, aby ostrzeżenie zostało przekazane władzom w obszarach dotkniętych katastrofą, aby mogły one wdrożyć plany reagowania. Razem z danymi sejsmometru i boi oceanicznej GPS dodaje kolejne narzędzie, które może poprawić przyszłe oceny zagrożenia tsunami. ”
„Zawsze będziemy potrzebować sejsmologii jako pierwszego poziomu ostrzegania przed dużymi trzęsieniami ziemi i będziemy potrzebować boi oceanicznych, aby faktycznie wyczuć fale tsunami” - dodał Blewitt. „Zaletą włączenia GPS do systemów ostrzegawczych jest to, że szybko informuje, o ile porusza się dno oceanu, i że ta informacja może bezpośrednio wprawić modele w ruch w tsunami.”
Nowa metoda, zwana przemieszczeniem GPS, polega na pomiarze czasu, w którym sygnały radiowe z satelitów GPS docierają do stacji naziemnych znajdujących się w odległości kilku tysięcy kilometrów od trzęsienia ziemi. Na podstawie tych danych naukowcy mogą obliczyć, jak daleko przesunęły się stacje z powodu trzęsienia ziemi. Następnie mogą wyprowadzić model trzęsienia ziemi i prawdziwy rozmiar trzęsienia ziemi, zwany „wielkością momentu”. Wielkość ta jest bezpośrednio związana z potencjałem trzęsienia ziemi do generowania tsunami.
Jak ilustruje trzęsienie o sile 9,2-9,3 na Sumatrze z grudnia 2004 r., Obecne metody naukowe mają trudności z szybkim określeniem wielkości momentu dla bardzo dużych trzęsień. Trzęsienie to oszacowano najpierw na 8,0 przy użyciu technik sejsmologicznych zaprojektowanych do szybkiej analizy. Ponieważ techniki te opierają się na pierwszych zarejestrowanych falach sejsmicznych, mają tendencję do niedoceniania wstrząsów większych niż około 8,5. Jest to przybliżona wielkość potrzebna do wygenerowania dużych tsunami na całym oceanie. Wstępne oszacowanie było głównym powodem, dla którego centra ostrzegawcze na Pacyfiku znacznie nie doceniły potencjału tsunami trzęsienia ziemi.
Potencjał GPS w przyczynianiu się do ostrzeżenia o tsunami ujawnił się po trzęsieniu ziemi na Sumatrze. Pomiary GPS wykazały, że trzęsienie ziemi trwale przesunęło grunt o ponad 1 centymetr (0,4 cala) tak daleko jak Indie, około 2000 kilometrów (1200 mil) od epicentrum. „Przy takich sygnałach trzęsienie ziemi tak ogromne nie może się ukryć” - powiedział Blewitt. „Postawiliśmy hipotezę, że jeśli dane GPS mogłyby być analizowane szybko i dokładnie, szybko wskazałyby prawdziwy rozmiar trzęsienia ziemi i potencjał tsunami”.
Aby przetestować wykonalność tego podejścia, naukowcy wykorzystali oprogramowanie do przetwarzania danych satelitarnych NASA do analizy danych z 38 stacji GPS zlokalizowanych w różnych odległościach od epicentrum trzęsienia sumatry. Oprogramowanie wskazuje dokładną lokalizację stacji z dokładnością do 7 milimetrów (0,3 cala). Wykorzystano tylko dane, które były dostępne w ciągu 15 minut od trzęsienia ziemi. Wyniki wskazały, że większość stałych przemieszczeń gruntu nastąpiła w ciągu kilku minut od przybycia pierwszych fal sejsmicznych. Ich analiza wywnioskowała model trzęsienia ziemi o sile 9,0, bardzo zbliżonej do ostatecznej obliczonej wielkości trzęsienia ziemi.
„Modelowanie trzęsień ziemi za pomocą GPS wymaga niezawodnej zdolności do przewidywania w czasie rzeczywistym, gdzie satelity GPS znajdują się w przestrzeni kosmicznej, z dużą precyzją, co robi nasze oprogramowanie” - powiedział dr Frank Webb, geolog JPL. „Ta technika poprawia szybkie oszacowanie prawdziwej wielkości wielkich trzęsień ziemi i rozwija możliwości modelowania tsunami w czasie rzeczywistym.”
Wyniki badań zostały opublikowane w Geophysical Research Letters.
JPL jest zarządzany dla NASA przez California Institute of Technology.
Oryginalne źródło: NASA / JPL News Release
