Originalmente desarrollada para identificar aviones de ataque durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología de radar avanzada de hoy puede detectar un objetivo móvil muy diferente: los cambios en la corteza terrestre que ocurren tan lentamente como el crecimiento de las uñas.
Los datos de radar de satélites como el Envisat de la ESA se utilizan para construir "interferogramas" que muestran movimientos terrestres a escala milimétrica. Estas imágenes en tonos arcoíris brindan a los científicos nuevos conocimientos sobre el movimiento tectónico y una mayor capacidad para calcular los peligros que surgen cuando esta cámara lenta se acelera, en forma de terremotos o actividad volcánica.
La carga útil de diez instrumentos en Envisat incluye un instrumento de radar de apertura sintética avanzada (ASAR) diseñado para adquirir imágenes de radar de la superficie de la Tierra. Parte de la "misión de fondo" asignada por Envisat, ya que orbita alrededor del mundo cada 100 minutos, es priorizar las adquisiciones de ASAR sobre los cinturones sísmicos que cubren el 15% de la superficie terrestre.
"Cuando Envisat complete su misión nominal de cinco años, deberíamos tener una cantidad satisfactoria de imágenes en todos los cinturones sísmicos", dijo el profesor Barry Parsons del Centro para la Observación y Modelado de Terremotos y Tectónica en la Universidad de Oxford.
“Para detectar la deformación fina del terreno que nos interesa, requerimos imágenes de radar repetidas de cada sitio. Luego combinamos pares de imágenes juntas usando una técnica llamada interferometría SAR, o InSAR para abreviar, para mostrar cualquier cambio entre adquisiciones ". (Para más información vea el enlace: ¿Cómo funciona la interferometría?)
Para medir con precisión la acumulación lenta de tensión a medida que las placas tectónicas se mueven unas contra otras a lo largo de los cinturones sísmicos de la Tierra, se combinan múltiples interferogramas, que requieren muchas imágenes SAR individuales.
"La razón de esto es minimizar cualquier interferencia atmosférica, en relación con la pequeña señal de deformación de la corteza que nos interesa", agregó Parsons. "Utilizando datos del ERS predecesor de Envisat, nuestro grupo ha medido recientemente el movimiento tectónico en el oeste del Tíbet con una precisión de unos pocos milímetros por año. Los resultados muestran que las tasas de deslizamiento en las principales fallas de la región son mucho más pequeñas de lo que se había pensado anteriormente y que la meseta tibetana se deforma como un fluido ".
InSAR también se puede utilizar para analizar un movimiento del suelo mucho más abrupto: los investigadores recientemente han estado utilizando datos de Envisat para trazar la deformación del suelo asociada con el volcán Piton de la Fournaise extremadamente activo en la isla R? Union en el Océano Índico, y para identificar la falla que causó el terremoto de Bam en Irán en diciembre de 2003.
Encontrar fallas después del desastre de Bam
Más de 26000 personas murieron el 26 de diciembre de 2003, cuando un terremoto de 6,3 grados en la escala de Richter devastó la ciudad oasis iraní de Bam. ¿Su antigua ciudadela? designado sitio del Patrimonio Mundial? se derrumbó en escombros. La Carta sobre el Espacio y los Desastres Mayores se activó para que las naves espaciales, incluida Envisat, obtuvieran imágenes para apoyar los esfuerzos de ayuda internacional.
Después de la misión de fondo de Envisat, el 3 de diciembre de 2003 se había adquirido una imagen previa a un terremoto de la vecindad de Bam, que se combinó con una imagen posterior al terremoto adquirida el 7 de enero de 2004. ¿Cuál es la fecha de readquisición más temprana posible debido a la cobertura global de 35 días de Envisat? para realizar InSAR.
"Esta es la primera vez que los datos de Envisat se utilizan para producir un interferograma después de un gran terremoto", dijo Parsons, parte de un equipo internacional que estudia el terremoto de Bam, incluidos los participantes del Servicio Geológico de Irán y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de Estados Unidos.
Los resultados fueron sorprendentes, estableciendo que si bien Bam se encuentra en un cinturón sísmico, este terremoto en particular había venido de un punto que nadie había esperado. Irán es como llenar un sándwich geológico a medida que la placa árabe avanza hacia Eurasia, y se producen muchas fallas sísmicas dentro de su territorio. En particular, la falla de Gowk ubicada al oeste de Bam ha tenido varios terremotos grandes durante las últimas dos décadas.
Sin embargo, el interferograma Envisat mostró que el terremoto de Bam fue el resultado de la ruptura de una falla previamente no detectada que se extiende debajo de la parte sur de la ciudad, su existencia fue ignorada por los estudios de tierra. La falla apareció como una banda distinta de discontinuidad en el interferograma, con un movimiento a cada lado que oscilaba entre alrededor de cinco y hasta 30 centímetros.
Además de resaltar tales cambios en la superficie, los resultados de InSAR se pueden usar para mirar indirectamente debajo del suelo, con modelos de software que calculan qué ocurrencias geológicas se ajustan a los eventos de la superficie. Con Bam encontraron que se había producido un deslizamiento de más de dos metros a una profundidad media de 5,5 kilómetros, a lo largo de un tipo distinto de falla.
Volviendo de nuevo
Cuanto más precisamente se pueda controlar la posición de una nave espacial, más pequeña será la línea de base de la imagen InSAR (la distancia espacial entre las adquisiciones de imagen inicial y de seguimiento) y mejor será la calidad del interferograma final. Durante la revisión inicial de Bam de Envisat, la línea de base era lo suficientemente grande como para que se necesitaran datos de elevación digital ERS para restar los efectos topográficos causados por un ángulo de visión desplazado.
