Революционная технология, с помощью которой ученые обнаружили образование цунами в режиме реального времени

Цунами очень трудно обнаружить в открытом море, когда они быстро движутся к побережью. Однако в 2025 году ученые стали свидетелями одного из них в режиме реального времени. «Это было самое сильное землетрясение за последние 15 лет. Оно произошло у восточного побережья российского полуострова Камчатка в июле 2025 года: землетрясение магнитудой 8,8, которое также вызвало цунами с волнами, распространявшимися со скоростью более 644 км/ч. В течение нескольких минут в населенных пунктах Тихого океана зазвучали сирены. Миллионы людей получили приказ эвакуироваться из своих домов в течение напряженных часов, которые последовали за этим, в том числе не менее двух миллионов только в Японии. Но по мере того, как волна распространялась по океану, она вызывала не только страх: она создавала возмущения в атмосфере Земли. Океан, двигаясь на такой огромной площади, нарушал верхние слои атмосферы и создавал помехи для глобальных спутниковых навигационных сигналов. Это возмущение позволило ученым обнаружить цунами практически в режиме реального времени. «По чистой случайности, накануне американское космическое агентство NASA добавило компонент искусственного интеллекта в систему оповещения о стихийных бедствиях под названием Guardian, которая позволяет автоматически предупреждать ученых о важных событиях». Примерно через 20 минут после землетрясения на Камчатке наблюдатели цунами узнали, что волны направляются к Гавайям, за 30-40 минут до их прибытия. К счастью, на этот раз опасения по поводу широкомасштабной катастрофы, вызванной цунами, не оправдались. Волны, обрушившиеся на Гавайи, достигали высоты 1,7 метра и вызвали лишь небольшие наводнения и не нанесли серьезного ущерба. Большая часть энергии цунами рассеялась в открытом море, а самые большие волны обрушились на незаселенные районы. Однако, если бы ситуация была хуже, эти дополнительные минуты предупреждения могли бы оказаться решающими. Этот эпизод показал, что НАСА располагает системой, способной обнаруживать цунами задолго до его прибытия к побережью. «Оно практически незаметно, когда движется в открытом море», — отмечает Юэ Синтия Ву, исследователь в области морской инженерии из Мичиганского университета, специалист по динамике океанских волн. «Однако эта волна возникает в гигантских масштабах, перемещая огромные объемы воды за один раз. Это движение смещает воздух над ним, что нарушает верхние слои атмосферы, создавая волны в слое заряженных частиц, образующих ионосферу, на высоте от 50 до 300 километров над поверхностью Земли». Эти волны изменяют количество электронов, присутствующих в определенных зонах ионосферы. «Происходят ионные реакции, меняются температуры и возникает дисбаланс», — объясняет Майкл Хики, почетный профессор физики Университета авиации Эмбри-Риддл в Дейтона-Бич, Флорида, который изучал эти атмосферные волны. Навигационные спутники используют две частоты для связи с наземными станциями, поэтому увеличение количества электронов в ионосфере может вызвать необычные задержки в прибытии этих двух сигналов. Измеряя эти задержки, такие системы, как Guardian, могут обнаружить аномалии в ионосфере. Инженеры GPS уже знали, что сигналы подвержены такому воздействию. Поэтому они должны компенсировать этот «шум», чтобы гарантировать точность навигационных систем. «Но именно исследователи, занимающиеся науками о Земле, поняли, что этот шум можно использовать для обнаружения цунами». «Это умные люди, которые мыслят творчески», — утверждает Андерсон. «В последние годы исследователи смогли обнаружить следы цунами и вулканов в данных ионосферы». Хики и его коллеги ретроспективно изучили воздействие землетрясения магнитудой 9,1, которое потрясло северо-восточное побережье Японии в 2011 году и вызвало цунами. «Мы увидели кольца», — вспоминает Хики, имея в виду огромные волны, распространявшиеся в ионосфере над Японией и видимые на данных подсчета электронов. Огромное извержение вулкана в Тонга в 2022 году также оставило значительный след в ионосфере, который ученые впоследствии подробно проанализировали. «Но до землетрясения на Камчатке в этом году ни одно цунами большой силы не было обнаружено в режиме реального времени с помощью этих методов». DART, система обнаружения цунами Национального управления океанических и атмосферных исследований США. (NOAA), которая использует буи, закрепленные на дне моря, составляла прогнозы цунами, но система Guardian позволяла отслеживать волны в режиме реального времени. Исследование атмосферных сигналов усиливает надежды на то, что такая система, как Guardian, сможет обнаруживать цунами в открытом море, прежде чем они достигнут большой высоты и обрушатся на побережье. Это позволит сообществам получать более точные ранние предупреждения о приближающейся опасности и избегать ложных тревог. Кроме того, эта технология может применяться к другим явлениям, помимо землетрясений и извержений вулканов. Она даже может помочь обнаружить ядерные взрывы. Андерсон объясняет, что будущие усовершенствования позволят предсказывать поведение волн, движущихся по океану. «Это позволит не только автоматически обнаруживать цунами, но и автоматически предсказывать его траекторию», — говорит Андерсон. Примерно каждые 10 минут, по мере роста цунами, такая система могла бы автоматически генерировать прогнозы о конечном размере волн, месте их удара по побережью и времени. «Еще есть некоторые ограничения. Диего Мелгар, эксперт по землетрясениям, цунами и системам раннего предупреждения из Университета Орегона, утверждает, что ионосфера реагирует на цунами с задержкой от нескольких минут до десятков минут. «Для сообществ, расположенных вблизи эпицентра, атмосферный мониторинг слишком медленный». «Для местных предупреждений задержка приводит к тому, что ионосферные сигналы поступают слишком поздно, чтобы быть полезными». Однако большие волны цунами могут проходить через целые океанические бассейны. «После цунами 26 декабря 2004 года, которое опустошило побережье Индийского океана и унесло жизни около 228 000 человек, волны добирались до Шри-Ланки из эпицентра землетрясения у побережья Индонезии до двух часов. Волны достигли восточного побережья Сомали через семь часов. «Системы, подобные Guardian, могут обеспечить раннее предупреждение для этих отдаленных сообществ в случае возникновения подобных волн». «Если информация будет распространяться на достаточное расстояние, то да, это спасет жизни», — говорит Хики. «Автор: Крис Бараник»