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NASA測(cè)量美屬薩摩亞因?yàn)榇蟮卣鸲鲁恋耐恋?/h1>

2023-08-28 19:06:41 來源:cnBeta

2009 年發(fā)生的 8.1 級(jí)地震加劇了美屬薩摩亞的土地沉降。NASA 科學(xué)家引入了 InSAR 技術(shù),揭示了地震后沉降率的增加。這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào),全球沿海復(fù)原規(guī)劃需要準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。2009 年 9 月 29 日,美屬薩摩亞、薩摩亞和湯加附近發(fā)生 8.1 級(jí)地震,引發(fā)的海嘯造成人員傷亡和 2 億美元的財(cái)產(chǎn)損失。地震還加劇了美屬薩摩亞的另一個(gè)問題:沉降,即土地下沉。當(dāng)海平面相對(duì)上升時(shí),土地下沉?xí)黾友睾:樗念l率和數(shù)量。


(相關(guān)資料圖)

美屬薩摩亞圖圖伊拉島的大地遙感衛(wèi)星圖像,2022 年 7 月 22 日由大地遙感衛(wèi)星 8 號(hào)上的陸地成像儀 (OLI) 拍攝。 圖源:NASA 地球觀測(cè)站/Lauren Dauphin

測(cè)量沉降的挑戰(zhàn)

位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的地球物理學(xué)家讓娜-索伯(Jeanne Sauber)說,在島嶼上防止洪水需要對(duì)地面下沉的程度和位置進(jìn)行可靠的測(cè)量。她說:"需要詳細(xì)了解哪里的土地下沉得最快。"為此,索伯和幾位美國國家航空航天局的同事正在結(jié)合遙感工具找出答案。

從歷史上看,在熱帶小島上進(jìn)行沉降測(cè)量一直很困難,原因有兩個(gè)。島嶼往往沒有什么資源來獲取陸地表面的詳細(xì)測(cè)量數(shù)據(jù),而且正午濃密的云層和植被會(huì)使良好的衛(wèi)星數(shù)據(jù)難以獲得。

以美屬薩摩亞的圖圖伊拉島為例,美國國家航空航天局的一個(gè)科學(xué)家小組去年發(fā)表了一項(xiàng)研究,探討如何更好地繪制地震多發(fā)島嶼的地面變化圖。他們發(fā)現(xiàn),將衛(wèi)星觀測(cè)和地面觀測(cè)相結(jié)合,可以繪制出更細(xì)致、更全面的地圖。

過去,科學(xué)家們使用圖圖伊拉島上兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)的數(shù)據(jù):一個(gè)全球定位系統(tǒng)站和島上的一個(gè)驗(yàn)潮儀。他們通常將這些測(cè)量點(diǎn)與衛(wèi)星測(cè)高儀結(jié)合起來,這樣科學(xué)家們就可以廣泛地監(jiān)測(cè)海洋表面的高度。然而,這些數(shù)據(jù)只能提供有限的信息。

主要發(fā)現(xiàn)

在這項(xiàng)研究中,研究人員增加了 InSAR(即干涉合成孔徑雷達(dá)),這使他們能夠看到地面變化的位置。干涉合成孔徑雷達(dá)是一種通過比較在不同時(shí)間收集到的同一地區(qū)的衛(wèi)星雷達(dá)圖像來發(fā)現(xiàn)地球表面運(yùn)動(dòng)并跟蹤地面高度變化的技術(shù)。

研究發(fā)現(xiàn),2015 年至 2022 年間,圖圖伊拉島平均每年下沉 0.24 至 0.35 英寸(6 至 9 毫米),而 2009 年地震前每年下沉 0.04 至 0.08 英寸(1 至 2 毫米)。地震發(fā)生后,尤其是海岸線一帶的下沉速度最快。

美國國家航空航天局戈達(dá)德分局博士后項(xiàng)目研究員、該研究的第一作者 Stacey Huang 說:"我們知道這一點(diǎn)上的地面變形程度,因?yàn)槟抢镉?GPS 站,但有了雷達(dá)遙感技術(shù),我們就能獲得更密集的全島情況圖。"

繪制更好的地圖

合成孔徑雷達(dá)數(shù)據(jù)由飛機(jī)或衛(wèi)星收集。它的工作原理是從衛(wèi)星向地球表面發(fā)射微波脈沖,然后測(cè)量脈沖反彈回來的時(shí)間和反射的強(qiáng)度,即"反向散射"。與許多衛(wèi)星儀器不同,這種雷達(dá)可以穿透云層和茂密的植被,使研究人員能夠準(zhǔn)確測(cè)量相對(duì)高度和地表的變化。Huang和Sauber的研究使用了歐洲航天局(ESA)哥白尼哨兵-1A衛(wèi)星的數(shù)據(jù)。

