Một trận động đất mạnh 8,8 độ richter xảy ra gần Bán đảo Kamchatka ở Nga đã gây ra sóng thần trên Thái Bình Dương vào cuối tháng 7. Một vệ tinh được thiết kế đặc biệt để đo chiều cao của bề mặt đại dương lần đầu tiên đã "theo dõi" hoàn toàn làn sóng khổng lồ này từ không gian với độ phân giải cao.

Được xuất bản mới nhất trong "The Seismic Record" đã chỉ ra rằng vệ tinh "Surface Water and Ocean Topography" (SWOT) do Hoa Kỳ và Pháp cùng phát triển đã ghi lại đường đi quan sát không gian có độ phân giải cao đầu tiên về một trận sóng thần lớn gây ra bởi trận động đất vùng hút chìm này. Nó cho thấy cấu trúc sóng phức tạp hơn nhiều so với dự kiến, đồng thời năng lượng tiếp tục lan rộng và phân tán trên bề mặt đại dương rộng lớn. Các nhà nghiên cứu tin rằng kết quả này được kỳ vọng sẽ giúp con người hiểu biết sâu sắc hơn về cơ chế lan truyền sóng thần, từ đó cải thiện việc đánh giá các tác động tiềm ẩn đối với các khu vực ven biển.

Nghiên cứu được hoàn thành bởi Angel Ruiz-Angulo, nhà nghiên cứu tại Đại học Iceland và những người khác. Họ cùng nhau phân tích dữ liệu độ cao mặt nước biển thu được từ vệ tinh SWOT và hồ sơ quan sát phao DART (Đánh giá và báo cáo sóng thần biển sâu) được triển khai trên đường truyền sóng thần. Kết quả không chỉ tiết lộ những chi tiết phức tạp bất thường của dạng sóng sóng thần mà còn đưa ra những hạn chế mới để tái tạo lại quá trình đứt gãy của trận động đất mạnh 8,8 độ richter ở vùng hút chìm Vòng cung Kamchatka-Kurile. Trận động đất này xảy ra vào ngày 29 tháng 7 và là trận động đất lớn thứ sáu được ghi nhận trên thế giới kể từ năm 1900.

Ruiz-Angulo mô tả rằng dữ liệu SWOT giống như đeo một "kính mới" cho các nhà nghiên cứu khoa học. Trước đây, cộng đồng nghiên cứu khoa học chủ yếu dựa vào các phao DART trải rộng khắp Thái Bình Dương để thu thập thông tin sóng thần mà chỉ có thể “lấy mẫu” và ghi lại tín hiệu sóng thần tại những điểm hạn chế trên vùng biển rộng lớn. Mặc dù các vệ tinh khác cũng có thể quan sát sự thay đổi độ cao của mặt nước biển nhưng trong điều kiện lý tưởng chúng chỉ có thể "quét" một đường sóng thần mỏng. Ngược lại, SWOT có thể thu được dữ liệu về mặt biển rộng tới khoảng 120 km cho mỗi lần di chuyển và mô tả sự dao động độ cao của mặt biển với độ phân giải không gian cao chưa từng có. Vệ tinh

SWOT sẽ được phóng vào tháng 12 năm 2022 và được NASA và Trung tâm Nghiên cứu Vũ trụ Quốc gia Pháp (CNES) hợp tác phát triển. Nhiệm vụ cốt lõi của nó là thực hiện lập bản đồ có độ chính xác cao đầu tiên về các vùng nước bề mặt và bề mặt đại dương trên toàn cầu. Ruiz-Angulo cho biết, ông và đồng tác giả Charly de Marez trước đây đã sử dụng dữ liệu SWOT để nghiên cứu các dòng xoáy quy mô nhỏ và các cấu trúc khác trong đại dương trong hơn hai năm, và ban đầu không mong đợi có cơ hội “đụng phải” một cơn sóng thần lớn.

Quan sát này cũng buộc cộng đồng nghiên cứu khoa học phải suy nghĩ lại về đặc điểm lan truyền của sóng thần lớn. Trong một thời gian dài, quan điểm chủ đạo cho rằng các cơn sóng thần khổng lồ có bước sóng lớn hơn nhiều so với độ sâu trung bình của đại dương là "sóng không phân tán" và sẽ bị chi phối bởi các dạng sóng tổng thể trong quá trình lan truyền xuyên đại dương và năng lượng không dễ bị phân chia thành nhiều nhóm sóng. Tuy nhiên, dữ liệu về sự kiện này mà SWOT thu được cho thấy rõ ràng sự tồn tại của hiệu ứng phân tán: năng lượng sóng thần bị phân hủy thành nhiều nhóm gồm các thành phần sóng khác nhau trong quá trình truyền lan và cho thấy sự phân tán không gian và điều biến cấu trúc đáng kể.

