Событие 16 сентября 2023 года стало поворотным моментом в мировом океанографическом и сейсмологическом сообществе. По всей планете был зафиксирован аномальный сейсмический сигнал с частотой 10,88 мГц, который длился рекордные девять суток. Месяц спустя идентичный сигнал вновь повторился, продолжаясь еще около недели. Многие исследователи выдвинули гипотезу, что причиной таких сигналов являются севичи — стоячие волны, возникшие после двух гигантских цунами, спровоцированных оползнями в фьорде Диксон на востоке Гренландии. До недавнего времени данные предположения строились исключительно на основе сейсмических инверсий, аналитического и численного моделирования, так как прямых наблюдений не существовало.
Революционным прозрением в понимании феномена стала полноценная фиксация этих волн с помощью миссии Surface Water Ocean Topography (SWOT). В отличие от традиционных методов, которые ограничены одноразмерными профилями, SWOT предоставляет ультра-высокое двухмерное картирование поверхности океана, включая территории вплоть до береговой линии и узких фьордов. Такие возможности позволили впервые внести прямое подтверждение теории севича и определить первоначальную амплитуду колебаний, которая составляла около 7,9 метра при помощи байесовского машинного обучения в сочетании с сейсмическими данными. Севичи, то есть стоячие волны, обычно образуются в замкнутых и полузамкнутых бассейнах из-за резонанса. Однако длительность таких осцилляций традиционно измерялась в часах, а диапазон воздействий ограничивался локальным масштабом.
Зафиксированное глобальное воздействие высокочастотного сейсмического сигнала, длившегося порядка недели без внешнего воздействия, вызывает недоумение и открывает новые вопросы в геофизике и океанологии. Еще более удивительным является факт повторения севича спустя месяц, связанного с повторным оползнем, что еще больше подчеркивает уникальность явления. Исследования подтвердили, что оба оползня, вызвавшие эти гигантские цунами, произошли в одной и той же узкой долине фьорда и сопровождались обширными разрушениями и наводнением, простирающимся на десятки километров вглубь суши. Спутниковые и полевые наблюдения за изменениями рельефа и следами цунами позволили привязать сейсмические данные к конкретным географическим событиям. Тем не менее, до получения данных SWOT было невозможно наблюдать динамику самого севича непосредственно в воде.
Чрезвычайно сложное по своей структуре взаимодействие резонансов и геометрии узкого Диксон-фьорда создало уникальные условия для образования лежащей на поверхности воды волны аномальной амплитуды. Аналитические модели, ориентированные на упрощенную прямоугольную форму фьорда, позволили оценить силы, привнесённые при сдвиге массы воды, и выработать оценки начальных амплитуд колебаний, которые различались в разных исследованиях от 2,6 до 8,8 метров. Эти расхождения частично объясняются вариациями принятых параметров ширины и длины фьорда, а также неучтёнными факторами внутреннего трения и геометрических сложностей. Наблюдения миссии SWOT сыграли решающую роль в верификации и уточнении моделей. Высокоточные данные спутника, отличающиеся разрешением порядка метров, обеспечили трехмерное картирование высоты поверхности воды с высокой детальностью и захватом мелких геофизических явлений.
Все прочие альтернативные гипотезы, включая влияние приливов и ветровых течений (Экмановский транспорт), были тщательно проанализированы и отвергнуты. Приливы не могли объяснить наблюдаемые перекосы воды поперек фьорда с таким временным и пространственным поведением, а погодные условия не давали необходимых сил и направленностей ветра для формирования столь мощных волн в данном направлении. Сейсмические станции в непосредственной близости от фьорда зафиксировали вертикальные смещения поверхности Земли, соотносимые с движениями воды. Анализ сигналов на частотах около 10 мГц совпал с временными отметками пролета спутника SWOT и снятыми водными наклонами. Применение байесовской регрессии позволило с высокой степенью доверия оценить амплитуды и сдвиги волн с учетом шумов и временной редкости данных.
Таким образом была достигнута редкая точность и уверенность в измерениях. Данные SWОТ не только подтвердили существование севича, но и позволили оценить его первоначальную амплитуду и скорость затухания, а также выявить связь между двумя событиями. Меньшая амплитуда и продолжительность второго сигнала соответствовали меньшему оползню, зарегистрированному в октябре 2023 года. Светлый пример эмпирической науки с непосредственным взаимодействием спутниковых, сейсмических и наземных данных. Для более глубокой интерпретации событий была создана простая аналитическая модель, связывающая горизонтальную силу, возникающую из сдвига массы воды, с наклоном поверхности воды, измеренным SWОТ.
Это позволило напрямую соотнести сейсмическое воздействие с изменениями поверхности воды, что ранее оставалось недостигнутым рубежом. Уникальность и значимость этих наблюдений не только в том, что впервые документирована многодневная стоячая волна с коротким периодом (около 92 секунд) в глубоком фьорде, но и в том, что она инициируется крупномасштабным геофизическим процессом — мегатсунами из-за оползней ледника. Подобных описаний природных явлений на стыке ледяного покрова, гор и океана документировано немного, и они открывают двери для будущих исследований воздействия климатических изменений на динамику горных и арктических регионов. Наконец, опыт работы с широкополосными спутниковыми данными SWOT показал уникальную важность спутникового слежения за быстрыми и экстремальными океаническими процессами для понимания и мониторинга изменений в природе. Несмотря на значительные достижения, остаются вызовы, связанные с временной редкостью данных и особенностями обработки большого массива измерений с высоким разрешением.
Для преодоления этих ограничений необходимы специализированные междисциплинарные подходы и развитие новых спутниковых миссий с более частым или адаптивным покрытием. Не менее важным аспектом поднятого события является его роль в контексте климатических изменений. Арктические регионы меняются с беспрецедентной скоростью, что вызывает рост числа лавинных событий и связанных с ними геофизических катаклизмов. Эти процессы нередко сопровождаются рекордными цунами, которые, в свою очередь, запускают уникальные динамические эффекты, такие как представленный севич. Понимание таких феноменов крайне важно для прогноза рисков, разработки адаптационных стратегий и оценки воздействия на экосистемы и инфраструктуру в полярных регионах.
В заключение, наблюдения севича в Диксон-фьорде — это значительный шаг вперед в осмыслении сложных взаимодействий между сушей, водой и льдом в удаленных уголках планеты. Они подчеркивают необходимость объединения спутниковых технологий, сейсмологических наблюдений и моделей для исследования неизвестных ранее процессов. Результаты исследований показывают, что современные технологии позволяют не только фиксировать, но и количественно описывать крайне редкие и мощные природные феномены, что открывает новые возможности для науки и защиты окружающей среды в условиях изменяющегося климата.
