اذهب للأعلى

اكتشاف المخاطر الطبيعية للأرض في أعالي السماء

مصدر:  EOS

تولد الزلازل والانفجارات البركانية وأمواج تسونامي والانفجارات وغيرها من الأحداث على سطح الأرض موجات تنتقل إلى الأعلى عبر الغلاف الجوي. تستكشف مقالة حديثة في مراجعات الجيوفيزياء كيفية اكتشاف هذه الأحداث بواسطة أدوات مختلفة وآفاق استخدامها لرصد المخاطر الطبيعية في الوقت الفعلي. هنا ، يقدم المؤلف لمحة عامة عن موجات الغلاف الجوي الناتجة عن الأخطار الطبيعية وما يمكن أن نتعلمه منها.

كيف تنتشر الموجات المتولدة على سطح الأرض إلى أعلى؟

الموجات الصوتية هي موجات طولية تنتشر صعودًا في الغلاف الجوي بسرعة الصوت (أي حوالي 330 مترًا في الثانية على السطح وحوالي 800 إلى 1000 متر في الثانية على ارتفاع أيونوسفير من 250 إلى 400 كيلومتر). تستغرق الموجات الصوتية ما بين 7 و 9 دقائق للوصول إلى طبقة الأيونوسفير.

 

موجات الجاذبية هي موجات ذات تردد منخفض. يعني تأثير الجاذبية أن هذه الموجات لا يمكن أن تنتشر عموديًا لأعلى ، بل تنتشر بشكل غير مباشر. المكون الرأسي لسرعتها منخفض ، لذا فهي تصل إلى ارتفاعات أيونوسفيرية بعد 45 إلى 60 دقيقة من تكوينها على سطح الأرض.

 

يتأثر انتشار وتطور الموجات الصوتية وموجات الجاذبية في الغلاف الجوي بشكل كبير بوسط الانتشار وخصائصه. يؤدي الانخفاض الأسي في كثافة الغلاف الجوي مع الارتفاع إلى نمو الموجات الصوتية وموجات الجاذبية في انتشارها التصاعدي. وبالتالي ، فإن الموجات الصغيرة المتولدة على سطح الأرض يمكن أن تسبب اضطرابات كبيرة في الغلاف الجوي العلوي والأيونوسفير.

ما هي الأدوات التي يمكن استخدامها للكشف عن هذه الموجات في الأيونوسفير؟

تم اكتشاف الاضطرابات الأيونية الكونية الأولى بواسطة مجسات الأيونوسفير ومسبار دوبلر بعد زلزال ألاسكا العظيم عام 1964. ومؤخراً ، تم اكتشاف النظم العالمية لسواتل الملاحة (GNSS) ، مثل  GPS الأمريكية ,  جلوناس الروسي ,  جاليليو الأوروبي ,  بيدو الصينية ، وما إلى ذلك ، الأدوات الرئيسية المستخدمة في الكشف عن اضطرابات الغلاف الأيوني الناتجة عن الأخطار الطبيعية. كما تم الكشف عن الاضطرابات الجوية والغلاف الأيوني التي تسببها الزلازل وأمواج تسونامي في الموقع بواسطة سواتل منخفضة المدار الأرضي ، مثل  جوس ,  جريس ,  SABRE y  COSMIC / Formosat .

ما الذي يمكن أن تخبرنا به الملاحظات في الأيونوسفير عن المصدر الأصلي والموقع على الأرض؟

بمجرد اكتشاف الاضطرابات في الأيونوسفير ، يمكن تقدير خصائصها في الزمكان (مثل وقت الوصول ، والسعة ، وسرعة الانتشار ، وما إلى ذلك). من خلال هذه المعلمات ، من الممكن تحديد مصدر المخاطر الطبيعية. في بعض الحالات ، يمكننا أيضًا الحصول على معلومات حول معلمات المصدر من الاضطرابات الأيونوسفيرية ، مثل أبعاد الصدع الزلزالي المكسور في الزلزال ، أو ارتفاع موجة تسونامي ، أو طاقة الانفجار البركاني.

