Εκπομπή μέσου υπέρυθρου πριν από ισχυρό σεισμό που αναλύεται από την τηλεπισκόπηση
Από RemoteSensing Wiki
Authors: D. Ouzounov, F. Freund
Εισαγωγή
Οι αλληλεπιδράσεις γης και ατμόσφαιρας καθώς και οι αλληλεπιδράσεις γης και θαλάσσιου πυθμένα πριν από σημαντικούς σεισμούς αποτελούν το αντικείμενο αυτής της μελέτης επιλέγοντας παραδείγματα του 2000 και 2001. Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το MODIS και τους δορυφόρους Terra και Aqua έχει αναλυθεί η εκπομπή υπερύθρων (IR), η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους (LST) και της επιφάνειας της θάλασσας (SST). Υπάρχουν ενδείξεις που συσχετίζουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους με την προσεισμική δραστηριότητα. Ένας νέος μηχανισμός έχει προταθεί πρόσφατα βασισμένος στην παρουσία θετικών φορτίων σε βράχους, που ενεργοποιούνται όταν υπάρχει υψηλή πίεση πριν το γεγονός (σεισμός). Η εμφάνιση αυτών των ηλεκτρικών φορτίων οδηγεί στην ενίσχυση των εκπομπών υπέρυθρης ακτινοβολίας από την επιφάνεια του βράχου στην περιοχή 8-12 μm του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Χαρακτηριστικά αλλαγών μικρής διάρκειας εμφανίζονται 7-14 ημέρες πριν από έναν σεισμό, επηρεάζουν μία περιοχή χιλιάδων ή δεκάδων χιλιάδων χιλιομέτρων , εμφανίζουν μία μεταβολή 2-4 οC και εξαφανίζονται λίγο μετά το γεγονός.
Τηλεπισκόπηση
Πληροφορίες για τις μεταβολές αυτές μπορούν να ληφθούν με τη χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων. Διάφορες διαδικασίες έχουν εξεταστεί στο παρελθόν σαν πιθανές αιτίες των μεταβολών αυτών :(i) ελαστική ένταση των δυνάμεων διαστολής (ii) αύξηση ρευστών στο έδαφος που θα οδηγούσε στην αυξανόμενη διήθηση αερίου και, ως εκ τούτου, στην δημιουργία θερμών αερίων (iii) μία προσωρινή αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας των βράχων (iv) αύξηση της στάθμης του νερού (v) εξάπλωση CO2 προκαλώντας ένα τοπικό φαινόμενο θερμοκηπίου. Παρουσιάζονται δύο παραδείγματα Terra/MODIS όπου φαίνονται να υπάρχουν μεταβολές στο μέσο υπέρυθρο και αφορούν επικείμενη δραστηριότητα του σεισμού. Επιπλέον, πριν από τη σεισμική δραστηριότητα, τα ηλεκτρικά πεδία μεταδίδονται από το έδαφος μέσω της ατμόσφαιρας στην ιονόσφαιρα, εμφανίζονται επίσης «θερμικές ανωμαλίες», ιόντα μπορούν να εκπεμφθούν από το έδαφος επηρεάζοντας την ατμοσφαιρική αγωγιμότητα. Διάφορες διεθνείς δορυφορικές αποστολές, DEMETER και VULKAN στοχεύουν στη μελέτη του πλάσματος της ιονόσφαιρας που μπορούν να είναι σχετικές με τη δραστηριότητα EQ (Μ > 5). Οι δορυφόροι GOES επιτρέπουν τον συνεχή έλεγχο που είναι απαραίτητος για την ανάλυση των στοιχείων. Οι GOES NO/P/Q φέρει ένα Imager και ένα Sounder. Ο MODIS σχεδόν ολοκληρώνει την παρατήρηση της γης καθημερινά με τη ζώνη εξέτασής τα 2330 χλμ. Αποκτά τα δεδομένα σε 36 κανάλια από 0.415μm έως και 14.235μm με χωρική διακριτική ικανότητα 250m (2 κανάλια), 500m (5 κανάλια) και 1000m (29 κανάλια). Ο MODIS παρέχει βελτιωμένες πληροφορίες για την αποτύπωση της φυσικής πραγματικότητας. Τα αποτελέσματα του MODIS για την επιφανειακή θερμοκρασία του εδάφους LST και την ικανότητα εκπομπής παρέχονται ανά εικονοστοιχείο.
