NASA's "Water Surface and Ocean Terrain Surface Height Satellite" (SWOT), die wordt gebruikt om de hoogte van het zeeoppervlak te observeren, verkreeg onverwachts een ongekende observatie met hoge resolutie van een enorme tsunami toen er eind juli van dit jaar een sterke aardbeving plaatsvond voor het schiereiland Kamtsjatka, waardoor de wetenschappelijke gemeenschap het eerste gedetailleerde panoramische beeld van een tsunami vanuit de ruimte kreeg.
Onderzoekers wezen er in het laatste artikel gepubliceerd in het tijdschrift ‘The Seismic Record’ op dat deze waarneming de complexe details van de voortplanting en interactie van tsunami-golven in het Pacifische bekken aan het licht bracht, wat het al lang bestaande traditionele begrip van grote tsunami’s uitdaagt dat ‘bijna geen verspreiding plaatsvindt en de vorm in principe intact blijft’.
Op 29 juli vond een sterke aardbeving met een momentmagnitude van 8,8 plaats in de subductiezone Sakhalin-Kamtsjatka. Het was de zesde grootste aardbeving ter wereld sinds 1900 en veroorzaakte een tsunami over de oceaan in de Stille Oceaan. Angel Ruiz-Angulo van de Universiteit van IJsland en zijn team combineerden de door SWOT verkregen gegevens over de hoogte van het zeeoppervlak met de gegevens van de Deep Ocean Tsunami Observation Buoy (DART) die op het tsunami-pad werd ingezet om het fluctuatieproces van deze gebeurtenis te reconstrueren. De waarnemingen van SWOT laten zien dat tsunami's een fijne en complexe golfstructuur hebben in het Pacifische bekken, met meerdere golftreinen die met elkaar verweven en over elkaar heen in de ruimte zijn geplaatst, wat veel verder gaat dan de beperkte informatie die in het verleden te zien was toen slechts een paar boeien en traditionele hoogtemeters 'langs een dunne lijn passeerden'.
De SWOT-satelliet is gezamenlijk ontwikkeld door NASA en het Franse Nationale Centrum voor Ruimteonderzoek en gelanceerd in december 2022. Het oorspronkelijke doel is om wereldwijd uiterst nauwkeurige metingen te verrichten van waterlichamen op het aardoppervlak (inclusief oceanen, meren en rivieren). Door middel van een observatiestrook van ongeveer 120 kilometer breed en gegevens met een hoge ruimtelijke resolutie kan SWOT in korte tijd de kleine fluctuaties in de hoogte van het zeeoppervlak in een groot aantal zeegebieden vastleggen. Het werd voorheen vooral gebruikt om fijne dynamische processen zoals oceaanwervelingen te bestuderen. Ruiz-Angulo zei dat het team oorspronkelijk alleen SWOT-gegevens gebruikte om kleinschalige oceaanstructuren te bestuderen, en niet verwachtte dat het 'toevallig' een grootschalige tsunami-gebeurtenis zou meemaken, waardoor een nieuw observatievenster voor tsunami-onderzoek werd geopend.
In de traditionele tsunami-theorie worden dergelijke golven, aangezien de golflengte van een grote tsunami veel groter is dan de diepte van de oceaan, gewoonlijk beschouwd als 'niet-dispersieve' zwaartekrachtgolven, dat wil zeggen dat de algehele golfvorm in principe behouden blijft tijdens het voortplantingsproces en zal niet significant worden ontleed in voorlopende golven en daaropvolgende golftreinen. De gegevens die deze keer door SWOT zijn verkregen, vertonen echter aanzienlijke spreidingskarakteristieken: na de hoofdgolftop bevindt zich een reeks achterliggende golftreinen, waarvan de voortplanting en energieverdeling meer consistent zijn met de numerieke simulatieresultaten die rekening houden met het spreidingseffect. Op basis hiervan is het onderzoeksteam van mening dat de bestaande veronderstelling dat grote tsunami's eenvoudigweg worden beschouwd als niet-dispersieve golven onvolledig is, en dat het noodzakelijk is om dispersiegerelateerde dynamische mechanismen verder te integreren in voorspellings- en simulatiemodellen.
Bij het vergelijken van observaties en simulaties ontdekten de onderzoekers ook dat het vroege tsunami-bronmodel, geconstrueerd met behulp van seismische golf- en oppervlaktevervormingsgegevens, niet volledig consistent was met de gemeten gegevens van sommige DART-getijdenstations: de door het model voorspelde aankomsttijd van de tsunami was respectievelijk eerder en later op de twee observatiepunten. Het team voerde vervolgens een inversieanalyse uit met behulp van de DART-gegevens als beperking om de ruimtelijke omvang van het aardbevingsbreukgebied opnieuw te evalueren. De resultaten toonden aan dat de breukzone van de aardbeving in Kamtsjatka zich verder naar het zuiden uitstrekte, met een totale breuklengte van ongeveer 400 kilometer, terwijl het vorige model een geschatte 300 kilometer schatte.
Mede-onderzoeksauteur Diego Melgar wees erop dat de wetenschappelijke gemeenschap sinds de aardbeving met een kracht van 9,0 in de Tohoku-zee van Japan in 2011 steeds meer de belangrijke waarde van tsunami-gegevens heeft onderkend bij het beperken van de verspreiding van ondiepe slip. Vanwege de enorme technische verschillen tussen de hydrodynamische modellering van de voortplanting van tsunami's en de simulatie van seismische golfvoortplanting van de vaste aarde, is het echter nog steeds geen gangbare praktijk in de industrie om de twee soorten gegevens systematisch in hetzelfde inversieraamwerk te integreren. Deze gezamenlijke analyse van SWOT en DART laat eens te meer zien dat het volledig integreren van observatiegegevens uit meerdere bronnen kan helpen het breukproces van grote aardbevingen en de kenmerken van de daardoor veroorzaakte tsunami nauwkeuriger te karakteriseren.
In 1952 vond in de subductiezone Sakhalin-Kamchatka een grote aardbeving met een momentmagnitude van 9,0 plaats, die een enorme tsunami in de Stille Oceaan teweegbracht en direct de daaropvolgende constructie bevorderde van een internationaal systeem voor vroegtijdige waarschuwing voor de hele regio van de Stille Oceaan. Ook in 2025 speelde dit systeem weer een rol. Ruiz-Angulo zei dat als satellietobservatiegegevens met hoge resolutie, zoals SWOT, regelmatig kunnen worden gebruikt bij het voorspellen van operaties in de toekomst, dit naar verwachting de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van realtime of bijna realtime tsunami-waarschuwingen aanzienlijk zal verbeteren. De auteur van het artikel is van mening dat deze "per ongeluk vastgelegde" enorme tsunami een sterke empirische basis biedt voor het aantonen van de toepassingswaarde van satelliethoogtemeters bij het monitoren van tsunami's en het waarschuwen voor rampen.
Samengesteld uit /ScitechDaily