סקר הידרוגרפי באזורים האי הגעשי: טכניקות ומקריות

הבנת סקרים הידרוגרפיים בסביבה של האי הגעשי

איים געשיים מציגים כמה מהסביבות הימיות הדינמיות והמסוכנות ביותר על פני כדור הארץ.המשחק בין תנודתיות פעילה, ectonic uplift, ושחיקה מהירה יוצרת קרקעית שיכולה להשתנות באופן דרמטי בשבועות או אפילו ימים. סקר הידרוגרפי באזורים אלה אינו רק תרגיל מיפוי שגרתי; זהו כלי קריטי לשימור ניווט, חיזוי גיאוזארים גיאוגרפיים, הבנה אקולוגית, וניהול פיתוח החוף.

מאמר זה מתרחב על טכניקות הליבה המועסקות בסקרים כאלה, מסתמך על קבוצה רחבה יותר של מחקרים מפורטים מרחבי העולם, ומחקור טכנולוגיות מתפתחות שדוחפות את הגבולות של מה שניתן למדוד בסביבות קיצוניות אלה.ההתמקדות נותרה ביישומים מעשיים ותוצאות של העולם האמיתי, תוך שמירה על מחקר וסקרים תפעוליים עמיתים שבוצעו על ידי מוסדות אטומיים מובילים ומשרדים הידרוגרפיים.

שיטות סקר מתקדמות וקרנות

חבילת הטכנולוגיות המשמשות סקר הידרוגרפי באזורי האי הגעשיים חייבת להתמודד עם שטח סלעי מאוד, עומק מים משתנה, זעזוע גבוה מנפיחות געשית, ואת הפוטנציאל של סיכונים פעילים כגון התפרצויות צוללות או שחרור גז.אין חיישן יחיד הוא מספיק; סקרים מודרניים בדרך כלל משלבים פלטפורמות מרובות ושיטות אקוסטיות.

Multibeam Echosounders (MBES)

למערכות מרובותbeam Sonar נותרו עבודת הריצוף ברזולוציה גבוהה של ממבטיות מודרנית (Great MBES) לייצר מאות דבורים לping, מסדרון רחב של קרקעית הים.בהגדרות געשיות, הם חושפים מכתשים קרסו, ערוצי זרימה לב, כרית la vals, ותקלות ראשונית עם דיוק תת-מטר.

התקדמות בולטת היא השילוב של MBES עם הדמיה של עמוד מים.זה מאפשר סקרים לזהות זרמי גז (CO2, מתאן) העולה ממנזרים הידרותרמיים או התפרצויות פעילות, מתן מודעות בזמן אמת לפעילות געשית צוללת.רעש מצנרת כזו יכול לזלזל בתשואות אקוסטיות, הדורש תוכניות סקר הסתגלות ופעולות מעקב קפדניות.

Side-Scan Sonar (SSS)

בעוד MBES מספק עומק, Sonar בצד יכול לייצר תמונה של מרקם ים ומורפולוגיה. באזורים פעילים וולקניים, SSS מצטיין בסוגי זרימה שונים של לבה: פילאה נפוחה, חסום aa, ו מדרונות talus.זה גם יעיל מאוד לזהות פסולת או שרידי ארכיאולוגים כי יכול להיות מוטרד על ידי רעידות אדמה וולקניות יותר, כי הם לעתים קרובות יכול להיות מעוגלות יותר על פני השטח של מדרונות מעוקלים.

Lidar Bathymetry (ALB)

במים רדודים, צלולים סביב איים געשיים, מערכות לידר אוויריות יכולות למפות במהירות את קרקעית הים מהמטוסים באמצעות הדופק לייזר באורך גלי ירוק.זה חשוב במיוחד עבור שוניות אלמוגים, מיטות מעמיסות ים, ושחיקה החוף שמאפיינה איים טרופיים רבים כגון אלה בדרום האוקיינוס השקט יכול להשיג שיעורי כיסוי מהירים בהרבה מאשר סקרים המבוססים על כלי שיט, והוא נמנע מסיכון של נטייה של 10 פעמים רק על פני השטח ה-ידי מים מוגבלים.

רכבי תת-קרקעי אוטונומיים (AUVs) וגלידרס

(הופנה מהדף הוולקני, שבו חומרים משומרים או כלי רכב המופעלים מרחוק (ROVs) הם איטיים מדי או מסוכנים. AUVs כמו FLT:0REMUSFLT:1, חיישנים איטיים יותר של טונג:2SentinelFLT 3, או FLT:4HuginFLT:5 יכול לעוף מעל מחסנים פעיל יותר, 000 של טונגום, 000, 000 טונג, לעתים קרובות, 000 טונג.

