Les tremblements de terre créent des effets d'entraînement dans la haute atmosphère de la Terre qui peuvent perturber les communications par satellite et les systèmes de navigation sur lesquels nous comptons. Les scientifiques de l'Université de Nagoya et leurs collaborateurs ont utilisé le vaste réseau japonais de récepteurs mondiaux du système satellite de navigation (GNSS) pour créer les premières images 3D de perturbations atmosphériques causées par le tremblement de terre 2024 de la péninsule noto 2024.
Publié dans la revue Terre, planètes et espaceleurs résultats montrent des modèles de perturbation des ondes sonores dans des détails 3D uniques et fournissent de nouvelles informations sur la façon dont les tremblements de terre génèrent ces vagues.
Avec plus de 4 500 récepteurs GNSS répartis à travers le pays, le Japon possède l'un des réseaux les plus denses du monde. Ces récepteurs aident à suivre un suivi précis de l'emplacement et peuvent également détecter les changements dans une région de la haute atmosphère appelée ionosphère.
Une équipe de recherche dirigée par le Dr Weizheng Fu et le professeur Yuichi Otsuka de l'Institut de recherche environnementale de la Terre spatiale de l'Université Nagoya ont capturé la structure 3D détaillée des changements de densité électronique dans l'ionosphère après la préfecture de 7,5 magnitude, le Japon.
Lorsque les signaux satellites traversent l'ionosphère, ils ralentissent parce que les ondes radio interagissent avec les particules chargées électriquement. En mesurant combien les signaux ralentissent, les scientifiques peuvent calculer le nombre d'électrons dans le chemin des signaux et cartographier la teneur totale électronique. La cartographie de ces électrons leur permet de sonder et de surveiller efficacement l'état de l'ionosphère.
Environ 10 minutes après le tremblement de terre, les ondes sonores qu'elle a générées a parcourue vers le haut à travers l'atmosphère et a atteint l'ionosphère (60–1000 km au-dessus de la Terre). Cela a créé des perturbations d'ondulation similaires à jeter une pierre dans un étang.
Pour construire un modèle 3D de modèles d'ondes, les chercheurs ont utilisé une technique appelée « tomographie » – similaire à la façon dont les scans CT créent des images 3D du corps humain. Ils ont collecté des données sur les numéros d'électrons à partir de milliers de récepteurs de suivi des signaux de satellites à différents angles. En suivant leurs modèles 3D à différents moments après le tremblement de terre, ils ont créé une série chronologique de la façon dont la densité électronique a changé.
Ondes sonores générées à partir de lignes de faille entières, pas de points uniques
Au sud de l'épicentre, les chercheurs ont observé un modèle d'onde sonore incliné qui est progressivement devenu plus vertical au fil du temps. Lorsqu'un tremblement de terre crée des ondes sonores qui voyagent vers le haut à travers l'atmosphère, les parties supérieures des vagues se déplacent plus rapidement que les parties inférieures. Cela rend le front d'onde maigre ou incliné lorsqu'il se déplace. Au fil du temps, le motif incliné se redressait progressivement en un alignement plus vertical.
Les chercheurs ont produit la première visualisation 3D détaillée de la façon dont l'angle d'inclinaison change dans le temps pendant un événement sismique. Ils ont suivi la façon dont les modèles d'onde inclinés se sont progressivement redressés dans des détails sans précédent. Les modèles précédents supposaient que toutes les ondes sonores provenaient d'un seul point au centre du tremblement de terre. Bien que cela correspondait à certaines de leurs observations, cela n'a pas pu expliquer les modèles d'onde complexes et inégaux qu'ils ont vus dans leurs images 3D.
Pour comprendre cela, ils ont inclus des données provenant de plusieurs sources d'ondes le long de la ligne de défaut dans leur modèle, en supposant que certaines parties de la faille ont généré des ondes environ 30 secondes après la rupture initiale. Les résultats correspondaient mieux à leurs observations du monde réel et ont montré que les tremblements de terre ne créent pas des ondes atmosphériques à partir d'un seul endroit, mais plutôt à partir de plusieurs points le long de toute la faille alors que différentes sections se rompent au fil du temps. Cela explique pourquoi les perturbations atmosphériques observées, telles que les ondes inclinées, étaient plus complexes que les modèles plus simples précédents ne l'avaient prédit.
« En incluant plusieurs sources distribuées et délais, notre modélisation améliorée fournit une représentation plus précise de la façon dont ces ondes se propagent à travers la haute atmosphère », a souligné le professeur Otsuka.
« Les perturbations dans l'ionosphère peuvent interférer avec les communications par satellite et la précision de l'emplacement. Si nous comprenons mieux ces modèles, nous pourrions améliorer notre capacité à protéger les technologies sensibles pendant et après les tremblements de terre et améliorer les systèmes d'alerte précoce pour des événements naturels similaires », a ajouté le Dr Weizheng Fu, l'auteur principal.
À l'avenir, les chercheurs travaillent à l'application de leur modèle à d'autres événements naturels tels que les éruptions volcaniques, les tsunamis et les événements météorologiques graves.
