Awalnya dikembangkan untuk menentukan pesawat penyerang semasa Perang Dunia Kedua, teknologi radar canggih hari ini dapat mengesan sasaran bergerak yang sangat berbeza: pergeseran kerak Bumi yang berlaku dengan perlahan seperti pertumbuhan kuku jari anda.
Data radar dari satelit seperti Envisat ESA digunakan untuk membina ‘interferogram’ yang menunjukkan pergerakan tanah berskala milimeter. Gambar-gambar pelangi ini memberikan saintis pandangan baru mengenai gerakan tektonik, dan kemampuan yang lebih baik untuk mengira bahaya yang timbul ketika gerakan perlahan ini mempercepat, dalam bentuk gempa bumi atau aktiviti gunung berapi.
Muatan sepuluh instrumen di Envisat termasuk instrumen Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) yang direka untuk memperoleh gambar radar permukaan Bumi. Sebahagian daripada ‘misi latar belakang’ yang ditugaskan oleh Envisat kerana mengorbit dunia setiap 100 minit adalah mengutamakan pemerolehan ASAR daripada tali pinggang seismik yang meliputi 15% permukaan tanah.
"Pada saat Envisat menyelesaikan misi lima tahun nominalnya, kita harus memiliki sejumlah gambar yang memuaskan di semua tali pinggang seismik," kata Profesor Barry Parsons dari Pusat Pengamatan dan Pemodelan Gempa dan Tektonik di Universiti Oxford.
"Untuk mengesan ubah bentuk tanah halus yang kami minati, kami memerlukan gambar radar berulang dari setiap laman web. Kami kemudian menggabungkan sepasang gambar bersama-sama menggunakan teknik yang disebut SAR interferometry, atau InSAR secara ringkas, untuk menunjukkan perubahan antara pemerolehan. " (Untuk maklumat lebih lanjut lihat pautan: Bagaimana interferometri berfungsi?)
Untuk mengukur ketegangan regangan yang perlahan ketika plat tektonik bergerak satu sama lain di sepanjang tali pinggang seismik Bumi, pelbagai interferogram digabungkan, memerlukan banyak gambar SAR individu.
"Sebabnya adalah untuk meminimumkan gangguan atmosfera, berbanding dengan isyarat ubah bentuk kerak kecil yang kami minati," tambah Parsons. "Dengan menggunakan data dari ERS pendahulu Envisat, kumpulan kami baru-baru ini mengukur pergerakan tektonik melintasi Tibet barat dengan ketepatan beberapa milimeter per tahun. Hasilnya menunjukkan bahawa kadar tergelincir pada kesalahan besar di wilayah ini jauh lebih kecil daripada yang disangka sebelumnya dan bahawa dataran tinggi Tibet berubah bentuk seperti cairan. "
InSAR juga dapat digunakan untuk menganalisis gerakan darat yang jauh lebih mendadak: penyelidik baru-baru ini menggunakan data Envisat untuk memetakan deformasi tanah yang berkaitan dengan gunung berapi Piton de la Fournaise yang sangat aktif di Pulau R? Union di Lautan Hindi, dan untuk mengenal pasti kesalahan yang menyebabkan gempa Bam Iran pada Disember 2003.
Mencari kesalahan selepas bencana Bam
Lebih daripada 26000 orang terbunuh pada 26 Disember 2003, ketika gempa skala 6.3 skala Richter menghancurkan kota oasis Iran, Bam. Benteng kuno? ditetapkan sebagai tapak Warisan Dunia? runtuh menjadi runtuhan. Piagam Angkasa dan Bencana Besar diaktifkan sehingga kapal angkasa termasuk Envisat memperoleh gambar untuk menyokong usaha bantuan antarabangsa.
Mengikuti misi latar belakang Envisat, gambar sebelum gempa telah diperoleh di sekitar Bam pada 3 Disember 2003, dan ini digabungkan dengan gambar pasca gempa yang diperoleh 7 Januari 2004? tarikh pemerolehan semula paling awal yang mungkin disebabkan oleh liputan global Envisat selama 35 hari? untuk melaksanakan InSAR.