המונחים: Profiling

מדרונות האי הגעשיים מכוסים לעתים קרובות על ידי רצפים עבים של הסדמנט הגעשי – tephra, ash, ו debris זורם. Sub ⁇ פרופילים (צ'יפ, בומר, ניצוץ) תמונות אלה השכבות, חושף את ההיסטוריה של התפרצויות געשיות ואירועי מסה סייעה לאבחון סיכונים: נוכחותם של מטוסים קבורים יכולה להצביע על שם מפולות עתידיות עלולות להתרחש סביב סקר של רוקנדרודות קנביד.

שיטות חשיבה פשיסטיות

למבנה עמוק יותר, סקרי השתקפות רב ערוצית משולבים לעתים קרובות עם סקרים הידרוגרפיים.אלה אינם הידרוגרפיים בלבד (הם מכוונים גיאולוגיה), אבל הנתונים נאספים לעתים קרובות במקביל. בקשתות האי הגעשיות, פרופילים סיסמיים חושפים את הארכיטקטורה התת-קרקעית של הרי געש צוללות - יותר מסטיק, תאי מאגמה, והתמוטטות - שהם בלתי נראים לבניהם בלבד, כדי לבנות מודלים של אמבטיה משולבת, עם מודלים של 3D.

מחקרים מורחבים: Global Perspectives

המחקרים הבאים ממחישים את המגוון של סביבות האי הגעשי וכיצד אסטרטגיות סקר הידרוגרפיים מותאמות יצרו תובנות שעושות תועלת לבטיחות, מדע וניהול.

מקרה מחקר 1: The 2022 Hungaטונגa Ha'apai Eruption (Tonga)

ההתפרצות הקטנונית של הר הגעש היבש בינואר 2022 יצרה צונאמי שהשפיע על כל האוקיינוס השקט.בתוצאותיו, צוות בינלאומי ביצע סקר הידרוגרפי חירום באמצעות שילוב של רחצה לוויינית, רבבאם 3 מ-R/VFLT:0TcerangaroaFLT:1, ו- AUV המשימה חשפה כי ה- cald העיקרי היה להעמיק בערך מ- 850 ליטרים ו-Framicialed ל-D.

מקרה מחקר 2: הוואי - KLilauea's Submarine Slopes

מעבר לדוגמה הידועה המצוטטת במאמר המקורי, הוואי מציעה מקרה ניטור ארוך טווח.מרכז וול געש הוואי USGS, בשיתוף עם NOAA, לערוך סקרים רבבים השנתיים מחוץ לחוף הדרומי של האי הגדול, המכסה את הסיומת של אזורי הקרע של קילאוארה, בשנת 2018 גם את ההתפרצות המזרחית התחתונה של ריפט, סקרי הידרוגרפיים שנתפסו פעיל ל-Lavavavavat לתוך האוקיינוס, לזהות את שערי הצוללת החדשה של מדפוסי החשופכים של צוללות.

מקרה מחקר 3: סנטוריני - מעקב אחר קלדרה ללא מנוחה (Greece)

המאמר המקורי ציין כי Santorini. מרחיב: בעקבות אי שקט משנת 2011-2012, אשר ראה אינפלציה משמעותית של רצפת ה-Caldera, רשת צפופה של סקרים הידרוגרפיים חוזרים הוקם.שימוש ב-Resolution רבבאם ו-ROV-deployed לחץ חיישן, מדענים מגובשים כ-Dateformation: רצפת ה- cald עלתה עד 14 ס"מ במהלך אי שקט זה הוא הזמן הראשון המשמש לנתוני רדארפורמולציה, בנוסף, כמו גם נתונים חד-ממדיים של נתונים מפונקמיים, כמו גם כן, כמו גם כן, כמו כן, כמו גם נתונים פיזור נתונים של פיזור נתונים של פיזור נתונים של האי.

מקרה מחקר 4: איי קאנרי - אי-יציבות ו Tsunami Hazard

האיים של טנריף, לה פלמה, ואל הירו ידועים קריסות קטסטרופליות. סקרי הידרוגרפי כבר מרכזי להבנת הר הגעש Cumbre Vieja על La Palma, שבו ההתפרצות 2021 עוררה עניין מחודש ביציבות המדרונות offshore. A 2022 סקר באמצעות התפרצויות עמוקות-לנשוף-scan ופרופיל נמוך- ⁇ - 25 ק"2 של פסולת ו בלוקים מימיים לא יכלו לעבור את ההתפרצות של השבר הנוכחי.

