Землетрясение, вид из космоса

Сотрудники Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН обработали радарные снимки, полученные космическим аппаратом Sentinel-1A незадолго до и сразу после катастрофического землетрясения в Турции и Сирии. О том, какую информацию может дать учёным радиолокационная интерферометрия, мы расспросили главного научного сотрудника института, доктора физико-математических наук Александра Захарова.

— Александр Иванович, как давно вы используете радарные методы для исследования поверхности Земли?

— Методы радиолокационной интерферометрии — это одно из направлений наших исследований многие годы. Радиолокационными исследованиями наша лаборатория занималась ещё во времена Советского Союза — среди известных работ нашего института радиолокационное зондирование планет Солнечной системы с Земли, радиолокационное картографирование планеты Венера с борта космических аппаратов «Венера-15» и «Венера-16». С начала 90-х годов мы перешли к дистанционным исследованиям Земли из Космоса, в том числе методом радиолокационной интерферометрии, который мы активно развиваем.

В начале 1990-х годов такие работы только-только начинали появляться за рубежом, в России же подобных работ ещё не было. Мы первыми создали алгоритмы обработки, написали первые программы, с помощью которых впервые обработали снимки отечественного космического радара «Алмаз-1».  

Далее с помощью наших программ, а потом и с использованием зарубежных программных пакетов мы исследовали возможности метода в разных областях применения, изучали его достоинства и недостатки. Наша сильная сторона — глубокое знание радиофизики, понимание механизма взаимодействия радиоволн с отражающими покровами, благодаря чему мы получаем результаты, когда формальное применение метода может дать неверные данные. Такое возможно из-за искажающего влияния сезонных вариаций отражательных свойств объектов, атмосферных осадков и т. д.

— Что представляет собой метод радиолокационной интерферометрии, о котором вы говорите?

— Этот метод исследований основан на анализе разности фаз сигналов на радарных картинках, содержащих сведения о рельефе и динамике подстилающих покровов. Среди наших последних работ — исследования состояния хозяйственной и транспортной инфраструктуры с целью выявления опасной динамики. Нам удалось наблюдать, например, циклические температурные деформации железнодорожных мостов в Муроме. Другой пример — изучение динамики оползневого склона на реке Бурее, закончившейся катастрофическим сходом грунта в реку в декабре 2018 года. В результате обработки длинной серии радиолокационных наблюдений мы обнаружили, что подвижки грунта на береговом склоне начались задолго (по меньшей мере за 13 лет) до схода оползня. Мы показали связь начала эксплуатации Бурейской ГЭС с запуском оползневого процесса, а также установили влияние метеорологических осадков во второй декаде XXI века на ускорение подвижек. Что интересно, мы обнаружили, что современный оползневый процесс развился в пределах границ древнего стабилизировавшегося оползня.

Обработка набора архивных радарных данных спутника Sentinel-1 за 2018–2021 годы позволила подтвердить стабильность положения топливных резервуаров Норильской ТЭЦ-3 и прояснить степень ответственности мерзлотных процессов за повреждение аварийного топливного резервуара в 2020 году, приведшее к экологической катастрофе федерального масштаба. А сейчас мы заняты анализом землетрясения в Турции и Сирии.

— Но ведь в подобных исследованиях вы не одиноки? Землетрясение в Турции сейчас исследуют многие…

— В мире немало групп исследователей, как правило, зарубежных, увлечённых подобными проектами. Мы тут не одни. Однако мы практически одновременно с зарубежными коллегами получили столь впечатляющую интерферограмму по району землетрясения в Турции. Мы, как и другие исследователи, использовали общедоступные данные Европейского радара Sentinel-1.

Александр Захаров, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН. Фото из личного архива.

— Каким образом производился их анализ?

— Особенность интерферометрической обработки — совместное использование по меньшей мере пары снимков, полученных с близких точек в пространстве. Первый подходящий снимок по территории Турции был сделан 28 января 2023 года. Следующий — 9 февраля. Именно эта пара снимков, охватывающая катастрофическое событие, случившееся 6 февраля, должна была дать наиболее полное представление о динамике земных покровов в зоне разлома. И как только стал доступен второй снимок, всё международное сообщество принялось обрабатывать данные.

Первые сообщения из-за рубежа о результатах обработки появились в пятницу вечером, 10 февраля. Они пришли к нам одновременно с получением нами нашей интерферограммы. Наши отечественные группы, как я слышал, также намерены заняться обработкой этих данных.

— И что же там видно?

— На нашей картинке на радиолокационное изображение наложены разности фаз, показанные цветом. Один цветовой цикл соответствует проекции вектора смещения поверхности на линию визирования, равной 28 мм. Красной линией обозначен один из главных активных разломов в области стыка Анатолийской и Аравийской литосферных плит. Вблизи него интерферометрические полосы становятся наиболее частыми и зашумлёнными, что затрудняет точную оценку величин взаимных смещений поверхности в районе эпицентра землетрясения. Тем не менее, по этой картинке можно судить о степени деформации поверхности по мере удаления от линии разлома.

Можно оценить величину сдвига поверхности в зоне разлома относительно удалённых стабильных территорий. Здесь видны и локальные особенности геологии подстилающих покровов. На детальных картинках можно выявлять участки с повреждёнными зданиями и сооружениями в городских застройках. Видны последствия разрушения стенок каналов и дамб, приведшие к обширным затоплениям прилегающей территории.

— Что нам даёт эта информация? Ведь мы и без подобных исследований понимаем, что последствия землетрясения катастрофические…

— Раньше никогда не было такого рода данных по этой территории. Нынешнее землетрясение — самое мощное с 1939 года. Столь сильные процессы как бы просвечивают земные покровы, позволяя строить и уточнять геологические модели, описывающие динамику разлома. Это первый в мире научный результат по границе Аравийской и Анатолийской плит, и в этом его уникальность.

Важно, что результат обработки — это довольно детальная картина подвижек, повреждений, разрушений по громадной, порядка 200 × 200 км, территории. Получить сравнимую по размерам картину другими средствами, например, аэрофотосъемкой, будет гораздо дольше и заметно дороже.

— Можно ли каким-то образом использовать ваши методы для прогноза землетрясений?

— Тут пока сложно. Но что до других вариантов применения, например, наблюдения опасных оползневых участков, то выявление подвижек грунта на самом раннем этапе — это очевидно практический результат. То же касается наблюдения хозяйственной инфраструктуры и жилых застроек. Поэтому надо продолжать работать, и я уверен, что новые результаты окажутся ещё более впечатляющими.

— Как думаете, можно ли было что-то сделать, чтобы минимизировать последствия, снизить количество жертв? Ведь, казалось бы, XXI век на дворе, каждый день мы слышим о новых технологических успехах, а тут слепая стихия уносит десятки тысяч жизней! Неужели мы тут бессильны?

— Увы, возможностей краткосрочного прогноза землетрясений пока нет. Но теперь у нас расширилось поле для работы. Это, в том числе, поиск предвестников землетрясений с использованием того материала, о котором мы говорим. Такие геологические модели, несомненно, важны для описания динамики разломов и, надеюсь, для целей прогнозов опасных природных явлений в недалёком будущем.