Sviluppato originariamente per individuare gli aerei attaccanti durante la seconda guerra mondiale, la tecnologia radar avanzata di oggi è in grado di rilevare un bersaglio mobile molto diverso: i cambiamenti della crosta terrestre che avvengono lentamente quanto la crescita delle unghie.
I dati radar di satelliti come Envisat dell'ESA sono usati per costruire "interferogrammi" che mostrano movimenti di terra su scala millimetrica. Queste immagini dai colori arcobaleno forniscono agli scienziati nuove intuizioni sul movimento tettonico e una maggiore capacità di calcolare i pericoli che si presentano quando questo rallentatore accelera, sotto forma di terremoti o attività vulcanica.
Il carico utile di dieci strumenti su Envisat include uno strumento Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) progettato per acquisire immagini radar della superficie terrestre. Parte della "missione di fondo" assegnata da Envisat mentre orbita attorno al mondo ogni 100 minuti consiste nel dare la priorità alle acquisizioni ASAR rispetto alle cinture sismiche che coprono il 15% della superficie terrestre.
"Quando Envisat completerà la sua missione nominale di cinque anni, dovremmo avere una quantità soddisfacente di immagini su tutte le cinture sismiche", ha affermato il professor Barry Parsons del Center for the Observation and Modeling of Earthquakes and Tectonics dell'Università di Oxford.
“Per rilevare la deformazione del terreno a cui siamo interessati, abbiamo bisogno di ripetute immagini radar di ciascun sito. Quindi combiniamo insieme coppie di immagini usando una tecnica chiamata interferometria SAR, o InSAR in breve, per mostrare qualsiasi cambiamento tra le acquisizioni. " (Per maggiori informazioni consultare il link: come funziona l'interferometria?)
Per misurare con precisione l'accumulo lento della tensione mentre le placche tettoniche si muovono l'una contro l'altra lungo le cinture sismiche della Terra, vengono combinati più interferogrammi, che richiedono molte singole immagini SAR.
"La ragione di ciò è minimizzare qualsiasi interferenza atmosferica, rispetto al piccolo segnale di deformazione crostale a cui siamo interessati", ha aggiunto Parsons. "Utilizzando i dati del precedente ERS di Envisat, il nostro gruppo ha recentemente misurato il movimento tettonico attraverso il Tibet occidentale con una precisione di pochi millimetri all'anno. I risultati mostrano che i tassi di scorrimento tra i principali guasti della regione sono molto più piccoli di quanto si pensasse in precedenza e che l'altopiano tibetano si deforma come un fluido. "
InSAR può anche essere utilizzato per analizzare movimenti del terreno molto più bruschi: recentemente i ricercatori hanno utilizzato i dati Envisat per tracciare una deformazione del terreno associata al vulcano Piton de la Fournaise estremamente attivo sull'isola di R? Union nell'Oceano Indiano e per identificare l'errore che ha causato il terremoto di Bam in Iran nel dicembre 2003.
Trovare un difetto dopo il disastro di Bam
Più di 26000 persone sono state uccise il 26 dicembre 2003, quando un terremoto di 6,3 Richter ha devastato la città dell'oasi iraniana di Bam. La sua antica cittadella? designato un sito del patrimonio mondiale? è crollato in macerie. La Carta sullo spazio e le catastrofi maggiori è stata attivata in modo tale che le astronavi, tra cui Envisat, acquisissero immagini per sostenere gli aiuti internazionali.
A seguito della missione di fondo di Envisat, il 3 dicembre 2003 era stata acquisita un'immagine pre-terremoto delle vicinanze di Bam, combinata con un'immagine post-sisma acquisita il 7 gennaio 2004? la prima data di riacquisto possibile a causa della copertura globale di 35 giorni di Envisat? per eseguire InSAR.
