अगली "बड़ी आपदा" के लिए अशांत पृथ्वी की निगरानी करना

मिशन पर निकला यूएसजीएस वेव ग्लाइडर, जो सोनारडाइन जीएनएसएस-ए उपकरणों से लैस है। साभार: यूएसजीएस

जब 2021 में अलास्का के तट पर 8.2 तीव्रता का चिग्निक भूकंप आया, तो यह एक बड़ा चेतावनी संकेत था।

1965 के बाद से अमेरिका में आया यह सबसे बड़ा भूकंप था और हाल के वर्षों में वैश्विक स्तर पर आए सबसे बड़े भूकंपों में से एक था; यह हमारे तटों से दूर, हमारी नजरों से ओझल, छिपे हुए भू-खतरों की याद दिलाता है।

समुद्र में इस तरह की घटनाएं सुनामी को जन्म दे सकती हैं, जिससे प्रमुख तटीय शहरों और क्षेत्रों को खतरा हो सकता है।

लेकिन, हाल तक, चिग्निक जैसे भूकंपों को जन्म देने वाली भूवैज्ञानिक गतिविधि वैज्ञानिकों के लिए एक महत्वपूर्ण अनछुआ पहलू थी, जो लहरों के नीचे छिपी और दुर्गम थी।

अब, पानी के भीतर की प्रौद्योगिकी कंपनी सोनारडाइन, स्क्रिप्स इंस्टीट्यूशन ऑफ ओशनोग्राफी और यूएस जियोलॉजिकल सर्वे (यूएसजीएस) के बीच चल रहे सहयोग और विकास के बदौलत, हमारी अशांत पृथ्वी की दूर से निगरानी करने की क्षमता न केवल संभव है बल्कि एक मानक प्रक्रिया भी बन रही है।

जीएनएसएस-ए नामक तकनीक का उपयोग करते हुए, भूकंप और सुनामी के खतरों के प्रति सबसे अधिक संवेदनशील तटीय क्षेत्रों की बढ़ती मात्रा की निगरानी की जा रही है, जिसमें अमेरिकी प्रशांत तट भी शामिल है।

GNSS-A क्या है?

GNSS-A उपग्रह स्थिति निर्धारण और जलमग्न ध्वनिकी को मिलाकर समुद्र तल की हलचल को सेंटीमीटर-स्तर की सटीकता के साथ ट्रैक करता है। सोनारडाइन के GNSS-A पेलोड से लैस एक मानवरहित सतह पोत (USV) समुद्र तल पर स्थित सोनारडाइन फेच ट्रांसपोंडरों की एक श्रृंखला के ऊपर गश्त करता है।

इसकी ज्ञात सतही स्थिति को प्रत्येक फेच ट्रांसपोंडर तक पहुंचने वाले ध्वनिक स्पंदनों के साथ मिलाकर, यह प्रत्येक ट्रांसपोंडर की सटीक स्थिति की गणना करने में सक्षम होता है - और इस प्रकार उस समुद्र तल की स्थिति की भी गणना कर सकता है जिस पर वह स्थित है।

समय के साथ इन मापों को दोहराकर, वैज्ञानिक भूकंप और सुनामी के खतरे को बेहतर ढंग से समझने और उसका अनुमान लगाने के लिए फॉल्ट के पार टेक्टोनिक प्लेटों की गति को ट्रैक कर सकते हैं।

सबडक्शन ज़ोन की निगरानी के लिए इस तकनीक का उपयोग करने वाले संगठनों में से एक यूएसजीएस है, जहां एक प्लेट दूसरी प्लेट के नीचे खिसक रही है।

उन्होंने सबसे पहले 2017 में हवाई विश्वविद्यालय और स्क्रिप्स के सहयोग से इसके उपयोग की खोज शुरू की, और दो विवर्तनिक प्लेटों के बीच घर्षण किस प्रकार फिसलने को प्रतिबंधित करता है और तनाव का निर्माण करता है, इसे मापने के लिए वेव ग्लाइडर और समुद्र तल सेंसर का उपयोग किया - मूल रूप से यह मापने के लिए कि "प्लेटें कितनी फंसी हुई हैं।"

