Мониторинг вулканизма с помощью дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и ГИС технологии

Основные последствия вулканических извержений:

• огромные опустошения и разрушения;
• средне и долгосрочное воздействие, вынуждающее проводить эвакуацию населения, нарушающее работу транспорта (наземного и воздушного) и всей хозяйственной инфраструктуры.

Многие районы современного вулканизма расположены в густонаселенных районах мира. Поэтому очень часто вулканические извержения непосредственно воздействуют на территории, акватории и воздушное пространство регионов, где живет и перемещается огромное количество людей.
С развитием методов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) в вулканологии открылись новые возможности. Исследования со спутников позволяют в полном объеме обеспечить постоянное наблюдение за изменением морфологии кратеров вулканов, следить за изменениями теплового потока на них, осуществлять оперативную передачу информации в центры обработки и, тем самым, обеспечивать в реальном времени выявление критериев предвестников извержений.
Для результативного мониторинга вулканов с использованием геоинформационных технологий, необходима база данных, которая должна содержать:

• подробные наземные наблюдения за динамикой и составом продуктов извержения;
• материалы дистанционного зондирования.

Состав базы данных:

• данные геологической изученности;
• данные наземных наблюдений;
• цифровая модель рельефа;
• цифровая карта границ лавовых потоков;
• цифровая карта изопахит лавового поля;
• аэрокосмические снимки.

Использование данных видимого диапазона:

• Мониторинг активных кратеров и вулканов, построение геолого-геоморфологических и структурных карт вулканов с использованием данных многозональной космической съемки высокого и среднего разрешения.
• Наблюдения за динамикой морфологии кратеров вулканов с количественной оценкой объемов, получение эталонных цифровых моделей вулканов с использованием фотограмметрических методов обработки данных аэрофотосъемки и космической съемки высокого разрешения.
• Мониторинг газопепловых выбросов в атмосферу с использованием данных космической съемки низкого разрешения.

Использование данных ИК диапазона:

• Индикация геотермических аномалий, оценка теплового состояния вулкана, выявление предвестников извержений.
• Индикация вулканических процессов (слежение за вулканическими облаками).
• Оценка масштабов извержений.
• Изучение морфологических, литологических, петрохимических и возрастных особенностей вулканогенных отложений.

Преимущества средств ДЗЗ оптического и ИК диапазонов:

• Высокое разрешение;
• Многозональность;
• Возможность получения стереоизображений;
• Обзорность (возможность мониторинга газопепловых выбросов в атмосферу).

Недостатки:

• Влияние метеорологических условий и условий освещенности.

Мониторинг вулканических процессов с помощью радиолокационной космической съемки:
Основные преимущества радиолокационных данных:

• Всепогодность и круглосуточность (независимость от наличия облачности и условий освещения;
• Высокая чувствительность к шероховатости поверхности;
• Возможность контроля изменений земной поверхности с помощью интерферометрии.

Всепогодность и независимость от условий освещенности радиолокационной информации чрезвычайно важна для районов современного вулканизма, расположенных в высоких широтах, таких, как Камчатка. Сочетание сложных метеоусловий, плохих условий освещенности в зимний период и выбросов вулканических извержений резко ограничивают период съемок таких районов в оптическом диапазоне. Радиолокационная съемка может проводиться непрерывно, что является ключевым требованием при мониторинге динамических процессов.
Особенности дешифрирования материалов радиолокационных съемок:

• Возможность получения изображений при разной поляризации радиосигнала, позволяющих учитывать при анализе материалов  ориентировку геологических объектов относительно вектора поляризации радиоволн.
• Дешифрирование РЛИ двух компонентов отраженного радиосигнала - основного и перекрестного - позволяет в ряде случаев получить дополнительную геологическую информацию.
• Радиолокационный сигнал различных горных пород изменяется с изменением длины волны. При прочих равных условиях интенсивность сигнала существенно зависит от размера частиц отражающей среды. Наиболее “интенсивно" отражают поверхности, неровности которых соизмеримы с длиной волны.

Выводы

• Для оперативного мониторинга областей вулканизма необходимо комплексирование средств ДЗЗ оптического, ИК и радиолокационного диапазонов и их анализ совместно с данными геолого-геофизических исследований.
• Требуется проведение дальнейших исследований по следующим направлениям:
• определение оптимальных параметров радиолокационной космической съемки для исследования областей вулканизма;
• развитие методов компьютерной обработки данных ДЗЗ.

Литература

• Хренов А.П., Шкарин В.Е. Аэрокосмический мониторинг современного вулканизма. // ArcReview №4(39). 2006. С. 4.
• В.Е. Шкарин. Использование средств дистанционного зондирования и гис технологий для мониторинга современного вулканизма. ФГУП «РНИИ КП».
• А.Н. Платэ, А.В. Веселовский. Географическая информационная система для оценки активности вулканов.
• О.А. Богатиков, А.В. Веселовский, Т.М. Маханова, В.Б.Мещерякова. Геоинформационная система для оценки опасности катастрофических вулканических процессов. Российский журнал наук о Земле Том 3, № 6, 2001.
• Хренов А.П., Пиери Д., Блинков А.Н., Зайцев В.В., Шкарин В.Е. Аэрокосмические исследования действующих вулканов Камчатки в 1993'1996 гг. // Исследование Земли из космоса. 1999. № 6, С. 70'82.