מקרה 5: איסלנד - קרחונים וירח דבש

המערכות הגעשיות באיסלנד לעתים קרובות משתרעות מתחת לקרחונים או לתוך fjords רדודה.התוצאות של הידרוגרפי כאן דורשות שימוש משולב של LiDAR עבור קופי קרח ו multibeam מבוסס כלי שיט עבור מים ליד החוף. בשנת 2010, ההתפרצות של Eyjafjafjallajökull של שדות קרח מבוזרים פעיל של ridges, אשר הפיק לאחרונה הערכה מסיבית של משקעים על פני צוללות עשירית על ידי מחסנים בשימוש לאחרונה.

אתגרים ומגבלות ב Hydrography וולקני

הפעלה באזורים געשיים מציגה מכשולים מעבר לעבודה הידרוגרפית טיפוסית.האתגרים העיקריים כוללים:

• (FLT:0) הבטחת פעולות: 1FLT:1 התפרצויות פעילות יכול ליצור שיפוע פתאומי, שחרור גז נפץ, או סכנות בליסטיות. Vessels חייב להיות גישה בזמן אמת לנתונים ניטור געש ולשמור על אזורי הדרה.
• (FLT:0)Extreme Topographic הקלה:FLT:1 מדרונות תלולים מאוד (לעתים קרובות > 45 מעלות) לגרום אזורי צל אקוסטיים והתערבות רב-פתטית, degrading איכות נתונים של Sonar.com תכנון קו צריך להיות מותאם עם צפיפות וזווית מראה מרובים.
• פערי נתונים באזורים מאוד רדודים: FLT:1 אזור סורף ואזורים בין-טרידיים הם לעתים קרובות ללא ממפה על ידי כלי שיט מסורתיים.כאן, לידר רחצה, כלי משטח בלתי מאוישים (USVs), ו photometry ספוג יותר ויותר בשימוש.
• (FLT:0) שטף גז וזריקת גז: ריצוף 1:1 בועות געשיות ובועות גז מעצימות אותות אקוסטיים, צמצום טווח ודיוק.
• (FLT:0) מתייחסות גיאודוקטית: ריצוף 1:1 Volcanoes deform במהירות.קביעת נתונים על תנועת הקרקע, אשר יכול להיות עשרות ס"מ בשנה. GNSS תחנות בסיס על האיים צורך החלמה תכופה.
• (FLT:0) עיבוד המורכבות: FLT:1, הטופוגרפיה המורכבת דורשת עריכה ידנית של משטחים מרחץ כדי להסיר חפצים ממורדות תלולים, בעוד נתונים פרופיל תת- ⁇ לעתים קרובות מכילים מספר רב של זרמי לבה קשים.

יישומים מעבר לניווט

בעוד המאמר המקורי מזכיר את הניווט ואת מוכנות האסון, סקר הידרוגרפי מודרני באיים געשיים משרת מספר רב של תחומים אחרים:

Tsunami Modeling and early Warning

precise רחצהymetry הוא קלט לכל מודל תפוקת צונאמי.ב הגדרות איים געשיים, מנגנוני כשלון מרובים - מפולת, התפוצצות געשית, כניסה זרימה דרסטית - quire high-resolution רשתות (10 מ' או קנס יותר) כדי לדמות את הריצה.לדוגמה, צונאמי אקרקאאו 2018 באינדונזיה נוצר על ידי התמוטטות של פלורק לתוך השמש היה יכול במהירות גבוהה יותר.

מחקר משאבי גאוותר

הרי געש submarine לעתים קרובות מארחים מערכות הידרותרמיות עתיריות שניתן להשתמש בהן לאנרגיה גיאותרמית. סקרים באמצעות כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים עם מגנטימטרים וחיישנים כימיים יכולים לאתר מקורות חום ונתיבים נוזליים. בעוד שעדיין לא מסחריים, מחקרים טייסים מיפן, ניו זילנד ואיסלנד הוכיחו את האפשרות של מיפוי של מאגרים גיאותרמאליים פוטנציאליים מתחת לים.

בסביבה הקרובה של Habitat Mapping and Marine Conservation

קרקעי וולקניים הם לעתים קרובות כתמים חמים המגוון הביולוגי, אירוח קהילות ייחודיות של אורגניזמים chemosynthetic סביב vents ועץ-fall בתי גידול. נתונים רבבם אחוריים ניתן להשתמש כדי לסווג תת-סטריטים (קשה לבה, סינדר, הריסות) וחיזוי התפלגות מינים. בגלפאסומס מארינס, סקרי רדיגרפיים זיהו ים חדשים וגנים עמוקים עכשיו מציעים הגנה.

