16 сентября 2023 года мир был потрясен необычным природным событием, которое привлекло внимание ученых по всему свету. В это день был зафиксирован аномальный сейсмический сигнал с частотой 10,88 мГц, который сохранялся на протяжении девяти дней, а месяц спустя точно такой же сигнал повторился, продлившись еще неделю. Эти сигналы ставили перед исследователями серьезную загадку, ведь их источник и природа не были сразу понятны. Однако после многопрофильных исследований стало ясно, что эти очень долговременные колебания были вызваны необычным океанским явлением — сейсмическим сичем, возникшим вследствие двух мощных мегатсунами, образовавшихся в фьорде Восточной Гренландии в результате обвалов осыпей и ледяных лавин. Сейсмический сич — это стоячая волна, возникающая в закрытых или частично закрытых водоемах, которая характеризуется периодическим колебанием уровня воды и может влиять на наклон береговой линии.
Как правило, сичи наблюдаются в мелких и средних заливных образованиях и имеют сравнительно короткую продолжительность — от нескольких минут до нескольких часов. Однако в данном случае волна с частотой около 11 мГц держалась несколько дней и воздействовала на поверхность Земли на глобальном уровне, что является беспрецедентным явлением в сейсмологии и океанографии. Одним из ключевых вопросов, который поставили ученые, была определенность происхождения сигнала. Ранее гипотезы основывались на численных и аналитических моделях, которые предполагали связь с сичем, но прямых эмпирических доказательств не хватало. Противоречия существовали и в оценках начальной амплитуды колебаний — одни исследования указывали на сравнительно скромный максимум около 2,6 метра, другие давали оценки до 8,8 метров.
Решение загадки пришло с запуском и использованием миссии Surface Water Ocean Topography (SWOT), разрабатываемой NASA совместно с CNES и CSA. В отличие от традиционных спутниковых альтиметров, работающих в Надавном режиме и снимающих узкие полоски над поверхностью океана, SWOT обладает уникальным оборудованием — интерферометрическим радаром KaRIn, позволяющим получать двухмерные высокоточные карты высоты поверхности воды с пространственным разрешением от 2,5 метров вдоль траектории до 70 метров поперек. Это дало ученым возможность впервые заглянуть внутрь фьорда, зафиксировав динамику поверхности воды с беспрецедентной точностью и покрытием. Анализ данных SWOT, сделанный вскоре после обоих мегатсунами, выявил характерные наклоны и вариации в высоте воды, совпадающие с предсказанными узорами стоячих волн в фьорде. Ученые сосредоточились на измерении поперечного наклона водной поверхности, перпендикулярного длинной оси фьорда, что и стало ключевым параметром для подтверждения природы волнения.
Это позволяло косвенно оценивать амплитуду сичевых колебаний, сопоставляя наблюдения с ожидаемыми результатами сейсмических данных. Важное дополнение к спутниковым наблюдениям дали данные сейсмических станций, расположенных в относительно ближнем расстоянии от источника волнений. Обработка сигналов с этими данными позволила дополнительно определить силу и направление горизонтальной составляющей силы, вызванной движением воды. Установлено, что основное возмущение имеет направление перпендикулярно главной оси фьорда, что совпадает с модой основной сичи. Выводы, сделанные благодаря интеграции данных SWOT и сейсмического мониторинга, предоставили эмпирические оценки начальной амплитуды сической волны.
Так, первое событие, произошедшее в сентябре, имело максимальный поперечный наклон воды порядка 1,83 м на километр, а второе — в октябре — около 1,37 м на километр, что соответствует амплитуде волны порядка 7,9 метра. Эти данные подтверждают более высокие оценки из модели, опровергая гипотезы о слишком малых начальных значениях. Любопытно, что повторное появление сейсмического сигнала с уменьшенной интенсивностью совпало со второй ледяной лавиной, что подтверждает тесную связь между геологическими, гидрологическими и сейсмическими процессами в уязвимых высокоширотных районах. Также отмечается необычайно длительное время затухания сичевой волны без внешних возмущений — это ранее не наблюдавшееся явление, которое раскрывает новые стороны динамики закрытых водоемов. Выделим и тот факт, что благодаря спутниковой миссии SWOT удалось опровергнуть альтернативные гипотезы, которые рассматривали явления приливов или ветрового воздействия (Экаманов транспорт) как возможные источники подобного наклона водной поверхности.
Пространственный и временной анализ данных показал, что эти факторы не могли создать наблюдаемые закономерности, особенно учитывая, что приливы изменяются с гораздо меньшей частотой и амплитудой, а ветровые условия были не в состоянии вызвать столь значительные поперечные перепады. Важным аспектом исследования стало использование и развитие современных методов статистического анализа, основанных на вариационной байесовской регрессии. Такие методы смогли не только более надежно оценить параметры движения воды в условиях высокой шумности и редких измерений, но и построить надежные интервалы неопределенности для полученных результатов. Это дает надежду на широкое применение подобных подходов в изучении экстремальных и быстро меняющихся явлений в океанографии и смежных науках. Климатические изменения, активно воздействующие на Арктику и субарктические регионы, повышают вероятность возникновения подобного рода событий — обвалов ледников и вызванных ими мегатсунами — способных влиять на сейсмическую активность и гидродинамические процессы.
Изменение ледникового покрова приводит к дестабилизации горных склонов, что способствует увеличению частоты и масштаба осыпей. Наблюдения сичей, таких как в Диксоновом фьорде, позволяют лучше понять потенциальные риски и механизмы взаимодействия различных геосферных компонентов и, возможно, предсказать будущие экстремальные явления. Технические достижения SWOT демонстрируют важность развития инновационных инструментов дистанционного зондирования для мониторинга океана и прибрежных зон. Высокая пространственная разрешающая способность, способность проникать до береговой линии, в том числе в труднодоступные фьорды, открывает новые горизонты для изучения быстротекущих и комплексных гидродинамических процессов, ранее не поддававшихся надежной оценке. В совокупности с данными сейсмологических сетей и наземными измерениями это обеспечивает комплексный взгляд на взаимодействия между океаном, ледниками и земной корой.
Тем не менее, исследование подчеркивает и существующие ограничения современной спутниковой технологии — в первую очередь, связанные с временной дискретностью измерений и необходимостью специальных методов обработки данных для получения достоверных результатов. Применение сложных математических моделей и методов машинного обучения становится обязательным условием для извлечения ценных научных знаний из подобных «разреженных» данных. Дальнейшее развитие подобных проектов и совершенствование миссий вроде SWOT являются критическими для наблюдения и понимания влияния климатических изменений на океанические и геофизические процессы. Планирование последовательников миссий с улучшенным временным покрытием и расширенным спектром наблюдений позволит регулярно фиксировать и анализировать редкие и экстремальные события, такие как сейсмические сичи и мегатсунами. Особое внимание необходимо уделять высоким широтам и удаленным регионам, где в настоящее время наблюдательная инфраструктура ограничена.