तब से, वे सोनारडाइन जीएनएसएस-ए मॉड्यूल और फेच ट्रांसपोंडर का उपयोग करके जीएनएसएस-ए के विकास में योगदान देना जारी रखे हुए हैं।

कैलिफोर्निया पॉलिटेक्निक स्टेट यूनिवर्सिटी के हम्बोल्ट स्थित R/V नॉर्थ विंड पर सवार होकर USGS वेव ग्लाइडर को लॉन्च के लिए तैयार किया जा रहा है। क्रेडिट: USGS

कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन के साथ GNSS-A निगरानी का विस्तार करना

यूएसजीएस का एक प्रमुख केंद्र कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन है, जो प्रशांत उत्तर-पश्चिमी तट से दूर स्थित 1,000 किलोमीटर लंबी एक फॉल्ट लाइन है जो कनाडा के वैंकूवर द्वीप से लेकर उत्तरी कैलिफोर्निया तक फैली हुई है।

2021 और 2025 के बीच, यूएसजीएस ने इस क्षेत्र के सबसे दक्षिणी छोर पर अमेरिकी प्रशांत तट से दूर समुद्र तल पर चार निगरानी स्थल स्थापित किए हैं।

वे कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन के साथ एक व्यापक नेटवर्क का हिस्सा हैं, जहां सबडक्शन में तीन प्लेटें शामिल हैं: एक्सप्लोरर, जुआन डी फूका और गोर्डा, जो उत्तरी अमेरिकी प्लेट के नीचे खिसक रही हैं, जिससे 9 से अधिक तीव्रता के भूकंप और बड़ी सुनामी की संभावना पैदा होती है।

यूएसजीएस जीएनएसएस-ए साइटें, जिनमें से प्रत्येक में तीन फेच ट्रांसपोंडर हैं, सबसे दक्षिणी गोर्डा प्लेट पर स्थित हैं, जहां उत्तरी अमेरिकी प्लेट की गति के सापेक्ष गोर्डा प्लेट की गति की अनिश्चितता का क्षेत्र में भूकंप के आकार और पुनरावृत्ति पर प्रभाव पड़ता है।

"इस क्षमता के आने से पहले, हम केवल जमीन पर मौजूद जीपीएस नेटवर्क का उपयोग करके समुद्र से 50 मील से अधिक दूर समुद्र तल की धीमी गति का अनुमान उप-मिलीमीटर स्तर तक ही लगा पाते थे," कैलिफोर्निया में यूएसजीएस के भूकंप विज्ञान केंद्र के भू-माप इंजीनियर टॉड एरिक्सन कहते हैं।

लेकिन समुद्र तल एक अनछुआ हिस्सा था; वैश्विक विवर्तनिक पहेली का एक महत्वपूर्ण लापता टुकड़ा, जिसका अर्थ था कि समुद्र के नीचे मौजूद खतरे का वास्तविक पैमाना काफी हद तक अज्ञात था। हमारे उपकरण तटरेखा पर आकर रुक गए।

“कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन जैसी जगहों के लिए, जहाँ समुद्री प्लेटें उत्तरी अमेरिकी प्लेट के नीचे धंस रही हैं, समुद्र तल भू-माप स्थल एक महत्वपूर्ण कमी को पूरा कर रहे हैं, जिससे हमें भूकंप और सुनामी के खतरे को बेहतर ढंग से समझने में मदद मिल रही है। यदि इस क्षेत्र में प्लेटें 'लॉक' हो जाती हैं, जिससे तनाव बढ़ता है, तो उस पूरे तट और वैंकूवर, विक्टोरिया और सिएटल जैसे शहरों को सुनामी का गंभीर खतरा हो सकता है।”

