Команда геологов и инженеров под руководством Мичиганского университета составляет карту разрывов поверхности и некоторых из десятков тысяч оползней, вызванных землетрясением магнитудой 7,8 в Новой Зеландии в прошлом месяце.
В команду под руководством UM входит исследователь из Университета Колорадо в Боулдере. По словам руководителя группы, работая в сотрудничестве с учеными из Новой Зеландии GNS Science и Геологической службы США, они будут объединять наблюдения, собранные со спутников, дронов, вертолетов и пешком, чтобы создать то, что, как ожидается, станет крупнейшим реестром оползней, вызванных землетрясением. и геолог UM Марин Кларк.
Цифровые топографические карты высокого разрешения, которые создают исследователи, помогут группам реагирования в Новой Зеландии определить, какие оползни представляют наибольшую угрозу для будущего оползня и перекрытия рек, которые могут привести к катастрофическим наводнениям. Этот проект также рассматривается как учебная подготовка к будущим сильным землетрясениям, ожидаемым в таких местах, как Южная Калифорния.
Мощное землетрясение в Новой Зеландии произошло 13 ноября недалеко от города Каикоура, на восточном побережье Южного острова. В результате погибли два человека, образовались волны цунами высотой в несколько футов, а сотни туристов оказались на мели, которых пришлось эвакуировать вертолетом и кораблем.
По текущим оценкам, от 80 000 до 100 000 оползней были вызваны разрывами как минимум по девяти разломам. Около 150 оползней заблокировали долины рек, а девять из них находятся под наблюдением как потенциальные угрозы катастрофических наводнений из-за перекрытия рек.
«Если оценка в 100 000 верна, то это будет крупнейший задокументированный оползень, связанный с землетрясением, немного больший, чем тот, который произошел в Китае в 2008 году», - сказал Кларк, адъюнкт-профессор Земли и Земли Университета штата Массачусетс. науки об окружающей среде.
"Оползневые дамбы особенно важно распознать сразу после такого события, пока еще есть время что-то с ними сделать. Чтобы избежать потенциально катастрофических прорывов и наводнений, можно построить водосбросы для отвода воды.."
Члены команды Кларка отправились в Новую Зеландию в конце прошлого месяца, отправившись в пострадавший регион с портативными приемниками GPS и используя наблюдения с вертолетов и изображения с дронов для картирования разрывов разломов и оползней. Они работали с учеными из GNS Science и Geotechnical Engineering Extreme Events Reconnaissance Association, волонтерской организации, известной как GEER..
Учеными UM, совершившими разведывательную поездку, были Адда Атанасопулос-Зеккос, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии, и постдокторский исследователь Тимоти Шталь из Департамента наук о Земле и окружающей среде, который также является научным сотрудником NSF. Кларк и член команды Димитриос Зеккос, адъюнкт-профессор гражданской и экологической инженерии Университета штата Массачусетс, отправятся в Новую Зеландию в следующем месяце.
Команда под руководством U-M использует небольшие четырехроторные дроны, оснащенные камерами сверхвысокой четкости, для съемки чрезвычайно подробных видеоизображений оползней и разрывов поверхности.
«Дроны полностью изменили то, как мы работаем», - сказал Зеккос, который также использовал дистанционно управляемые летательные аппараты для картирования оползней в Непале - в команде под руководством Кларка - после прошлогоднего землетрясения магнитудой 7,8. в результате чего погибло более 8 000 человек и образовалось около 25 000 оползней.
«Оползни могут блокировать дороги, а вертолеты дороги в эксплуатации и часто нужны для других целей после стихийного бедствия», - сказал он. «Но вы можете быстро отправить дрон в места, которые в противном случае было бы практически невозможно увидеть, и вы можете подойти очень, очень близко».
8 декабря команда Кларка получила окончательное одобрение финансирования от Национального научного фонда для годичного исследования в Новой Зеландии. Хотя сумма «финансирования быстрого реагирования» скромна и составляет 46 516 долларов, награда NSF также дает исследователям доступ к спутниковым снимкам и суперкомпьютерам, которые они будут использовать для создания исключительно подробных цифровых карт «до и после».
