Le vibrazioni nel terreno possono aiutare a migliorare gli avvisi anticipati su inondazioni improvvise che derivano dallo scioglimento dei ghiacciai, secondo uno studio pubblicato oggi in Progressi scientifici .

Il 7 ottobre, 1994, una diga naturale che aveva trattenuto lo scoppio di un lago glaciale, mandando inondazioni che si schiantano a valle nel villaggio bhutanese di Punakha. L'improvvisa alluvione ha ucciso 21 persone, distrutto 816 acri di raccolti e 6 tonnellate di cibo immagazzinato, e spazzato via case e altre infrastrutture. Il nuovo studio, guidato dai ricercatori del Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University, hanno scoperto che i dispositivi sismici locali hanno registrato inconsapevolmente questa inondazione del lago glaciale cinque ore prima che raggiungesse il villaggio.

Le inondazioni glaciali dei laghi stanno diventando più frequenti e più distruttive nelle aree montuose. Mentre i ghiacciai si sciolgono, le pozze d'acqua in laghi intrappolati dietro dighe fatte di detriti glaciali rocciosi e inceppamenti di ghiaccio. Quando la diga si sposta o si crea troppa pressione dietro di essa, l'acqua del lago sgorga in uno scoppio catastrofico, costituire un pericolo per le comunità a valle. Mentre il pianeta si riscalda, i laghi glaciali stanno diventando più grandi e più comuni, aumentando così il potenziale di inondazioni da esplosione dei laghi glaciali (GLOF).

Nello studio, guidato dallo studente laureato Lamont-Doherty Josh Maurer, i ricercatori hanno scoperto che un sismometro situato a circa 100 chilometri dal lago glaciale aveva registrato un chiaro segnale ad alta frequenza all'incirca all'1:45, nel periodo in cui la diga sarebbe scoppiata. Essi ipotizzano che quando la diga si è rotta, il potente e improvviso deflusso di acqua e/o sedimenti ha colpito l'alveo del fiume, causando le vibrazioni raccolte dai sismometri. Il team è stato in grado di utilizzare i dati sismici per ricostruire l'alluvione mentre si faceva strada 90 chilometri a valle, raggiungendo il villaggio di Punakha intorno alle 7:00.

Attualmente, gli strumenti monitorano il livello dell'acqua locale in alcuni laghi glaciali e allertano le comunità locali se il livello del lago scende improvvisamente, indicando un GLOF. Però, tali sistemi sono noti per essere alquanto inaffidabili e hanno emesso falsi allarmi in passato. Gli autori dello studio suggeriscono che con un certo perfezionamento, il monitoraggio sismico in tempo reale potrebbe essere combinato con sistemi di monitoraggio del livello dell'acqua per ridurre al minimo i falsi allarmi e massimizzare i tempi di avviso. Inoltre, alcuni sensori sismici posizionati strategicamente potrebbero potenzialmente monitorare i GLOF su una vasta area, mentre i monitor del livello dell'acqua devono essere installati lago per lago.

Gli autori fanno notare che sono necessarie ulteriori ricerche prima che i monitor sismici GLOF siano pronti per l'implementazione. Il team spera di trovare ed esplorare altri casi in cui i sismometri hanno catturato eventi GLOF, per capire meglio come leggere e analizzare i segnali in tempo reale. Avvertono anche che l'alluvione di Punakha è stata molto grande, quindi il segnale risaltava chiaramente nei dati; nel futuro, sperano di capire meglio se la tecnica è in grado di rilevare in modo affidabile inondazioni di piccoli laghi glaciali, che possono ancora causare gravi danni.

Ricostruendo l'alluvione di Punakha, i ricercatori sono stati anche in grado di testare vari modelli di come le acque alluvionali dovrebbero fluire attraverso l'area, mostrando che i dati sismici potrebbero aiutare a migliorare la modellazione delle inondazioni. Inoltre, il documento ha utilizzato immagini satellitari prima e dopo il GLOF per valutare i suoi impatti sull'area.

Esperti non coinvolti nello studio, tra cui il geografo Simon Allen e il glaciologo Holger Frey (entrambi dell'Università di Zurigo), ha affermato che lo studio rappresenta un promettente primo passo verso un sistema di allerta precoce basato sulla sismologia. Allen ha detto che sono necessarie ulteriori ricerche, poiché la tecnica è stata finora testata su un solo lago, e ha avvertito che il mantenimento di una rete di monitoraggio sismico in tempo reale nell'Himalaya o altrove presenterebbe sfide finanziarie e tecniche.

"Gli algoritmi devono essere estremamente affidabili, " disse Frey. "Tutti gli eventi devono essere rilevati, ma allo stesso tempo i falsi allarmi devono essere evitati con tutti i mezzi." Ha anche sottolineato che includere persone delle comunità colpite nella progettazione e implementazione di tali sistemi è fondamentale per determinare se alla fine hanno successo o meno.