यूरेका, कैलिफ़ोर्निया में आर/वी नॉर्थ विंड पर लादे गए जीएनएसएस-ए से लैस वेव ग्लाइडर को जहाज के मध्य में रखा गया है, और इसके चारों ओर तीन समुद्री तलीय भू-माप संबंधी मापदंड हैं जिन्हें कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन के साथ तैनात किया जाना है। क्रेडिट: यूएसजीएस

कैस्केडिया सबडक्शन ज़ोन का स्थलाकृति-समुद्री मापन मानचित्र, जिसमें भूमि और अपतटीय यूएसजीएस और एनएसएफ समुद्री तल भू-माप स्थलों पर भू-माप वेग दर्शाए गए हैं। साभार: यूएसजीएस

एल्यूशियन सबडक्शन ज़ोन से महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि

यूएसजीएस जिन बड़े भूकंपों के विवर्तनिक स्रोतों की निगरानी कर रहा है, उनमें से एक एल्यूशियन सबडक्शन ज़ोन है। चिग्निक भूकंप यहीं आया था और यूएसजीएस भूकंप के बाद राहत कार्यों के लिए तैयार था।

महज दो साल पहले, अमेरिकी राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (एनएसएफ) द्वारा वित्त पोषित वैज्ञानिकों की एक टीम द्वारा अलास्का के तट से दूर समुद्र तल पर, एल्यूशियन सबडक्शन जोन में तीन जीएनएसएस-ए निगरानी स्थल स्थापित किए गए थे।

8.2 तीव्रता के चिग्निक भूकंप से पहले यूएसजीएस और स्क्रिप्स द्वारा कई वेव ग्लाइडर सर्वेक्षण किए गए थे, जिसमें लगभग 1,200 मीटर पानी की गहराई में स्थित स्थलों की स्थिति की निगरानी की गई थी।

भूकंप के कुछ ही हफ्तों के भीतर, यूएसजीएस ने भूकंप के दौरान और उसके तुरंत बाद हुई हलचल को मापने के लिए अपने वेव ग्लाइडर को फिर से तैनात किया।

मौसम की चुनौतीपूर्ण परिस्थितियों के बावजूद, इस मिशन ने उच्च गुणवत्ता वाले जीएनएसएस और ध्वनिक डेटा को एकत्रित किया, जिसके परिणाम चौंकाने वाले थे।

“सुनामी मामूली थी, लेकिन भूकंपीय घटना अमेरिका में लगभग छह दशकों में सबसे बड़ी थी,” एरिक्सन कहते हैं, “इसलिए हमें बड़े पैमाने पर हलचल की उम्मीद थी। लेकिन यह जानना अविश्वसनीय था कि वास्तव में कितनी हलचल हुई – और वह 1.4 मीटर थी।” इससे भूकंप के दौरान और बाद में हुई हलचल के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी मिली, जिससे सबडक्शन ज़ोन की गतिशीलता को समझने में मदद मिली।”

सबसे बड़ा सवाल यह था कि क्या चिग्निक भूकंप ने फॉल्ट के ऊपरी हिस्से पर तनाव की स्थिति और सुनामी की संभावना को बढ़ाया या नहीं?

उन्होंने कहा, "मापों से पता चला कि समुद्र तल से 20 किलोमीटर से भी कम नीचे स्थित फॉल्ट के उथले हिस्से में यह 2-3 मीटर क्षैतिज रूप से खिसक गया, जिससे हमें यह समझने में मदद मिली कि फॉल्ट के साथ तनाव कैसे बनता है और भूकंप में कैसे मुक्त होता है।"

"इन परिणामों से पता चलता है कि संचयी फिसलन ने फॉल्ट के उथले हिस्से पर तनाव को कम कर दिया था और इसलिए, चिग्निक भूकंप ने उथले फॉल्ट की सुनामी क्षमता को संभवतः नहीं बढ़ाया।"

