В июле прошлого года земная кора у побережья Камчатского полуострова в России разорвалась. Глубоко под водами Тихого океана, в зоне субдукции, где одна тектоническая плита погружается под другую, напряжение, накапливавшееся десятилетиями, высвободилось за считанные секунды. Этот разлом — мощное землетрясение магнитудой 8,8 — сместил морское дно и толщу воды над ним, породив цунами.
Гигантская волна разошлась по Тихому океану, мчась по открытому морю со скоростью самолета, а затем обрушилась на побережья, достигая высоты более 17 метров.
Ученые давно понимали, как происходит эта цепочка событий, однако детально проследить, как именно разворачивается землетрясение и последующее цунами в самой точке их зарождения — в глубоководных желобах зон субдукции — до сих пор было крайне сложно. Вблизи этих районов недостаточно датчиков для наблюдения за цунами, чтобы получить четкую картину происходящего.
Ключ к разгадке, как оказалось, — спутники. Вместо того чтобы полагаться исключительно на специализированные системы обнаружения цунами, исследователи все чаще используют уже существующие спутниковые миссии, находя для них новые применения. Спутник SWOT (Surface Water and Ocean Topography), созданный NASA и Французским космическим агентством для изучения уровня мировых вод и океанических течений, неожиданно оказался мощным инструментом и для науки о цунами.
Группа ученых под руководством Игнасио Сепульведы из Университета штата Калифорния в Сан-Диего использовала SWOT для наблюдения за камчатским цунами. Их работа позволила получить необычайно четкое представление о цунамигенезе — процессе рождения цунами. Благодаря спутниковым данным исследователи могут точнее моделировать — и, возможно, в будущем лучше предсказывать — такие экстремальные океанические явления.
Всего через 70 минут после землетрясения спутник прошел над Тихим океаном примерно в 600 километрах от эпицентра. Он зафиксировал в высоком разрешении не только фронтальную волну цунами, но и цепочку более мелких волн, следовавших за ней.
Однако при попытке смоделировать событие 2025 года исследователи столкнулись с проблемой. Когда они использовали простейшую, широко применяемую длинноволновую модель, оказалось, что она не воспроизводит все свойства, наблюдаемые спутником.
Причиной стали так называемые дисперсионные волны — те самые «хвостовые» колебания. Длинноволновая модель их просто не учитывает, поскольку такие волны трудно зафиксировать существующими средствами наблюдения.
Традиционные системы мониторинга цунами в значительной степени опираются на буи DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis), которые измеряют изменения давления на морском дне. Несмотря на их важность для систем предупреждения, возможности этих датчиков ограничены: они дают данные лишь в отдельных точках, не позволяя увидеть полную структуру волны.
Спутник SWOT, напротив, предоставляет широкую двумерную картину поверхности океана, фиксируя направление волн, расстояние между ними и их кривизну с точностью до сантиметров. Это дает исследователям принципиально новый уровень информации: теперь можно детально описать как главную волну цунами, так и следующие за ней.
Осознав это, команда исследователей перешла к более сложной модели — модели типа Буссинеска, — которая позволила корректно воспроизвести наблюдения спутника. Благодаря этому более широкому взгляду исследователи сделали важное открытие: дисперсионные волны несут информацию о месте зарождения цунами.
В результате им удалось определить область цунамигенеза с точностью примерно до 10 километров от глубоководного желоба — столь детальное «приближение» стало возможным впервые в истории.
Эти результаты знаменуют поворотный момент в науке о цунами. Впервые ученые получили прямые высокодетализированные двумерные наблюдения, связывающие структуру цунами в открытом океане с параметрами породившего его землетрясения.
В долгосрочной перспективе это позволит значительно улучшить модели: исследователи начнут гораздо лучше понимать процессы, происходящие вблизи океанических желобов — именно там возникают самые опасные цунами.
Совершенствование моделей, особенно в части этих труднодоступных зон, поможет повысить точность прогнозов: предсказывать высоту волн, время их прихода и силу удара о побережье. А в сочетании с существующими системами мониторинга это означает более быстрые предупреждения, более эффективную эвакуацию и, в конечном счете, спасенные жизни, когда произойдёт следующее крупное цунами.