"Questo studio è una grande dimostrazione del potenziale per il rilevamento sismico a lungo raggio di grandi inondazioni esplosive, "ha detto Kristen Cook, un geologo del Centro di ricerca tedesco per le geoscienze GFZ che non è stato coinvolto nello studio. "Questo rilevamento sismico potrebbe avere importanti implicazioni guardando indietro nel tempo per convalidare i modelli di alluvione e comprendere meglio i processi delle inondazioni esplosive, e potenzialmente in avanti nel tempo se può essere sviluppato un sistema di allarme rapido sismico. Le inondazioni da esplosione sono una grande preoccupazione in Himalaya, soprattutto con l'aumento dello sviluppo lungo i corridoi fluviali e la crescita dei laghi, quindi sia un allarme tempestivo più solido che una migliore modellazione avrebbero vantaggi significativi per la società".

Altri autori dello studio includono:Joerg Schaefer, Giosuè Russell, e Nicolas Young della Columbia University; Summer Burton Rupper dell'Università dello Utah; Norbu Wangdi del Centro per l'acqua, Clima, e la politica ambientale in Bhutan; e Aaron Putnam dell'Università del Maine.

Scopri di più sullo studio in una breve sessione di domande e risposte con il coautore dello studio Joerg Schaefer, sotto.

Come si è sviluppata inizialmente l'idea di questo studio?

Tutto è iniziato quando stavamo lavorando sulle sequenze moreniche ben conservate e quasi complete di fronte ai laghi GLOF. Erano nel percorso del GLOF 1994, e la datazione al berillio mostra che sono vecchi, come 4, 000 anni. Ero perplesso su come un GLOF così devastante potesse superare queste vecchie morfologie glaciali senza distruggerle, lavarli via. Ho chiesto allo studente laureato Josh Maurer di controllare le immagini satellitari spia e le successive immagini di telerilevamento per le immagini dei laghi e delle morene appena prima e subito dopo l'alluvione. Lo ha fatto, e abbiamo documentato l'esplosione e la prima fase del GLOF del 1994. Abbiamo appreso che l'alluvione non è stata particolarmente drammatica all'inizio, e ha eliminato solo una piccola parte della sezione morenica terminale. Questo è un promemoria sorprendente e spaventoso che i GLOF che iniziano a queste alte quote raccolgono la loro energia devastante per gravità durante la loro discesa.

Josh ha realizzato il potenziale, e abbiamo iniziato a chiederci se il segnale GLOF non dovesse essere visibile nella registrazione del sismometro. Josh si è messo in contatto con Josh Russell, un dottorato di ricerca studente in sismologia a Lamont, e insieme si misero al lavoro e applicarono una tecnica chiamata "analisi sismiche basate sulla correlazione incrociata, ' con cui è stato possibile tracciare l'evoluzione del GLOF con sismometri fino a 100 km di distanza dall'alluvione reale. Hanno trovato il segnale dell'inondazione con una chiarezza straordinaria e hanno sintetizzato i dati sismici con resoconti di testimoni oculari e una stazione di misurazione a valle all'interno di un modello numerico dell'inondazione.

Abbiamo anche usato le immagini remote prima e dopo l'alluvione per stimare la deposizione di sedimenti nella valle a valle per valutare il danno, e ha tracciato la velocità di recupero della vegetazione.

Questo è probabilmente il documento di scienze della terra più innovativo di cui ho avuto il piacere di far parte. Il mio ruolo principale è stato quello di sostenere il lavoro di questi brillanti studenti laureati.

Hai incontrato ostacoli nello sviluppo di questo progetto? Se è così, Cosa erano? Come li hai superati?

Josh e Josh hanno riscontrato una serie di problemi durante le loro analisi di correlazione incrociata, ma hanno lavorato brillantemente ed efficacemente come una squadra. Una volta che tutti i risultati erano sul tavolo, ci è voluto un po' di tempo per organizzare i pezzi di molte discipline diverse per formare un coerente manoscritto di scienze della terra, e realizzare e formulare il potenziale di questa tecnica per una nuova generazione di sistemi di allerta precoce GLOF.

Come pensi che altri laghi glaciali potrebbero essere prioritari per ricerche future in questo senso?

Uno dei maggiori punti di forza di questo approccio è l'applicabilità regionale. Possiamo usare questo toolkit, Per esempio, per chiedere al sismometro di registrare se ci sono o meno 'segnali di tipo GLOF' simili nel sistema. E, utilizzando le tecniche di elaborazione delle immagini satellitari di Josh, possiamo cercare nella regione la fonte di inondazioni simili che potrebbero essersi verificate nell'area negli ultimi 40 anni.

Essere in grado di seguire la formazione, la crescita e in particolare l'aumento del livello dei laghi nel tempo è la chiave per valutare e identificare i laghi più pericolosi della regione. La topografia e la disponibilità di sedimenti sono probabilmente simili nelle diverse valli soggette a GLOF della regione, ma dovremmo assolutamente produrre una mappa che evidenzi gli insediamenti umani e le aree che sono fondamentali per i loro mezzi di sussistenza in relazione al rischio GLOF dall'alto dell'Himalaya.