"Questa è la prima volta che i dati di Envisat sono stati utilizzati per produrre un interferogramma a seguito di un grave terremoto", ha affermato Parsons, parte di un team internazionale che studia il terremoto di Bam, inclusi i partecipanti del Geological Survey of Iran e del US Jet Propulsion Laboratory.
I risultati furono sorprendenti, stabilendo che mentre Bam giaceva in una cintura sismica, questo particolare terremoto era arrivato da un punto che nessuno si aspettava. L'Iran è come riempire un panino geologico mentre la piastra araba avanza nell'Eurasia, e così tante faglie sismiche si verificano nel suo territorio. In particolare, la faglia di Gowk situata a ovest di Bam ha avuto luogo numerosi terremoti negli ultimi due decenni.
Tuttavia, l'interferogramma di Envisat ha mostrato che il terremoto di Bam era derivato dalla rottura di una faglia precedentemente non rilevata che si estende sotto la parte meridionale della città, la cui esistenza non è stata rilevata da indagini a terra. L'errore si presentava come una distinta banda di discontinuità nell'interferogramma, con un movimento su entrambi i lati che variava da circa cinque fino a un massimo di 30 centimetri.
Oltre a evidenziare tali cambiamenti di superficie, i risultati di InSAR possono essere utilizzati per scrutare indirettamente sotto terra, con modelli software che calcolano quali eventi geologici si adattano agli eventi di superficie. Con Bam scoprirono che era avvenuto uno slittamento di oltre due metri a una profondità media di 5,5 chilometri, lungo un tipo distinto di faglia.
In arrivo di nuovo
Più precisamente è possibile controllare la posizione di un veicolo spaziale, più piccola è la linea di base dell'immagine InSAR - la distanza spaziale tra l'acquisizione iniziale e di follow-up dell'immagine - e migliore è la qualità dell'interferogramma finale. Durante la rivisitazione iniziale di Bvis di Envisat, la linea di base era abbastanza grande da richiedere i dati di elevazione digitale ERS per sottrarre gli effetti topografici causati da un angolo di visione spostato.
Tuttavia, per la sua successiva visita, 35 giorni dopo, lo sterzo del veicolo spaziale era così preciso che non era richiesta alcuna compensazione topografica, rappresentando un formidabile risultato operativo per Envisat.
"Il nostro team di Flight Dynamics ha calcolato un'accuratezza di 93 cm utilizzando risultati di determinazione dell'orbita precisi da DORIS (Doppler Orbitography and Radiopositioning Integrated by Satellite) e osservazioni sul raggio laser", ha dichiarato Andreas Rudolph, direttore del veicolo spaziale Envisat.
"Sono state necessarie manovre orbitali speciali per raggiungere questa precisione, insieme al duro lavoro dei team dell'European Space Operations Center (ESOC) qui in Germania e dell'European Space Research Institute (ESRIN) in Italia? per non parlare della fortuna! ”
Rilievo di un vulcano attivo
L'interferometria radar viene utilizzata per studiare i terremoti e i vulcani: Envisat ha raccolto dati su un esempio estremamente vivace di quest'ultimo.
A 2631 metri sopra l'Oceano Indiano, il vulcano Piton de la Fournaise non si trova lungo le cinture sismiche o il "Ring of Fire" associato ma? come le Hawaii dall'altra parte del pianeta? è situato sopra un magma "hotspot" nel mantello terrestre.
L'Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP) gestisce un Osservatorio sul vulcano in loco per monitorare le eruzioni e l'attività associata.
“Osserviamo questo vulcano basaltico negli ultimi 25 anni? è uno dei vulcani più attivi al mondo ", ha commentato Pierre Briole di IPGP. “Negli ultimi sei anni ci sono state 13 eruzioni, con una durata media di un mese. Tra il 1992 e il 1998 fu un periodo di quiete, mentre tra il 1984 e il 1992 si verificarono otto eruzioni ”.
