Las observaciones geodésicas espaciales ayudan a revelar variaciones en las cargas superficiales de la Tierra

El movimiento de la masa superficial de la Tierra, incluida la atmósfera y los océanos, así como la hidrología y el derretimiento de los glaciares, provoca la redistribución de las cargas superficiales de la Tierra, la deformación de la Tierra sólida y las variaciones en el campo de gravedad.

Un equipo de investigación dirigido por el profesor Jin Shuanggen del Observatorio Astronómico de Shanghai (SHAO) de la Academia de Ciencias de China ha utilizado observaciones geodésicas espaciales para revelar variaciones de señales estacionales e intraestacionales en las cargas superficiales de la Tierra.

Investigaron los desplazamientos del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS) y la gravedad variable en el tiempo del Experimento Climático y de Recuperación de la Gravedad (GRACE) para extraer señales de carga superficial y explorar sus aplicaciones geofísicas. Los resultados indican que la geodesia espacial ofrece un método efectivo para estudiar las cargas superficiales y los movimientos de la corteza provocados por ellas. El estudio fue publicado en Navegación satelital el 24 de julio.

En los primeros días, los desplazamientos generados por las cargas superficiales de la Tierra no eran lo suficientemente grandes como para ser detectados por las técnicas de medición no globales convencionales y, por lo tanto, se consideraban ruido que perturbaba las señales de movimiento tectónico. Sin embargo, en la década de 1990, los geodestas comenzaron a observar los movimientos de la corteza con precisión, con una alta resolución espacial y temporal, utilizando densas redes de estaciones de observación GNSS continuas.

Encontraron señales estacionales significativas superpuestas a movimientos tectónicos seculares, y tales señales estacionales llamaron gradualmente su atención. El lanzamiento de los satélites GRACE en 2002 permitió a los científicos observar directamente anomalías de masa en la Tierra desde el espacio, y la combinación de las observaciones GRACE y GNSS contribuyó a que los estudios de carga superficial fueran más convincentes.

Anteriormente, el equipo de investigación había estudiado las cargas superficiales estacionales (periódicas) e intraestacionales utilizando desplazamientos superficiales de GNSS y anomalías de masa de GRACE. Obtuvieron varios resultados significativos, por ejemplo, variaciones en el achatamiento dinámico de la Tierra, campos de gravedad variables en el tiempo globales de alta resolución, sequías extremas en el suroeste de los Estados Unidos y cargas de agua de fuertes lluvias en Japón.

En este estudio, los investigadores presentaron los cambios estacionales y a largo plazo en los desplazamientos en las estaciones GNSS y las anomalías de masa de GRACE en el norte de Sudamérica. Encontraron hundimiento y levantamiento en regiones de anomalías de masa positivas y negativas, respectivamente. Por otro lado, las estaciones GNSS se movieron en la dirección de anomalías de masa negativas a positivas. Las observaciones geodésicas espaciales han monitoreado razonablemente los cambios estacionales en las cargas hidrológicas terrestres caracterizadas por la alternancia de estaciones lluviosas y secas cerca del ecuador.

En cuanto al mapa que muestra las anomalías de masa y los desplazamientos de la superficie en la isla de Hokkaido, en el norte de Japón, las variaciones interanuales de las anomalías de masa y las amplitudes de los movimientos estacionales de la corteza reflejan bien las variaciones interanuales de la cantidad de nieve.

Los desplazamientos y las anomalías de masa de GNSS y GRACE brindan información complementaria sobre los cambios estacionales en las cargas superficiales, como las cargas hidrológicas terrestres. «Debido a las diferentes resoluciones espaciales de las dos técnicas, los desplazamientos y las anomalías de masa a menudo son inconsistentes entre sí cuando las cargas superficiales se componen de anomalías complejas a pequeña escala. Esta será una dirección clave de las futuras investigaciones geodésicas de las cargas superficiales», dijo el Prof. Kosuke Heki, profesor invitado en SHAO.

Además, los desplazamientos de observación GNSS continuos se pueden usar para invertir el campo de gravedad variable en el tiempo y monitorear el cambio de anomalías en las cargas de agua junto con las mediciones de GRACE. «Hemos obtenido herramientas para estudiar campos de gravedad globales mensuales y señales de cargas geofísicas de alta resolución temporal-espacial y tales técnicas geodésicas espaciales serán importantes para monitorear inundaciones y sequías desastrosas», dijo el profesor Jin.