هل يمكن أن يساعد الكشف عن الغلاف الأيوني في مراقبة المخاطر الطبيعية في الوقت الفعلي؟

إن حقيقة أن الاضطراب الأيوني الكوني يمكن اكتشافه في طبقة الأيونوسفير بعد 7 إلى 9 دقائق فقط من وقوع الحدث يفتح إمكانية استخدام قياسات الغلاف الأيوني لأنظمة الإنذار من تسونامي في الوقت الحقيقي.

 

على سبيل المثال ، يمكن أن توفر صور seismo-ionospheric التي تستخدم بيانات GNSS ذات الاستبانة الزمانية والمكانية العالية تقديرات لحجم الزلزال ومدى المصدر الزلزالي.

 

أو قد تسمح قياسات الغلاف الأيوني باستخدام مستقبلات GNSS ثنائية التردد مثبتة على الجزر والسواحل في يوم من الأيام بتقدير ارتفاع موجات تسونامي (حتى 500 كيلومتر من الساحل). بالإضافة إلى ذلك ، فإن مهمات الأقمار الصناعية المستقبلية مع وجود كاميرات ضوئية على متنها ستساعد في تتبع انتشار موجات المد في الوقت الفعلي في جميع المحيطات قبل أن تصل إلى الشواطئ.

ما هي بعض الأسئلة التي لم يتم حلها والتي تتطلب المزيد من البحث أو البيانات أو النمذجة؟

ومع ذلك ، فإن العديد من خصائص الاقتران بين الأرض الصلبة والمحيط والغلاف الجوي والأيونوسفير لا تزال غير مفهومة جيدًا. على سبيل المثال ، من المعروف أن الزلازل العملاقة يمكن أن تولد موجات صدمية ، ولكن ماذا عن الزلازل الأصغر؟ كيف تؤثر التغيرات في الغلاف الجوي المحايد على انتشار الموجات الصوتية وموجات الجاذبية من السطح إلى طبقة الأيونوسفير؟

 

فيما يتعلق بالرصدات ، هناك حاجة إلى مزيد من التطويرات لشبكات مستقبلات GNSS الأرضية ثنائية التردد. سيؤدي ذلك إلى تحسين التغطية المكانية والسماح بتحليل اضطرابات الغلاف الأيوني بمزيد من التفصيل. بالإضافة إلى الأدوات الأرضية ، ستساعد بعثات الأقمار الصناعية المستقبلية في الغلاف الجوي والغلاف الجوي المتأين أيضًا في توفير رؤى.

 

فيما يتعلق بالنمذجة ، من شأن الأدوات ثلاثية الأبعاد الأكثر تطوراً أن تملأ الفجوات في معرفتنا عن طريق إعادة إنتاج الاضطرابات الجوية والغلاف الأيوني الناتجة عن الأخطار الطبيعية بالكامل. هناك حاجة أيضًا إلى أدوات النمذجة الدقيقة لدراسة الأنشطة الزلزالية والبركانية للكواكب الأخرى. كما نعلم من الأرض ، يمكن فهم الجزء الداخلي من الكوكب من خلال تحليل انتشار الموجات الزلزالية المسجلة بواسطة مقياس الزلازل ، ولكن تركيب أجهزة قياس الزلازل على سطح الكواكب الأخرى يمثل تحديًا كبيرًا ، وحتى الآن ، فإن المريخ هو الوحيد الذي لديه الفضل في ذلك. ال  وعاء. مهمة المعرفة. أيضًا ، قد لا تكون الظروف الجوية على السطح مواتية لتركيب أي جهاز. على سبيل المثال ، تتمتع كوكب الزهرة بدرجة حرارة وضغط جوي مرتفعين للغاية ، مما يجعل من المستحيل وضع مقياس الزلازل لفترة طويلة من الزمن. لذلك ، بالنسبة لكوكب الزهرة ، فإن المراقبة عن بعد لاضطرابات الغلاف الجوي هي الطريقة الوحيدة للكشف عن علامات النشاط الزلزالي / البركاني والتعرف على تكوينها وتطورها.

مصدر:  EOS

انشر تعليق