"Ini adalah pertama kalinya data Envisat digunakan untuk menghasilkan interferogram berikutan gempa besar," kata Parsons, bagian dari pasukan internasional yang mempelajari gempa Bam termasuk peserta dari Geologi Survey Iran dan US Jet Propulsion Laboratory.
Hasilnya mengejutkan, membuktikan bahawa sementara Bam berada di tali pinggang seismik, gempa ini datang dari titik yang tidak diharapkan oleh siapa pun. Iran seperti mengisi sandwic geologi ketika piring Arab menuju ke Eurasia, dan begitu banyak kesalahan seismik terjadi di wilayahnya. Paling ketara, kesalahan Gowk yang terletak di sebelah barat Bam telah mengalami beberapa gempa besar di atasnya selama dua dekad terakhir.
Bagaimanapun, interferogram Envisat menunjukkan gempa Bam berpunca dari pecahnya kesalahan yang sebelumnya tidak dapat dikesan yang meluas di bahagian selatan bandar, keberadaannya terlepas dari tinjauan darat. Kesalahan itu muncul sebagai jalur diskontinuiti yang berbeza dalam interferogram, dengan gerakan di kedua-dua sisinya dari sekitar lima hingga setinggi 30 sentimeter.
Serta menyoroti perubahan permukaan tersebut, hasil InSAR dapat digunakan untuk mengintip secara tidak langsung di bawah tanah, dengan model perisian menghitung kejadian geologi apa yang sesuai dengan kejadian permukaan. Dengan Bam mereka mendapati slip melebihi dua meter telah terjadi pada kedalaman rata-rata 5.5 kilometer, di sepanjang jenis kesalahan yang berbeza.
Akan datang lagi
Semakin tepat kedudukan kapal angkasa dapat dikendalikan, semakin kecil garis dasar gambar InSAR - jarak spasial antara pemerolehan gambar awal dan tindak lanjut - dan semakin baik kualiti interferogram akhir. Semasa awal Envisat, Bam meninjau semula garis dasarnya cukup besar sehingga data ketinggian digital ERS diperlukan untuk mengurangkan kesan topografi yang disebabkan oleh sudut pandangan yang berubah.
Namun untuk kajian semula berikutnya, 35 hari kemudian, kemudi kapal angkasa begitu tepat sehingga tidak diperlukan pampasan topografi, yang mewakili pencapaian operasi yang luar biasa bagi Envisat.
"Pasukan Dynamics Penerbangan kami telah menghitung ketepatan 93 cm menggunakan hasil penentuan orbit yang tepat dari DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) dan pemerhatian jarak jauh laser," kata Pengurus Kapal Angkasa Envisat Andreas Rudolph.
"Manuver orbit khas diperlukan untuk mencapai ketepatan ini, bersama dengan kerja keras dari pasukan di Pusat Operasi Angkasa Eropah (ESOC) di sini di Jerman dan Institut Penyelidikan Angkasa Eropah (ESRIN) di Itali? apatah lagi sedikit keberuntungan! "
Meninjau gunung berapi aktif
Radar interferometri digunakan untuk mengkaji gempa bumi dan juga gunung berapi - Envisat telah mengumpulkan data mengenai salah satu contoh yang terakhir.
Berdiri 2631 meter di atas Lautan Hindi, gunung berapi Piton de la Fournaise tidak terletak di sepanjang tali pinggang seismik atau ‘Ring of Fire’ yang berkaitan tetapi? seperti Hawaii di seberang planet ini? ia terletak di atas magma 'hotspot' di mantel Bumi.
Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) mengendalikan Observatorium Gunung Berapi di tempat untuk memantau letusan dan aktiviti yang berkaitan.
"Kami telah memerhatikan gunung berapi basal ini selama 25 tahun terakhir? ia adalah salah satu gunung berapi paling aktif di dunia, ”komentar Pierre Briole dari IPGP. "Dalam enam tahun terakhir terdapat 13 letusan, dengan jangka masa rata-rata satu bulan. Antara tahun 1992 dan 1998 adalah waktu yang tenang, sementara lapan letusan berlaku antara tahun 1984 dan 1992. "
Proses bawah tanah mendorong aktiviti gunung berapi permukaan? retakan lava dan letusan berlaku kerana saluran lava atau 'tanggul' yang memanjang dari ruang magma tekanan tinggi. Deformasi tanah sama ada naik atau turun di sekitar gunung berapi memberikan pandangan mengenai apa yang berlaku di bawah tanah, tetapi sehingga baru-baru ini jumlah titik tanah yang dapat diukur sangat terhad.