Sin embargo, para su posterior revisión, 35 días después, la dirección de la nave espacial fue tan precisa que no se requirió compensación topográfica, lo que representa un logro operativo formidable para Envisat.
"Nuestro equipo de Flight Dynamics ha calculado una precisión de 93 cm utilizando resultados precisos de determinación de órbita de DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) y observaciones de alcance láser", dijo el gerente de la nave espacial Envisat Andreas Rudolph.
“¿Se requirieron maniobras especiales en la órbita para lograr esta precisión, junto con el arduo trabajo de los equipos del Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC) aquí en Alemania y el Instituto Europeo de Investigación Espacial (ESRIN) en Italia? ¡sin mencionar un poco de suerte! "
Levantando un volcán activo
La interferometría de radar se usa para estudiar terremotos y volcanes: Envisat ha estado recopilando datos sobre un ejemplo extremadamente vivo de este último.
Con una altura de 2631 metros sobre el Océano Índico, el volcán Piton de la Fournaise no está situado a lo largo de cinturones sísmicos o el "Anillo de Fuego" asociado, ¿pero? como Hawai al otro lado del planeta? está ubicado sobre un "punto caliente" de magma en el manto de la Tierra.
El Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) opera un Observatorio de volcanes in situ para monitorear las erupciones y la actividad asociada.
“¿Hemos estado observando este volcán basáltico durante los últimos 25 años? es uno de los volcanes más activos del mundo ", comentó Pierre Briole de IPGP. “En los últimos seis años ha habido 13 erupciones, con una duración promedio de un mes. Entre 1992 y 1998 fue un momento tranquilo, mientras que ocurrieron ocho erupciones entre 1984 y 1992 ".
¿Los procesos subterráneos profundos impulsan la actividad volcánica superficial? Las fisuras y erupciones de lava ocurren debido a canales de lava o "diques" que se extienden desde las cámaras de magma de alta presión. La deformación del suelo hacia arriba o hacia abajo en la vecindad de un volcán proporciona información sobre lo que está ocurriendo bajo tierra, pero hasta hace poco la cantidad de puntos de tierra que podían medirse era muy limitada.
"En el tiempo de los instrumentos geodésicos terrestres, tomó varias semanas medir las coordenadas de quizás 20 puntos, con una precisión de aproximadamente un centímetro", recordó Briole. “Luego, a principios de la década de 1990, llegó el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Con el GPS podríamos aumentar diez veces la cantidad de puntos medidos durante una campaña de una semana, hasta una precisión de medio centímetro. Pero la deformación del suelo causada por una erupción generalmente está extremadamente localizada en el espacio, y estos 200 puntos se extienden por el área del volcán ".
Se necesitó otra tecnología basada en el espacio para mejorar el GPS: los interferogramas de Piton de la Fournaise, basados en más de 60 imágenes de Envisat adquiridas durante el último año. IPGP es parte de un equipo que utiliza los datos que también incluyen participantes de las universidades Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) y R? Union.
"Tenemos suerte con Piton de la Fournaise, porque su ubicación remota en el medio del océano significa que no hay enfrentamientos con otros objetivos potenciales de Envisat, por lo que obtenemos más adquisiciones que la mayoría de los otros usuarios de imágenes ASAR", agregó Briole . “InSAR de Envisat ha demostrado ser una herramienta extremadamente poderosa para nosotros, ya que proporciona una densidad de información muy alta en todo el volcán.
"Con la aparición de nuevas erupciones con tanta frecuencia, nuestras campañas terrestres no pudieron mantener el ritmo, pero la interferometría nos proporciona datos sobre cada erupción. ¿Y si bien el volcán es un lugar muy difícil para operar? a menudo con poca visibilidad del clima y un flanco oriental muy empinado? todas las partes del volcán hasta la línea de vegetación son accesibles con InSAR ".
InSAR revela un patrón de inflación en el suelo en los meses anteriores a una nueva erupción, a medida que aumenta la presión en la cámara de magma. Después de una erupción, la presión disminuye y se produce la deflación.
También se revelan deformaciones localizadas que ocurren cuando los diques de magma se propagan y alcanzan la superficie. La extensión de la deformación asociada con una nueva fisura indica la profundidad a la que se origina. cuanto más amplia es la inflación, más profundo ha venido el dique.
El monitoreo volcánico InSAR se estableció por primera vez utilizando datos ERS, produciendo interferogramas que muestran el muy activo Monte Etna de Italia que parece "respirar" entre erupciones. Y los estudios de interferogramas de volcanes aparentemente extintos a lo largo de partes remotas de los Andes han mostrado movimiento de tierra que indica que algunos de hecho todavía están activos.
"Hay muchas líneas de investigación interesantes que utilizan esta técnica, incluida la pregunta de si es posible predecir cuándo un volcán entrará en erupción y, con fallas sísmicas que a menudo ocurren cerca de los volcanes, la pregunta de si la actividad sísmica y las erupciones volcánicas están vinculados ", agregó Briole.
"Por ahora nuestro equipo está interesado en caracterizar Piton de la Fournaise con la mayor precisión posible, perfeccionar las técnicas que luego podemos aplicar a los volcanes en otros lugares y, si es posible, aumentar el número de adquisiciones para demostrar que el monitoreo de los volcanes por InSAR tiene potencial operativo". , proporcionando alerta temprana a las autoridades de protección civil ".
Fuente original: Comunicado de prensa de la ESA