Nhóm nghiên cứu đã so sánh kết quả mô phỏng số chứa hành vi phân tán với các phép đo thực tế từ vệ tinh và phao và nhận thấy rằng tính nhất quán giữa loại "mô hình phân tán" này và các quan sát thực tế tốt hơn đáng kể so với các mô hình đơn giản hóa sử dụng các giả định truyền thống. Ruiz-Angulo chỉ ra rằng điều này có nghĩa là các mô hình số sóng thần được sử dụng phổ biến hiện nay đang "thiếu thứ gì đó" về mặt cơ chế vật lý, đặc biệt là cấu trúc bên trong và sự phân phối lại năng lượng của các nhóm sóng thần quy mô lớn vẫn chưa đủ. Ông còn suy đoán thêm rằng năng lượng phân tán bổ sung này có thể dẫn đến sự điều biến "sóng kéo" trước và sau đỉnh sóng thần chính, do đó ảnh hưởng đến chiều cao sóng cục bộ và trình tự đến khi tiếp cận các bờ biển nhất định. Những tác động tiềm ẩn này cần phải được định lượng và đưa vào các hệ thống dự báo trong tương lai.

Trong nghiên cứu này, nhóm cũng so sánh các quan sát SWOT và DART với các dự báo sóng thần trước đó dựa trên nguồn động đất và dữ liệu biến dạng bề mặt. Họ phát hiện ra rằng tại một số địa điểm giám sát biển sâu, thời gian đến của sóng thần được dự đoán theo truyền thống không khớp với phép đo thực tế của DART: tại một địa điểm, thời gian đến mà mô hình đưa ra là quá sớm, trong khi tại một địa điểm khác, thời gian đến quá muộn. Để giải quyết mâu thuẫn này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng cái gọi là phương pháp "đảo ngược" để ước tính lại đặc điểm đứt nguồn bằng cách sử dụng các phép đo phao thực tế làm ràng buộc. Kết quả cho thấy vùng đứt gãy của trận động đất mạnh 8,8 độ richter này mở rộng xa hơn về phía nam so với dự đoán của các mô hình trước đó, với tổng chiều dài khoảng 400 km, dài hơn đáng kể so với ước tính trước đó là 300 km.

Diego Melgar, đồng tác giả của bài báo, đã chỉ ra rằng kể từ trận động đất mạnh 9,0 độ richter ngoài khơi bờ biển Tohoku, Nhật Bản vào năm 2011, cộng đồng địa chấn học đã dần nhận ra rằng dữ liệu quan sát sóng thần cực kỳ có giá trị trong việc hạn chế sự phân bố trượt của các đứt gãy nông. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã cố gắng tích hợp dữ liệu sóng thần như DART với sóng địa chấn truyền thống và các phép đo biến dạng bề mặt. Tuy nhiên, trong hoạt động thực tế, kiểu ghép dữ liệu đa nguồn này vẫn chưa được chuẩn hóa hoàn toàn. Một trong những lý do quan trọng là có sự khác biệt lớn về khuôn khổ vật lý và tính toán giữa mô hình động lực học chất lỏng mô phỏng sóng thần và mô hình đất rắn mô phỏng sự lan truyền sóng địa chấn. Ông nhấn mạnh rằng nghiên cứu này một lần nữa cho thấy rằng việc kết hợp nhiều quan sát khác nhau là rất quan trọng để hiểu được đặc điểm nguồn động đất và hành vi sóng thần.

Khu vực Vòng cung Đảo Kamchatka-Kurile là khu vực nổi tiếng thế giới thường xuyên xảy ra động đất và sóng thần mạnh. Ngay từ năm 1952, một trận động đất lớn có cường độ 9,0 độ richter trong khu vực đã gây ra sóng thần trên khắp Thái Bình Dương và trực tiếp thúc đẩy việc thành lập hệ thống cảnh báo sóng thần quốc tế. Hệ thống này cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cảnh báo sớm và đưa ra cảnh báo về sự kiện này vào năm 2025.

Các nhà nghiên cứu cho biết khi dữ liệu quan sát vệ tinh tương tự SWOT tiếp tục được tích lũy, dự kiến ​​nó sẽ đóng vai trò lớn hơn trong việc dự báo sóng thần theo thời gian thực hoặc bán thời gian thực trong tương lai. Ruiz-Angulo nói rằng nếu những kết quả như vậy có thể được lặp lại trong nhiều sự kiện thực tế hơn trong tương lai, nó sẽ giúp chứng minh cho những người ra quyết định và nhà tài trợ rằng việc đầu tư vào khả năng quan sát vệ tinh chuyên dụng có giá trị lâu dài trong việc cải thiện mức độ cảnh báo sớm và giám sát sóng thần toàn cầu.