Вулканы и землетрясения

Метод дистанционных геофизических исследований на основе тепловой инфракрасной съемки был апробирован несколько десятилетий назад на геологических объектах, обладающих наиболее высокой тепловой контрастностью, достаточной для фиксирования техническими средствами того времени. Как правило, это были геологические явления, связанные с современными вулканическими процессами, мощными зонами окисления сульфидных месторождений в гипергенных обстановках. Для выделения и картографирования указанных геологических явлений оказывались достаточными весьма невысокие требования к пространственному и температурному разрешению измерительных технических средств инфракрасной съемки.

Вулканы

Вулканические явления, особенно крупные, хорошо фиксируются на тепловых космических снимках. На снимках могут быть обнаружены действующие вулканы, геотермальные проявления. Различаются вулканы активные и полуактивные, на тепловых снимках дешифрируются их кратеры, лавовые потоки, а также термальные источники.

На Рис. 1 и 2 изображен вулкан Майон (2462 м высотой), расположенный к юго-востоку от Манилы на о. Лусон. Вулкан отличается своей практически идеальной конической формой, несмотря на десятки извержений вулкана за последние 300 лет. Последнее крупное извержение было зафиксировано в 1993 году, когда 70 человек в результате извержения погибли, а 50 тысяч человек были эвакуированы. На рисунке представлены два ночных тепловых инфракрасных изображения, полученных с помощью системы ASTER/Terra.

Изображение вулкана Майон на тепловых инфракрасных изображениях ASTER/Terra (http://visibleearth.nasa.gov)

Рис. 1 Снимок получен 1 апреля 2001 года

Рис. 2 Снимок получен 20 мая 2001 года

На апрельском изображении отчетливо различим конус с небольшой горячей (белой) точкой на вершине, а также лавовый поток к юго-востоку от вершины. Майское изображение было получено в период повышенной активности вулкана, что проявляется в увеличении размера кратера (горячая точка на вершине конуса), а также свидетельствует о возможном увеличении лавовых потоков на юго-восточной стороне конуса.

Вулкан Попокатепетль, изображенный на Рис. 3, "проснулся" в конце 2000 года. Снимок был получен с помощью съемочной системы ASTER/Terra, изображение представлено как результат синтеза видимых и ближнего инфракрасного каналов. Красными пикселами на снимке изображена растительность, белыми  — облака, голубыми — обнаженные горные породы. К северо-востоку от вулкана различим населенный пункт.

Рис. 3 Псевдоцветное изображение вулкана Попокатепетль (Мексика),
полученное с помощью съемочной системы ASTER/Terra
6 сентября 2000 г. (http://visibleearth.nasa.gov)

Врезки в левой части изображения представляют собой фрагменты изображений кратера вулкана в инфракрасном диапазоне за четыре разные даты: 6 сентября, 10 октября и 11 ноября 2000 г., а также 2 января 2001 г. соответственно. Левый столбец — съемка в среднем ИК-диапазоне (2,16 мкм), а правый — в дальнем тепловом (11,35 мкм).

Цвет на изображения в обоих столбцах распределен таким образом, что красные пикселы показывают самые горячие части кратера, а оранжевые, желтые, зеленые, голубые, пурпурные и черные пикселы показывают постепенно остывающие элементы. Изменения распределения и численности тех или иных пикселов свидетельствуют об изменении температуры лавы в кратере вулкана с течением времени.

Землетрясения

Перспективным направлением в настоящее время является использование снимков в тепловом инфракрасном диапазоне для изучения и прогноза землетрясений. Известно, что землетрясениям всегда предшествуют некоторые изменения в окружающей среде, в первую очередь геологического характера (изменение уровня подземных водных горизонтов, выделение из земной коры газов и др.) А.А.Тронин [2010] выявил, что землетрясения сопровождаются развитием крупных тепловых аномалий, примеры которых показаны на Рис. 4, 5 и 6. Такие тепловые аномалии возникают за 2 — 3 недели до землетрясения и существуют в течение 1 — 2 дней после него. Интенсивность таких аномалий обычно составляет 3 — 4 °С, причем наревается не только земная поверхность, но и воздух над тепловой аномалией.

Рис. 4 Тепловой снимок AVHRR получен 8 апреля 1976 г. Стрелки показывают тепловую аномалию, крест - эпицентр Газлийского землетрясения (Бухарская область) 8 апреля 1976 г. (М=7.3)

Рис. 5 Тепловой снимок AVHRR получен 11 марта 1984 г. Стрелки показывают тепловую аномалию, крест - эпицентр Газлийского землетрясения (Бухарская область) 19 марта 1984 г. (М=7.2)

Рис. 6 Тепловые снимки юга Камчатки, полученные MODIS/Terra. Даты съемки фиксируют
фоновое состояние и тепловую аномалию, обусловленную недавним землетрясением.
Крест указывает эпицентр землетрясения 21 июня 1996 г. (М=7.0), стрелки — тепловую аномалию.

А.А.Тронин предлагает объяснять возникновение тепловых аномалий, связанных с очагами землетрясений, следующими механизмами. Предполагается, что с движениями земной коры связан интенсивный восходящий конвективный поток газов и жидкости. В приземном слое атмосферы, при выносе таких газов, как CH₄, CO₂ и паров воды, возникает парниковый эффект. Повышение уровня грунтовых вод приводит к увеличению влажности почвы, что, в свою очередь, определяет рост ее тепловой инерции и возникновению тепловой аномалии в ночное время суток. Все эти процессы, накладываясь друг на друга, создают условия для формирования хорошо различимой на космических снимках тепловой аномалии.