Stazione GNSS negli Stati Uniti Pacific Northwest. Credito:matrice geodetica del nord-ovest del Pacifico, Central Washington University
I ricercatori hanno sviluppato un sistema di monitoraggio globale dei terremoti che utilizza il Global Navigational Satellite System (GNSS) per misurare la deformazione crostale.
Il sistema di monitoraggio può in pochi secondi valutare rapidamente la magnitudo del terremoto e la distribuzione dello slittamento di faglia per terremoti di magnitudo 7.0 e superiori, rendendolo uno strumento potenzialmente prezioso per l'allerta precoce di terremoti e tsunami per questi eventi dannosi, Il geofisico della Central Washington University Timothy Melbourne e colleghi riferiscono nel Bollettino della Società Sismologica d'America .
Il GNSS può potenzialmente caratterizzare un grande terremoto molto più rapidamente della rete sismica globale, offrendo più tempo per le evacuazioni, drop-and-cover e spegnimento automatico dell'infrastruttura essenziale. "L'imperativo per farlo rapidamente è davvero salvare vite, " ha detto Melbourne.
I sistemi GNSS sono costituiti da satelliti in orbita attorno alla Terra che inviano segnali alle stazioni riceventi sulla Terra. I segnali vengono utilizzati per determinare l'esatta posizione dei ricevitori nel tempo. I terremoti spostano e deformano la crosta terrestre sotto i ricevitori, così i cambiamenti nelle loro posizioni dopo un terremoto possono essere usati per monitorare e caratterizzare le rotture.
Il monitoraggio sismico tramite GNSS è uno "strumento molto schietto, " rispetto alle reti basate su sismometri in grado di rilevare onde sismiche minuscole, ha detto Melbourne.
Un sismometro top di gamma è straordinariamente sensibile, ha notato, in grado di rilevare velocità delle onde sismiche fino a decine di nanometri al secondo.
GNSS è più grossolano, rilevando solo spostamenti di centimetri o superiori.
Durante un grande terremoto, però, c'è un compromesso tra sensibilità e velocità. Le reti sismiche locali possono essere sommerse di dati durante un grande, evento complesso come il terremoto di Kaikoura di magnitudo 7,8 del 2016 in Nuova Zelanda, dove sono coinvolte più faglie e le onde dell'evento iniziale si riverberano attraverso la crosta. Per determinare con precisione la magnitudo e la distribuzione dello slittamento di guasto, i sismologi di solito devono aspettare che i dati dell'onda sismica raggiungano stazioni lontane prima che possano essere caratterizzati con precisione, che comporta decine di minuti di ritardo mentre le onde si propagano attraverso il pianeta.
Stazione GNSS negli Stati Uniti Pacific Northwest. Credito:matrice geodetica del nord-ovest del Pacifico, Central Washington University
Il sistema globale creato da Melbourne e dai suoi colleghi è il primo del suo genere. Prende i dati GNSS grezzi acquisiti da qualsiasi ricevitore connesso a Internet sulla Terra, posiziona questi dati, e poi ritrasmette i dati posizionati a qualsiasi dispositivo connesso a Internet, entro un secondo.
I ricercatori hanno valutato il loro sistema in una settimana tipica, utilizzando i dati di 1270 stazioni riceventi in tutto il mondo. Hanno scoperto che il tempo medio impiegato dai dati per viaggiare da un ricevitore al centro di elaborazione della Central Washington University era di circa mezzo secondo, da qualsiasi parte del mondo. Ci è voluto in media circa un-200esimo di secondo per convertire quei dati in stime della posizione GNSS.
Ciò significa che il sistema di monitoraggio globale GNSS può rilevare i cambiamenti molto prima che il terremoto stesso si rompa, poiché possono volerci decine di secondi, o anche minuti per i più grandi terremoti, "perché la faglia si aprirà e irradi tutta quell'energia nel pianeta, "Ha detto Melbourne.
La velocità di un sistema di monitoraggio sismico globale GNSS potrebbe essere ancora più importante per gli allarmi tsunami, ha notato. Al momento, un programma di monitoraggio internazionale utilizza i dati di una rete sismica globale per determinare la magnitudo di un terremoto, combinati con i dati dei mareografi globali e delle boe che rilevano un'onda di tsunami in mare aperto, per determinare se un avviso di tsunami debba essere inviato al pubblico.
La rete sismica potrebbe impiegare 15 minuti o più per determinare la magnitudo di un terremoto che provoca uno tsunami, ha detto Melbourne, e gli indicatori di marea e le boe potrebbero impiegare fino a un'ora per fornire i dati, a seconda della loro vicinanza al terremoto. ricevitori GNSS, d'altra parte, potrebbe caratterizzare un terremoto in decine di secondi con sufficienti stazioni vicine.
"Il vero potere del GNSS per lo tsunami sta nell'acquistare più tempo e una maggiore precisione dall'inizio per gli avvisi che vengono fuori, "Ha detto Melbourne.
Le stazioni di ricezione GNSS stanno proliferando in tutto il mondo poiché sempre più persone le utilizzano, soprattutto per il rilevamento o il monitoraggio nel settore minerario e delle costruzioni. Ma il sistema di monitoraggio GNSS globale dipende da dati open source, che non si è espanso allo stesso ritmo. In alcuni paesi, i dati sono venduti per recuperare i costi di costruzione e manutenzione dei ricevitori, Melbourne ha detto, rendendo i loro operatori riluttanti a rendere i dati liberamente disponibili.
"Parte di quello che faccio è cercare di convincere i paesi in aree sismicamente attive ad aprire i loro set di dati per scopi di mitigazione dei rischi, " ha detto Melbourne.
Ad esempio, Operatori GNSS in Nuova Zelanda, Ecuador, Il Cile e altrove collaborano con il gruppo di Melbourne, beneficiando del decennio di lavoro che il team ha messo nel proprio sistema di posizionamento GNSS. Inviano dati grezzi dai ricevitori nei loro paesi al centro di Washington, dove Melbourne e colleghi posizionano i dati all'interno di un quadro di riferimento globale e li inviano indietro in pochi secondi per ulteriori ricerche e monitoraggio.