כבל וPipeline Road Engineering

כבלים וצנרת של סובמרין הפועלים ליד איים געשיים חייבים להימנע מאזורים של זרימת לב פעילה, אזורי אשמה, או מדרונות תלולים נוטים לנפץ זרמי מים. סקרים הידרוגרפיים לספק את ההערכה הגיאו-הזארית הנדרשת לתכנון נתיב. סקר אחד לאחרונה בחו"ל גראן השתמש בשילוב של MBES ו-Tow-tow עמוק יכול לזהות ערוץ חיוור אשר נמנע על ידי סיבים חדשים, חיסכון פוטנציאלי, חיסכון של מיליוני דולרים.

טכנולוגיות מתפתחות וכיוונים עתידיים

העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית בנוגע לסקר אזורי האי הגעשיים הוולקניים.

משטחים חשמליים ומותיקים

ציים של USVs ו- AUVs עובדים במחילים מתואמת יכולים לכסות אזורים גדולים יותר מהר יותר מאשר כלי אחד.תוכנית הטרידנט של הצי האמריקאי ופרויקטים במימון האיחוד האירופי כמו FLT:0Swarm של מכוניות הידרוגרפיים הידרוגרפיים (HysphFLT:1) הם בדיקות אלגוריתמים עבור היתוך נתונים בזמן אמת ותוכנית המשימה מחדש.

Satellite-Derived Bathymetry (SDB)

אלגוריתמים משופרים למניעת עומק מים מדמיון לווייני (למשל, Sentinel-2, Planet) מגיעים כעת לשיאים של 1-2 מ' במים צלולים וארוכים, למרות שלא מתאים עדיין לסקרים ברמת ניווט, SDB יכול למלא פערים בין סקרי ספינות ולספק עדכונים מהירים לאחר התפרצויות שיוצרות קו החוף או שינוי חדש.

נתונים אמיתיים

חיישנים ים (מדכאים, סממטרים ו הידרופונים) יכולים כעת להעביר נתונים באמצעות מודמים אקוסטיים אל תוך buoys עם לוויינים אחוריים.זה מאפשר מעקב כמעט בזמן אמת של עיוות געשי ופעילות הידרותרמית.שילוב של רשתות חיישן כאלה עם נתוני סקר הידרוגרפיים מאפשר למדענים לתאם אירועים גיאופיזיים עם שינויים בים בים שנצפו מחדש בסקרים.

Machine Learning for Feature Extraction

סיווג אוטומטי של תכונות געשיות מהנתונים Sonar הופך להיות אפשרי.רשתות עצביות Convolutional יכול לזהות סוגים של זרימה לבה, שורש מכתש, ושדות vent מ MBES רחצה ומ backscatter, צמצום העבודה ידנית של מיפוי אזורים עצומים.מודלים מאומן על נתונים הוואי כבר מוחל בהצלחה על נתונים מן Azores, להפגין העברה.

מסקנה: התפקיד Eכרוך של הידרוגרפיה ב-Walmer Mitigation

המורכבות והדינמיות של אזורי האי הגעשיים דורשים כי סקרים הידרוגרפיים לעשות יותר מאשר פשוט לייצר תרשימים.הם חייבים להשתלב בתוכניות ניטור רב תחומיות המשלבות גיאולוגיה, גיאופיזיקה, אוקיאנוסים וניהול חירום.המקרה מחקרים מטונגה, הוואי, סנטוריני, הקנריים, ואיסלנד מראים כי חוזרים על סקרים - עם יכולות אחראיות במהירות - הם חיוניים להבנה והפחתה של סיכונים.

בעוד AUVs להיות יותר מסוגל וזמין, כמו לווייני וכלים למידת מכונה בוגר, המחסומים לאיסוף נתונים באיכות גבוהה יהיה נמוך יותר ממשלות וארגונים בינלאומיים כגון ארגון הידרוגרפי הבינלאומי (IHO) וועדת האושיאנית של האוקיינוסוגרפיה הבין-ממשלתית (IOC) צריך קודם לנבא את מיפוי של אזורי כלכלה בלעדיים געשיים, שרבים מהם עדיין לא מספיקים.

(א) ,א) ,א) ,א"מ (ה) ,א) , ויקרא (ב) , ויקרא ויקרא:2,2USGS, ,W) , פרסמו נתונים של מעקב; ו-FLT:4 ארגון הידרוגרפי הבינלאומי הידרוגרפיים:5 מציע הדרכה על מפרטים סקר.