Сейсмическая и магнитотеллурическая обсерватория (USArray) — это сейсмическая обсерватория континентального масштаба, учрежденная для создания основы интегрированного изучения континентальной литосферы и глубинного строения Земли. Проще говоря, это достаточно плотная сеть постоянных и переносимых сейсмометров и магнитотеллурических станций, устанавливаемых по всей территории США. Это самая большая в пространственном отношении составляющая программы EarthScope. В ее задачи входит фиксация всех сейсмических событий, от катастрофических землетрясений до легкого колебания почвы. Состоит эта сеть из четырех основных составляющих: «транспортабельного» набора перевозимых время от времени сейсмометров, «эластичного» набора портативных сейсмометров, эталонной сейсмометрической сети и набора магнитотеллурических станций.
Транспортабельный набор состоит из 400 высококачественных сейсмометрических станций, развертываемых широкой меридиональной полосой поперек территории США на расстоянии 70 км друг от друга и способных картировать верхние 70 км Земли. Это своеобразное поступательное движение было начато в 2007 году на западном побережье США и продолжается в восточном направлении до Атлантического побережья, после этого, начиная с 2014 года, сеть перемещается на Аляску, где работа продолжится до 2017 года. После 18–24 месяцев работы (если только исследователи не решат оставить станцию для работы в постоянном режиме), каждый инструмент снимается и перемещается в новую точку, расположенную восточнее. К окончанию проекта таким образом должно быть обследовано более 2 000 точек. Станция состоит из трех инструментов: широкополосного сейсмометра с обработчиком сигнала, солнечной батареи и передающего устройства, выдача результатов составляет 90%. Данные, передаваемые каждой станцией, поступают в Центр обработки данных в Университете Калифорнии (Сан-Диего), где проводится первичная обработка и проверка качества данных. После этого они передаются в Центр управления данными IRIS, где все полученные данные архивируются.
Расположение станций транспортабельной сети проекта USArray на декабрь 2014 года. (Источник: http://www.earthscope.org/science/observatories/usarray/ )
Места расположения выбираются очень тщательно: из-за высокой чувствительности сейсмометров на точность их работы может повлиять уличное движение или даже раскачивающееся рядом дерево. Сама станция располагается на глубине около 2 м от поверхности Земли в герметичной, термически изолированной камере, на поверхности находятся только солнечные батареи и передающее устройство. В каждую камеру устанавливается также микроэлектромеханический барометр для отслеживания условий, а с середины 2007 года каждая станция дополнительно укомплектовывается внешними атмосферными датчиками, высокочастотными инфразвуковыми микрофонами и низко-среднечастотными микробарометрами. Сейчас планируется оборудовать все вновь устанавливаемые станции погодными датчиками, измеряющими 6 параметров (температуру, давление, влажность, скорость ветра, направление ветра и уровень осадков).
Эластичный набор представляет собой более 2 000 портативных сейсмометров, которые могут на непродолжительное время размещаться в заинтересовавшем исследователей районе. Он состоит из 326 широкополосных, 120 короткопериодных и 1 700 активных сейсмометров. Ее преимущество состоит в возможности создания локальной сети приборов любой плотности и геометрии. Используя природные и активные источники, этот дополнительный набор позволяет проводить краткосрочные наблюдения ключевых участков «внутри» транспортабельного набора. Для подобной работы уже намечен ряд целей, например, уточнение глубины распространения разломов, поиск магматических камер под действующими вулканами, установление взаимоотношений между коровыми тектоническими провинциями и мантийными структурами, распознавание глубинного строения осадочных бассейнов и горных поясов и выяснение строения континентальных рифтов. Ученые надеются, что совместное использование данных эластичного набора и геологических, геохимических и геодезических исследований поможет решить ряд проблем континентальной геодинамики, тектоники и сейсмических процессов.
Эталонный сейсмометрический набор — это постоянная сеть из более чем 100 станций, расположенных на расстоянии примерно 300 км друг от друга, на территории США и 10 станций на Аляске. Он обеспечивает долгосрочную эталонную модель для сравнения с наблюдениями с более плотной, но непостоянной транспортабельной сети, а также для увязывания данных еще более подвижной эластичной сети. Каждая эталонная станция включает широкополосные датчики, способные фиксировать сейсмические волны от длиннопериодных поверхностных волн, до высокочастотных фаз, проходящих внутри тела породы. Некоторое количество станций оборудовано ультрадлиннопериодными датчиками. Данные с этих станций в режиме реального времени передаются в Национальный центр информации о землетрясениях Геологической службы США для мониторинга землетрясений во всем мире.
Магнитотеллурический набор состоит из станций, измеряющих природные электрическое и магнитное поле Земли. Их работа контролируется эталонной сетью из 7 магнитотеллурических (МТ) станций. Каждое лето до 20 портативных МТ систем развертывается в особо интересных с научной точки зрения районах на срок до 3 недель в виде сети с шагом ячейки примерно 70 км. Станции состоят из магнитометра и 4 электродов, ориентированных в меридиональном и широтном направлениях. Полученные данные могут быть интегрированы с другими геофизическими и геологическими данными для выяснения термального строения Северной Америки и изучения важности флюидопереноса в земной коре. Данные с МТ станций и эталонной сейсмометрической сети также передаются в Центр управления данными IRIS для архивации.
Источники: http://anf.ucsd.edu/about/ ,
http://www.usarray.org/public ,
http://en.wikipedia.org/wiki/USARRAY
Программа, как видно из ее описания, весьма насыщенная и обширная. И если две первые ее составляющие расположены в определенных местах, и их цель состоит в долгосрочном исследовании конкретных районов, представляющих потенциальную опасность для живущих там людей, то «обширность» последнего компонента USArray состоит именно в огромном пространственном охвате. Все полученные данные отражаются в трехмерной модели строения всего Северо-Американского континента и могут служить эталоном для сравнения с другими континентами и происходящими там глобальными процессами. Именно в результате работ проводимых Сейсмической и магнитотеллурической обсерватории были открыты обломки плиты Фараллон, исчезнувшей много миллионов лет назад под нынешней Северной Америкой. Она же позволила открыть подводящий канал к Йеллоустоунскому супервулкану. А какие открытия еще ждут исследователей?
Вот что сказал об этой программе Юрий Виноградов, заместитель директора по научной деятельности Кольского филиала Геофизической службы Российской академии наук, кандидат технических наук в интервью нашему сайту: «Это действительно очень интересный эксперимент и предмет гордости американских сейсмологов. Это как компьютерный томограф в медицине, только для Земли. С его появлением диагностика болезней вышла на качественно новый уровень, так и здесь наше понимание процессов, происходящих во внутренних оболочках Земли, выявление аномальных зон, станет на порядок выше, а значит, существенно сможет повысить качество и точность прогноза опасных явлений».
О последней составляющей проекта EarthScope можно почитать интересную научно-популярную статью на сайте журнала GEO.
Первая статья о программе EarthScope
Вторая статья о программе EarthScope
Издательско-выставочный центр ВСЕГЕИ
