Изображение: CC0 Creative Commons
Климатологов часто спрашивают: «Делает ли изменение климата ураганы сильнее?», но они не могут дать окончательного ответа, потому что не имеют достаточно информации. Но теперь пересечение дисциплин — сейсмологии, атмосферной науки и океанографии — предлагает неиспользованный ранее источник данных: непрерывный сейсмический учет, который ведется с начала 20-го века.
Международная команда исследователей нашла новый способ определить движение и интенсивность ураганов, тайфунов и других тропических циклонов, отслеживая, как они воздействуют на морское дно, используя информацию на сейсмометрах на островах и вблизи побережья. Изучив 13-летние данные из северо-западной части Тихого океана, они обнаружили статистически значимые корреляции между сейсмическими данными и штормами. Их работа была опубликована 15 февраля в журнале «Earth and Planetary Science Letters».
Группа экспертов была собрана Люсией Гуальтьери из Принстонского университета, научным сотрудником по исследованиям в области геонаук, и Сальваторе Паскале, ассоциированным исследователем в области атмосферных и океанических наук.
Большинство людей связывают сейсмологию с землетрясениями, говорит Гуальтьери, но подавляющее большинство сейсмических данных показывает движения низкой интенсивности из другого источника: океанов. «Сейсмограмма — это, в основном, движение земли, она регистрирует землетрясения, потому что землетрясение заставляет землю дрожать, но она также записывает все другие крошечные движения, от прохождения поездов до ураганов. Тайфун очень хорошо фиксируется в записи», — сказала она.
Поскольку невозможно узнать, когда произойдет землетрясение, сейсмометры должны работать постоянно, и они всегда готовы записывать драматическое начало землетрясения. Между землетрясениями они отслеживают фон, звучащий на планете. Гультьери сказала, что 20 лет назад геофизики отклонили это низкоинтенсивное звучание как шум.
«Что такое шум? Шум — это сигнал, который мы не понимаем», — сказал Паскаль, который также является научным сотрудником в Лаборатории динамики геофизических жидкостей.
Подобно тому, как астрономы обнаружили, что статичность между радиостанциями дает нам информацию о космическом фоне, сейсмологи обнаружили, что низкоуровневый «шум», регистрируемый сейсмограммами, является сигналом ветровых океанских бурь, совокупным эффектом волн, которые ударяются о берег по всей планете или сталкиваются друг с другом в открытом море.
Одна волна океана, действующая сама по себе, недостаточно сильна, чтобы генерировать сейсмическую подпись на частотах, которые она изучает, объяснила Гуальтьери, потому что типичные океанские волны влияют только на верхние несколько метров моря. «Движение волны экспоненциально убывает с глубиной, поэтому на морском дне вы ничего не услышите», — сказала она. «Основным механизмом генерации сейсмических аномалий от тайфуна является взаимодействие двух океанских волн друг с другом». Когда сталкиваются две волны, они генерируют вертикальное давление, которое может достигать морского дна и влиять на ближайший сейсмометр.
Когда буря достаточно велика — а бури классифицируются как ураганы или тайфуны — она оставит сейсмический след продолжительностью несколько дней. Предыдущие исследователи успешно проследили отдельные крупные штормы на сейсмограмме, но Гуальтьери пришла к вопросу с противоположной стороны: может ли сейсмограмма найти какой-либо большой шторм в определенном районе?
Гуальтьери и ее коллеги обнаружили статистически значимую зависимость между появлением тропических циклонов и крупных, долговременных сейсмических сигналов с короткими периодами между тремя и семью секундами, называемыми «вторичными микросейсмами*». Они также смогли рассчитать силу тайфунов из этих «вторичных микросейсмов» или крошечных колебаний, которые успешно коррелировали с наблюдаемой интенсивностью бурь.
Изображение: Сергей Рязанский / Роскосмос / Twitter
В общем, в сейсмической записи было достаточно данных, чтобы определить, когда произошли тайфуны и насколько они сильны.
До сих пор исследователи сосредоточивались на океане у берегов Азии из-за его мощных тайфунов и хорошей сети сейсмических станций. Их следующие шаги включают в себя совершенствование их метода и изучение других водных бассейнов, начиная с Карибского бассейна и Восточной части Тихого океана.
И затем они займутся исторической сейсмической записью: «Когда у нас есть очень определенный метод исследования, мы хотим изучить исторические данные», — сказала Гуальтьери.
Хотя глобальная информация о штормах восходит только к началу эры спутников, в конце 1950-х и начале 1960-х годов, первые современные сейсмограммы были созданы в 1880-х годах. К сожалению, самые старые записи существуют только на бумаге, и только несколько исторических записей были оцифрованы.
«Если бы все эти данные могли быть доступны, у нас могли бы быть записи за более чем век, и тогда мы могли бы попытаться увидеть какую-либо тенденцию или изменение интенсивности тропических циклонов на протяжении столетия или более», — сказал Паскаль. «Очень сложно установить тенденции в интенсивности тропических циклонов, чтобы увидеть влияние глобального потепления. Модели и теории предполагают, что они должны стать более интенсивными, но нам важно найти доказательства».
*Микросейсмы, микросейсмические колебания — слабые колебания земной поверхности вызванные действием ветра, морского прибоя и тп