حرکات پنهان زیر زمین چه چیزی می تواند در مورد زلزله، فوران و حتی تغییرات آب و هوایی به ما بگوید؟ دانشمندان ناسا از داده های جمع آوری شده در 400 مایلی بالای زمین برای کشف این موضوع استفاده می کنند.

خزش، بالا آمدن، سقوط، لغزش – برخی از نقاط زمین در حرکت دائمی هستند. این حرکات معمولاً برای حواس انسان بسیار کوچک هستند، اما سرنخ هایی در مورد تغییرات مهم تری در داخل آتشفشان ها، در امتداد خطوط گسل و محل برخورد و برخورد صفحات تکتونیکی ارائه می دهند. به همین دلیل است که دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا از ابزارهای پیشرفته و تجزیه و تحلیل داده های خلاقانه برای یافتن و نظارت بر سطوح متحرک زمین استفاده می کنند. در اینجا چند چیز است که آنها اخیراً یاد گرفته اند.

کوه های متحرک

زمین شناسان بارها و بارها مجبور شدند برای جمع آوری اطلاعات در مورد چگونگی حرکت زمین، با استفاده از فناوری هایی مانند GPS و رسم هر اندازه گیری جدید بر روی نقشه های توپوگرافی، به میدان بروند. در دهه 1990، دانشمندان در JPL و جاهای دیگر تکنیک پردازش داده جدیدی را توسعه دادند که به آنها امکان می داد با استفاده از یک رادار به اندازه کافی کوچک برای نصب بر روی هواپیما یا ماهواره، تصاویر بسیار دقیقی به دست آورند.

پل لاندگرن، رئیس گروه سطح زمین و فضای داخلی JPL گفت: وقتی این داده‌های جدید شروع به جمع‌آوری کردند، «انگار می‌بینید که نقشه‌ها زنده می‌شوند». او گفت که در برخی موارد، “شما تقریباً به طور شهودی می توانید نوع مکانیسمی را که باعث فوران آتشفشانی می شود، درک کنید.”

آژانس های فضایی در سراسر جهان با استفاده از فناوری جدید – به نام رادار دهانه مصنوعی تداخل سنجی یا InSAR – شروع به پرتاب ابزارهای ماهواره ای کردند و اکتشافات از این روش جدید برای نگاه کردن به سیاره اجتناب ناپذیر بود. یکی در سال 2018 زمانی رخ داد که مقامات شیلی از گروه لوندگرن خواستند تا ارزیابی کنند که آیا آتشفشانی به نام نوادوس د چیلان ممکن است فوران کند یا خیر. لاندگرن با مطالعه تصاویر InSAR یک سال، هیچ تغییری در قله شیلی مشاهده نکرد. اما او متوجه شد که آتشفشان دیگر آرژانتینی به نام دومیو به سرعت در حال باد شدن است – نشانه ای از فوران احتمالی.

با بررسی داده های قبلی، لوندگرن و تارسیلو جیرونا (یک دانشجوی فوق دکترا در JPL در آن زمان که اکنون در دانشگاه آلاسکا، فیربنکس است) دریافتند که Domuyo در واقع بین سال های 2008 و 2011 کاهش یافته است. در اواسط سال 2014 شروع به تورم کرد و حدود 20 اینچ افزایش یافت. (50 سانتی متر) تا زمانی که لوندگرن آن را دید. Domuyo در سال 2020 به بالاترین حد خود رسید و اکنون بدون فوران دوباره در حال کاهش است.

پس از تجزیه و تحلیل بیشتر داده‌های دمای سطح زمین از دستگاه‌های ماهواره‌ای طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط ناسا، لوندگرن و جیرونا به این نتیجه رسیدند که در حالی که افزایش ماگما باعث باد شدن دومیو می‌شود، گازهای حاصل از ماگما می‌توانند از طریق سنگ پخش شوند و فشار داخل کوه را کاهش دهند. گاز خارج شده گهگاه باعث ایجاد انفجاری جزئی در شیب ها می شود، اما آتشفشان در نهایت بدون ایجاد فشار به یک انفجار بزرگ تخلیه می شود.

لاندگرن گفت: «دومویو در 100000 سال گذشته فوران نکرده است، بنابراین این رفتار احتمالاً در طول زمان رخ داده است. “با این حال، ما باید به تماشای آن ادامه دهیم.”

دانشمندان در حال جستجوی داده‌های ماهواره‌ای InSAR برای یافتن آتشفشان‌های دیگری در سراسر جهان هستند که به‌طور اپیزودیک بالا و پایین می‌روند. لوندگرن گفت: «ممکن است رفتاری وجود داشته باشد که اگر می‌توانستید آن را درک کنید، ممکن است بتوانید زمان فوران چیزی را پیش‌بینی کنید.

گسل های چسبنده

زمین لرزه ها در مکان هایی رخ می دهند که دو طرف یک خط گسل به هم چسبیده یا قفل شده اند. همانطور که صفحات تکتونیکی زیر گسل به حرکت خود ادامه می دهند، فشار روی ناحیه قفل شده ایجاد می شود تا زمانی که گسل از هم جدا شود.

با این حال، همه خطاها قفل نمی شوند. گسل هایوارد را در نظر بگیرید که یکی از دو گسل خطرناک کالیفرنیا محسوب می شود. این گسل که در طول 75 مایل (120 کیلومتر) در امتداد سمت شرقی خلیج سانفرانسیسکو در زیر زمین های پرجمعیت قرار دارد، اکنون از میانگین 150 سال فاصله بین زمین لرزه ها گذشته است.