"इसने जीएनएसएस-ए तकनीक की प्रभावशीलता और क्षेत्र में सुनामी और भूकंप के खतरों का बेहतर आकलन करने के लिए त्वरित प्रतिक्रिया जीएनएसएस-ए माप की उपयोगिता को भी प्रदर्शित किया।"

जीएनएसएस-ए की उत्पत्ति

समुद्र तल पर प्लेटों की गति को मापने की क्षमता कोई नई बात नहीं है। यह मूल रूप से जीएनएसएस-ए तकनीक पर आधारित है, जिसे सबसे पहले स्क्रिप्स द्वारा, विशेष रूप से डेविड चैडवेल और फ्रेड स्पीस द्वारा विकसित किया गया था।

"समुद्र तल की हलचल पर नज़र रखने के लिए जीएनएसएस पोजिशनिंग और ध्वनिक मापों को संयोजित करना एक चतुर विचार था - और यह कारगर साबित हुआ," सोनारडाइन में महासागर विज्ञान व्यवसाय विकास प्रबंधक मिशेल बार्नेट कहती हैं।

"लेकिन चालक दल वाले जहाजों का उपयोग करके स्थिति निर्धारण करने की लागत इतनी अधिक थी कि यह संभव नहीं था। यह तकनीकी रूप से भी चुनौतीपूर्ण था।"

"तो, स्क्रिप्स के साथ काम करते हुए, शुरुआती दौर में

2010 के दशक में, हमने अपने फेच लॉन्ग-लाइफ सेंसर और वेव ग्लाइडर्स के लिए एक ऑफ-द-शेल्फ जीएनएसएस-ए पेलोड का संयोजन विकसित किया, जो एक क्रू वाले जहाज का उपयोग करने की तुलना में बहुत कम लागत पर सर्वेक्षण कार्य करने के लिए बाहर जा सकता है।"

सफल सर्वेक्षण के बाद यूएसजीएस वेव ग्लाइडर को आर/वी नॉर्थ विंड पर वापस लाया गया। क्रेडिट: यूएसजीएस

मौसम का इंतजार करते समय भी प्रतीक्षा करना सार्थक है।

हालांकि, इस तकनीक में कुछ चुनौतियां भी हैं। एल्यूशियन सबडक्शन ज़ोन के ट्रांसपोंडरों की स्थिति एकत्रित करने के बाद, एरिक्सन और उनकी टीम स्वाभाविक रूप से डेटा देखने के लिए उत्सुक थे।

इसमें शामिल डेटा की भारी मात्रा के कारण - हम प्रति साइट 25-30 जीबी (जिसमें तीन फ़ेच शामिल हैं) की बात कर रहे हैं - केवल उप-नमूने ही यूएसवी से तट पर वापस भेजे जाते हैं, मुख्य रूप से गुणवत्ता नियंत्रण के लिए।

इसलिए, उन्हें तब तक इंतजार करना पड़ा जब तक कि यूएसवी वापस किनारे पर न आ जाए या उसे वापस न लाया जाए। अलास्का की सर्दियों में (जब चिग्निक सर्वेक्षण किया गया था) दिन के उजाले का स्तर कम होने के कारण यूएसवी के लिए बिजली की उपलब्धता सीमित थी।

खराब मौसम के साथ-साथ, इसकी रिकवरी का समन्वय करना चुनौतीपूर्ण साबित हुआ, जिसके परिणामस्वरूप वेव ग्लाइडर को रिकवर करने और डेटा को ऑफलोड करने में चार महीने का समय लग गया।

फिर भी, इंतजार सार्थक रहा और परिणाम हमें पहले से कहीं अधिक गहन जानकारी प्रदान कर रहे हैं।

साइंस एडवांसेज वॉल्यूम 9, नंबर 17 में चिग्निक डेटा के बारे में और अधिक पढ़ें, जिसमें समुद्र तल भूगणित के बाद 2021 के एम 8.2 चिग्निक अलास्का भूकंप से उत्पन्न तीव्र उथले मेगाथ्रस्ट आफ्टरस्लिप का खुलासा हुआ है ।