"Kembali pada masa instrumen geodetik darat memerlukan beberapa minggu untuk mengukur koordinat mungkin 20 titik, hingga ketepatan sekitar satu sentimeter," teringat Briole. “Kemudian pada awal 1990-an muncul Sistem Penentududukan Global (GPS). Dengan menggunakan GPS, kita dapat meningkatkan jumlah titik yang diukur sepuluh kali lipat selama satu minggu kempen, hingga ketepatan setengah sentimeter. Tetapi ubah bentuk tanah yang disebabkan oleh letusan biasanya sangat dilokalisasi di ruang angkasa, dan 200 titik ini tersebar di seluruh kawasan gunung berapi. "
Diperlukan satu lagi teknologi berasaskan ruang untuk memperbaiki GPS: interferogram Piton de la Fournaise, berdasarkan lebih daripada 60 gambar Envisat yang diperoleh sepanjang tahun lalu. IPGP adalah sebahagian daripada pasukan yang menggunakan data yang juga meliputi peserta dari Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) dan R? Union University.
"Kami bernasib baik dengan Piton de la Fournaise, kerana lokasinya yang terpencil di tengah lautan bermaksud tidak ada bentrokan dengan sasaran Envisat lain yang berpotensi, dan oleh itu kami mendapat lebih banyak pemerolehan daripada kebanyakan pengguna gambar ASAR yang lain," tambah Briole . "InSAR dari Envisat telah membuktikan alat yang sangat kuat bagi kami, kerana ia memberikan kepadatan maklumat yang sangat tinggi di seluruh gunung berapi.
"Dengan letusan baru sering terjadi, kempen darat kami tidak dapat berjalan lancar tetapi interferometri memberi kami data mengenai setiap letusan. Dan semasa gunung berapi adalah tempat yang sangat sukar untuk beroperasi? sering dengan penglihatan yang buruk dari cuaca dan sayap timur yang sangat curam? semua bahagian gunung berapi hingga ke garisan tumbuh-tumbuhan dapat diakses dengan InSAR. "
InSAR mengungkapkan pola inflasi tanah pada bulan-bulan sebelum letusan baru, ketika tekanan di ruang magma meningkat. Berikutan letusan tekanan menurun dan deflasi berlaku.
Juga dinyatakan terdapat ubah bentuk setempat yang berlaku ketika tanggul magma merambat dan sampai ke permukaan. Sejauh mana ubah bentuk yang berkaitan dengan celah baru menunjukkan kedalaman asal usulnya? semakin luas inflasi, semakin rendah tanggul itu berasal.
Pemantauan gunung berapi InSAR pertama kali dibuat menggunakan data ERS, menghasilkan interferogram yang menunjukkan Gunung Etna yang sangat aktif di Itali nampaknya 'bernafas' antara letusan. Dan tinjauan interferogram gunung berapi yang kelihatan hampir pupus di bahagian-bahagian terpencil Andes telah menunjukkan pergerakan tanah yang menunjukkan sebahagiannya masih aktif.
"Terdapat banyak pertanyaan yang menarik menggunakan teknik ini, termasuk persoalan apakah mungkin untuk meramalkan kapan gunung berapi akan meletus, dan - dengan kesalahan seismik yang sering terjadi di dekat gunung berapi - persoalan apakah aktiviti seismik dan letusan gunung berapi dihubungkan, ”tambah Briole.
"Buat masa ini pasukan kami berminat untuk mencirikan Piton de la Fournaise seakurat yang kami dapat, untuk menyempurnakan teknik yang kemudian dapat kami terapkan ke gunung berapi di tempat lain dan jika mungkin untuk meningkatkan jumlah pemerolehan sehingga dapat menunjukkan bahawa pemantauan gunung berapi InSAR memiliki potensi operasi , memberi amaran awal untuk pihak berkuasa perlindungan awam. "
Sumber Asal: Siaran Berita ESA