Область исследования группы составляет около 25 000 квадратных миль, что немного больше, чем штат Западная Вирджиния. Исследователи будут иметь доступ к стереоскопическим спутниковым снимкам малонаселенной гористой области исследования, сделанным как до, так и после землетрясения в Каикоуре 13 ноября..
На четких спутниковых снимках с интервалом в 30 сантиметров можно распознать объекты на земле размером до 2 метров, что примерно соответствует размеру внедорожника. В некоторых случаях возможно разрешение в 1 метр. Изображения до землетрясения были собраны коммерческой спутниковой компанией Digital Globe после землетрясения в Крайстчерче в Новой Зеландии в 2011 году, в результате которого погибло 185 человек.
«Уникальность этой ситуации заключается в том, что у нас никогда не было снимков с высоким разрешением «до», которые охватывают всю территорию, пострадавшую от крупного землетрясения», - сказал Кларк.
Digital Globe сейчас собирает снимки «после» региона, пострадавшего от землетрясения в Каикоуре в прошлом месяце. Команда Кларка будет иметь доступ к обоим наборам данных.
«Это никогда не делалось в таком масштабе и с таким разрешением, так что это даст нам беспрецедентный взгляд на детали того, что происходит на земле», - сказала она.
Несколько спутниковых наблюдений за одними и теми же участками земли под разными углами обзора были объединены для создания стереоскопических изображений, обеспечивающих трехмерное изображение поверхности. Трехмерное изображение, в свою очередь, позволяет исследователям точно измерять высоту поверхности, включая оползни.
Трехмерные модели спутниковых наблюдений не так точны, как модели, созданные с помощью дронов, но они охватывают гораздо более широкие области и достаточно точны, чтобы измерить любое вертикальное изменение более чем на несколько десятков сантиметров или примерно высотой с пляжный мяч», - сказал член команды Майкл Уиллис, доцент Университета Колорадо.
Спутниковые снимки будут использоваться для создания цифровых моделей рельефа до и после, или ЦМР, которые можно рассматривать как чрезвычайно подробные цифровые топографические карты. Методы, используемые для создания ЦМР высокого разрешения из стереоскопических спутниковых изображений, были разработаны Уиллисом как членом группы, создававшей такие модели для Арктики.
Знание точной высоты в заданной точке до и после оползня позволяет ученым рассчитать объем сдвинутого материала, значение, которое имеет решающее значение при попытке оценить угрозу, представляемую сейчас и в будущем, сказал Кларк.
«Некоторые из этих оползней в настоящее время представляют угрозу для плотин и катастрофических наводнений. И все они теперь более подвержены будущим оползням в ответ на дожди», - сказала она. «Поэтому, точно зная, где находятся эти оползни и как далеко они продвинулись, а также их объем и состав, мы можем делать более точные прогнозы о том, что может произойти в ближайшие недели, месяцы и годы."
Данные, собранные пешком и с использованием дронов и вертолетов, будут использоваться для проверки спутниковых изображений. Этот процесс называется наземной проверкой.
Первые ЦМР, основанные на изображениях пострадавшего региона «до», могут быть завершены в этом месяце и будут предоставлены группам реагирования на оползни из Геологической службы США и GNS Science. На создание DEM, основанного на спутниковых снимках после землетрясения, могут уйти месяцы, в зависимости от погоды и других переменных.
Новозеландский проект рассматривается в качестве тренировочных учений для будущих крупных землетрясений, включая ожидаемое событие в Южной Калифорнии вдоль разлома Сан-Андреас. В этом случае изображения вдоль Сан-Андреаса «до» уже были получены с помощью установленного на самолете LiDAR - метода съемки, который измеряет расстояние до цели, освещая ее лазерным светом.
Землетрясение в Новой Зеландии 13 ноября произошло в результате разлома на границе Тихоокеанской и Австралийской тектонических плит или вблизи нее. В месте землетрясения магнитудой 7,8 Тихоокеанская плита движется с запада на юго-запад по отношению к Австралийской плите со скоростью около 40 миллиметров (1,6 дюйма) в год.
Новозеландский проект, финансируемый NSF, является совместным проектом Мичиганского университета и Университета Колорадо в Боулдере. В команду Кларка также входит сотрудник из Греции Джон Манусакис.