研究人員還利用衛(wèi)星測(cè)高儀數(shù)據(jù)評(píng)估海平面,并將其與島上帕果帕果驗(yàn)潮站的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。驗(yàn)潮儀測(cè)量的是相對(duì)于圖圖伊拉島的海平面,而測(cè)高儀測(cè)量的是絕對(duì)海平面。兩者之間的差值顯示了圖圖伊拉島相對(duì)于地球中心的陸地運(yùn)動(dòng)或移動(dòng)。

評(píng)估偏遠(yuǎn)島嶼陸地沉降的挑戰(zhàn)之一是了解島嶼運(yùn)動(dòng)如何可能受到更廣泛的構(gòu)造板塊運(yùn)動(dòng)的影響。通過加入圖圖伊拉島 GPS 站的測(cè)量數(shù)據(jù),研究人員可以監(jiān)測(cè)垂直運(yùn)動(dòng)的速度。

這項(xiàng)研究的合著者紹伯說:"因此,我們不僅可以說島嶼上的一個(gè)點(diǎn)相對(duì)于另一個(gè)點(diǎn)在做什么,我們還可以說這個(gè)島嶼相對(duì)于世界其他地方在做什么。"

土地下沉的原因

西太平洋這一地區(qū)的陸地下沉是太平洋板塊和澳大利亞板塊運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。當(dāng)一個(gè)板塊從另一個(gè)板塊下面穿過時(shí),太平洋的一個(gè)深峽谷湯加海溝(Tonga Trench)沿線就會(huì)發(fā)生一種叫做俯沖的現(xiàn)象。這一過程經(jīng)常引發(fā)地震,造成島嶼表面的垂直運(yùn)動(dòng)和地表變化。

為了了解每次地震后陸地發(fā)生了多大變化,科學(xué)家們測(cè)量了一種叫做陸地垂直運(yùn)動(dòng)的東西--地球地下物質(zhì)的移除和重新排列引起的陸地上下運(yùn)動(dòng)。

南加州美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的地球物理學(xué)家埃里克-菲爾?。‥ric Fielding)說:"在數(shù)十萬年甚至數(shù)百萬年的時(shí)間里,這些火山島往往會(huì)隨著冷卻而下沉。這一長期地質(zhì)過程適用于薩摩亞群島,而地震周期又加劇了這一過程。"

研究報(bào)告的第三作者、美國宇航局戈達(dá)德分部的地球物理學(xué)家理查德-雷(Richard Ray)說,海平面上升使問題更加復(fù)雜。以圖圖伊拉為例,根據(jù)雷和索伯等人之前的一項(xiàng)研究,相對(duì)海平面的上升幅度是全球平均水平的五倍之多。根據(jù)美國宇航局對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)的分析,從 2021 年到 2022 年,全球平均海平面上升了 0.11 英寸(2.7 毫米)。在 2019 年的那項(xiàng)研究中,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),地震前該地區(qū)相對(duì)于陸地的海平面上升幅度為每年 0.04 到 0.08 英寸(2 到 3 毫米),而現(xiàn)在,相對(duì)海平面上升幅度是全球平均水平的數(shù)倍。

雷說:"3毫米聽起來并不多,但隨著時(shí)間的推移,它會(huì)產(chǎn)生很大的影響。"

全球影響和未來計(jì)劃

世界上許多島嶼都面臨著海平面上升的問題,這些島嶼與圖圖伊拉島有著相似的特征。研究人員希望將從圖圖伊拉島學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到其他島嶼的海岸復(fù)原規(guī)劃中,包括美國國家航空航天局(NASA)和聯(lián)合國之間的合作,為太平洋島國的決策提供信息。

NISAR是NASA-ISRO合成孔徑雷達(dá)的簡稱,由NASA和印度空間研究組織(ISRO)聯(lián)合開發(fā),將于2024年初發(fā)射,它將以極其精細(xì)的細(xì)節(jié)跟蹤地球陸地和冰面的運(yùn)動(dòng),并將幫助識(shí)別和跟蹤世界各地的陸地垂直運(yùn)動(dòng)。

要保護(hù)生活在較小島嶼上的人們,就必須進(jìn)行海岸復(fù)原規(guī)劃,而這需要可靠的數(shù)據(jù)。

"我們需要知道陸地下沉的速度,這樣才能根據(jù)科學(xué)數(shù)據(jù)做出決策,"索伯說。"你不會(huì)想讓人們離開自己的家園,除非他們真的會(huì)陷入絕境"。

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