Αλγόριθμοι
Δύο διαφορετικοί αλγόριθμοι είναι διαθέσιμοι σήμερα για την εκτίμηση LST: oο γενικευμένος αλγόριθμος split-window και η βασισμένη στη φυσική μέθοδο LST. Ο κατάλληλος αλγόριθμος για την εδαφοκάλυψη που χρησιμοποιήθηκε στην προκειμένη για επεξεργασία των δεδομένων του MODIS στα κανάλια 31 και 32 στον split-window στα 11 και 12 μm αντίστοιχα έχει σταθερές εκπομπές. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα LST και τις εκπομπές κατά τη διάρκεια της νύχτας διερευνήθηκαν συσχετισμοί μεταξύ της ατμόσφαιρας και των διαδικασιών στην επιφάνεια της γης πριν το σεισμό στις 26 Ιανουαρίου 2001 στο Bhuj, του Gujarat της Δυτικής Ινδίας. Τα στοιχεία αναλύθηκαν (MOD11A1) με χρήση καναλιών μέσου υπέρυθρου και με αναλογία του 31/32. Στις 20 Ιανουαρίου, όπως φαίνεται στην εικόνα 1, παρατηρήθηκε αύξηση στην LST κοντά στο επίκεντρο του σεισμού της 26 Ιανουαρίου.
Αποτελέσματα και συμπεράσματα
Με χρήση του αλγόριθμου split-window παρατηρήθηκε μία θερμική ανωμαλία παρουσιάζοντας μία αύξηση 4 οC πέντε μέρες πριν από το σεισμό. Άρχισε να εμφανίζεται στις 20-21 Ιανουαρίου 2001, 5-6 ημέρες πριν από το γεγονός, κοντά στο κύριο τεκτονικό ρήγμα αλλά δεν διαδόθηκε πέρα από 200 χλμ από τη θέση του επίκεντρου. Μια χρονικά εξαρτημένη ανακατανομή της θερμικής εκπομπής παρατηρήθηκε κοντά στην περιοχή με μια σημαντική μείωση στη θερμοκρασιακή διαφορά. Η μεταβολή αυτή φαίνεται να εξαφανίζεται λίγο πριν τη σεισμική ενεργειακή απελευθέρωση. Περισσότερο από το 60% των σεισμών γίνεται στη θάλασσα. Μία σημαντική μεταβολή στη θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας με χαμηλές τιμές έως και -5οC παρατηρήθηκε κοντά σε επίκεντρα υποθαλάσσιων σεισμών. Η τύρβη και η ανάδυση του νερού προτάθηκαν σαν κύριες αιτίες των παρατηρηθεισών ανωμαλιών. Εξετάστηκε η δυνατότητα της σύνδεσης της ανάδυσης του ψυχρού νερού και της τυρβώδους ανάμιξης με την ενέργεια που απελευθερώθηκε στον ωκεανό. Τέτοια περιστατικά έχουν συμβεί πριν από ισχυρούς σεισμούς στην Νέα Βρετανία στις 20 Νοεμβρίου 2001 με μέγεθος Μ=8,4 και κοντά στο Bougainville Isle με Μ=7,2. Σε μία προσπάθεια να γίνουν κατανοητές οι θερμικές ανωμαλίες που προηγούνται σεισμικών φαινομένων έγιναν εργαστηριακές αναλύσεις των εκπομπών που απορρέουν από την εξωτερική επιφάνεια των βράχων κατά τη διάρκεια παραμόρφωσης τους κάτω από υψηλά επίπεδα της πίεσης. Η παρατηρούμενη ακτινοβολία στο μέσο υπέρυθρο θεωρείται ότι προέκυψε: (ι) από η ενεργοποίηση των p-holes στο τμήμα του βράχου που υποβάλλεται σε παραμόρφωση, (ii) από τη μεταφορά φορτίου στην επιφάνεια και (iii) από την ενέργεια που απελευθερώνεται κατά τη διάρκεια του επανασυνδυασμού των p-holes.