اریک فیلدینگ، دانشمند JPL گفت: «گسل هایوارد غیرعادی است. بخش‌هایی از گسل دائماً در حال لغزش هستند، حرکتی که ما آن را خزش گسل می‌نامیم.» گسل های خزنده احتمال کمتری برای ایجاد زمین لرزه های بزرگ دارند زیرا این حرکت باعث کاهش تنش می شود. با داده‌های جمع‌آوری‌شده از ده‌ها پرواز InSAR هوابرد ناسا از سال 2009، فیلدینگ و همکارانش در حال نقشه‌برداری از مکان‌هایی هستند که گسل هایوارد در حال خزیدن است تا بهتر بفهمند که چه مقدار از آن در زلزله بزرگ بعدی احتمال لغزش دارد. چنین اطلاعاتی می تواند به برنامه ریزان کمک کند تا بهتر آماده شوند.

ژن لیو JPL از داده‌های InSAR، اندازه‌گیری‌های GPS و مدل‌های عددی برای مطالعه نوع متفاوتی از حرکت در شمال غربی اقیانوس آرام، جایی که صفحه تکتونیکی Juan de Fuca در حال غواصی در فراساحل زیر صفحه آمریکای شمالی است، استفاده می‌کند. صفحه کوچک Juan de Fuca زمین بالای خود را می بندد و خط ساحلی را برای حدود 14 ماه در یک زمان به سمت شرق می کشد. در نهایت، استرس خیلی زیاد می شود و به مدت دو هفته زمین به آرامی به سمت غرب می لغزد.

تکرار منظم رویدادهای آهسته لغزش مانند این نیز در نیوزیلند و جاهای دیگر مشاهده شده است. لیو خاطرنشان کرد که وقتی این الگوها تغییر می کنند، “شواهد فزاینده ای وجود دارد که رویدادهای کند لغزش ممکن است منادی زلزله های بزرگ باشند.” در مطالعه اخیر با Yingdi Luo از Caltech، لیو پیشنهاد کرد که چرخه 14 ماهه در شمال غربی ممکن است قبل از زلزله بزرگ بعدی سرعت بیشتری بگیرد.

فیلدینگ و لیو منتظر پرتاب سال 2024 ماموریت رادار دیافراگم مصنوعی ناسا-سازمان تحقیقات فضایی هند (NISAR) هستند که مجموعه ای از داده های جدید InSAR را ارائه می دهد. NISAR هر 12 روز هر مکان روی زمین را رصد می‌کند – پوشش بهتری نسبت به ماهواره‌های موجود – احتمال مشاهده حرکات غیرعادی زمین و بهبود قابلیت‌های هشدار اولیه را افزایش می‌دهد.

ارتقاء کانادا

کاهش خطرات ناشی از خطرات طبیعی تنها انگیزه مطالعه حرکت سطح زمین نیست. دانشمندان همچنین می خواهند بفهمند که چگونه فرآیندهای طبیعی با تغییرات آب و هوایی ناشی از انسان در تعامل هستند.

نمونه ای از این موضوع این است که چگونه خم شدن و صاف شدن صفحه تکتونیکی آمریکای شمالی بر سطح دریاها از فلوریدا تا قطب شمال تأثیر می گذارد. در طول آخرین عصر یخبندان، صفحات یخی به ضخامت چندین مایل در نیمه شمالی صفحه تکتونیکی آمریکای شمالی انباشته شدند و آن را در گوشته زیر له کردند (30 تا 50 مایل یا 50 تا 80 کیلومتر پایین). سطح کانادای مدرن با بیرون ریختن مواد گوشته از زیر وزن اضافی غرق شد و بسیاری از ایالات متحده مدرن با سرازیر شدن آن مواد جابجا شده بالا آمدند.

اگرچه 8000 سال از ذوب شدن ورقه های یخ می گذرد، گوشته زیر آمریکای شمالی هنوز از فشار در حال بهبود است. مواد گوشته برگشتی، توده خشکی کانادا را بالاتر از اقیانوس بلند کرده است – به اندازه ای بالا که از افزایش سطح جهانی دریاها پیشی بگیرد. اما جریان مواد گوشته به سمت شمال باعث غرق شدن سواحل شرقی و جنوبی ایالات متحده شده است و خطرات ناشی از افزایش سطح دریا را که با تغییرات آب و هوایی جهانی همراه بوده است، تشدید می کند.

برای درک روند افزایش سطح دریا در آینده، باید در مورد این روند طبیعی بیشتر بدانیم: تا کی ادامه خواهد داشت؟ گوشته برگشتی چقدر جلوتر خواهد رفت؟ دانشمندان در حال توسعه مدل‌های کامپیوتری فرآیندهای جامد زمین برای کمک به پاسخ به چنین سؤالاتی هستند. اخیراً، دانشمند JPL، دونالد آرگوس، از داده‌های ماهواره‌های بازیابی گرانش و آزمایش آب و هوای ناسا-آلمان (GRACE) و اندازه‌گیری‌های GPS و سطح دریا برای شروع ارزیابی چسبندگی (ویسکوزیته) گوشته استفاده کرده است که بر میزان بازیابی سطح تأثیر می‌گذارد. . آرگوس گفت: “ما برای تخمین از دست دادن برف و یخ و درک افزایش سطح دریا به GRACE وابسته هستیم، اما شما باید مدل را به درستی دریافت کنید.”