I processi sotterranei profondi guidano l'attività vulcanica superficiale? Le fessure e le eruzioni di lava si verificano a causa di canali di lava o "dighe" che si estendono dalle camere di magma ad alta pressione. La deformazione del suolo verso l'alto o verso il basso in prossimità di un vulcano fornisce informazioni su ciò che sta accadendo sottoterra, ma fino a poco tempo fa la quantità di punti di terra che potevano essere misurati era molto limitata.
"Ai tempi degli strumenti geodetici terrestri ci sono volute diverse settimane per misurare le coordinate di forse 20 punti, con una precisione di circa un centimetro", ha ricordato Briole. “Poi nei primi anni '90 è arrivato il Global Positioning System (GPS). Usando il GPS potremmo aumentare il numero di punti misurati dieci volte durante una campagna di una settimana, fino a una precisione di mezzo centimetro. Ma la deformazione del suolo causata da un'eruzione è in genere estremamente localizzata nello spazio e questi 200 punti sono sparsi nell'area del vulcano. "
Per migliorare il GPS è stata necessaria un'altra tecnologia basata sullo spazio: gli interferogrammi di Piton de la Fournaise, basati su oltre 60 immagini Envisat acquisite nell'ultimo anno. IPGP fa parte di un team che si avvale dei dati che comprende anche partecipanti delle università Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) e R? Union.
"Siamo fortunati con Piton de la Fournaise, perché la sua posizione remota nel mezzo dell'oceano significa che non ci sono scontri con altri potenziali obiettivi Envisat, e quindi otteniamo più acquisizioni rispetto alla maggior parte degli altri utenti delle immagini ASAR", ha aggiunto Briole . “InSAR di Envisat si è dimostrato uno strumento estremamente potente per noi, poiché fornisce un'altissima densità di informazioni sull'intero vulcano.
“Con le nuove eruzioni in atto così spesso le nostre campagne terrestri non sono state in grado di tenere il passo, ma l'interferometria ci fornisce dati su ciascuna eruzione. E mentre il vulcano è un posto molto difficile in cui operare? spesso con scarsa visibilità dal tempo e un fianco orientale molto ripido? tutte le parti del vulcano fino alla linea della vegetazione sono accessibili con InSAR. "
InSAR rivela uno schema di inflazione al suolo nei mesi precedenti una nuova eruzione, con l'aumentare della pressione nella camera magmatica. A seguito di un'eruzione la pressione diminuisce e si verifica la deflazione.
Vengono anche rivelate deformazioni localizzate che si verificano quando le dighe di magma si propagano e raggiungono la superficie. L'entità della deformazione associata a una nuova fessura indica la profondità alla quale ha origine? più ampia è l'inflazione, più profonda è la discesa della diga.
Il monitoraggio vulcanico InSAR è stato istituito per la prima volta utilizzando i dati ERS, producendo interferogrammi che mostravano il Monte Etna, altamente attivo in Italia, che sembrava "respirare" tra le eruzioni. E i sondaggi con interferogramma di vulcani apparentemente estinti lungo le parti remote delle Ande hanno mostrato movimento del suolo indicando che alcuni sono effettivamente ancora attivi.
"Ci sono molte linee di indagine interessanti che utilizzano questa tecnica, inclusa la questione se sia possibile prevedere quando un vulcano sta per scoppiare e - con i guasti sismici che si verificano spesso vicino ai vulcani - la questione se l'attività sismica e le eruzioni vulcaniche sono collegati ", ha aggiunto Briole.
"Per ora il nostro team è interessato a caratterizzare Piton de la Fournaise nel modo più accurato possibile, per perfezionare le tecniche che in seguito possiamo applicare ai vulcani altrove e, se possibile, aumentare il numero di acquisizioni in modo da dimostrare che il monitoraggio InSAR dei vulcani ha un potenziale operativo , fornendo un allarme tempestivo alle autorità di protezione civile. "
Fonte originale: comunicato stampa ESA
