• Author / Uploaded
• Marisabel Ruiz

• Categories
• Geodesia
• Sistema de Posicionamiento Global
• Tierra
• Lidar
• Temblores

Citation preview

LA GEODESIA EN EL SIGLO 21 (translated by Maria Ruiz…me debe 500.000.oo!) Desde la tierra plana, a la tierra redonda, a una tierra áspera y achatada, la comprensión de la gente de la forma de nuestro planeta y sus paisajes ha cambiado dramáticamente a través del curso de la historia. Estos avances en geodesia- el estudio del tamaño de la tierra, forma, orientación, y campo gravitacional, y las variaciones de estas cantidades con el tiempo –desarrollo debido a la curiosidad de los seres humanos por el planeta tierra y debido al uso de la geodesia en la navegación, la topografía y trazado (mapeo), todas áreas muy prácticas, que beneficiaron a la sociedad. Hoy la geodesia no es muy diferente, y su campo de acción hoy es concerniente, a la forma de la superficie de la tierra, porque esos pequeños e imperceptibles cambios se asocian con problemas de gran impacto social, tales como el derretimiento del hielo, el aumento del nivel del mar, el hundimiento de la tierra, y el agotamiento de los recursos acuíferos. Por ejemplo, el índice del derretimiento del hielo polar se puede estimar por la gravedad basada en la combinación de los satélites y de las medidas globales del sistema de posicionamiento global (GPS). Las estimaciones globales de los cambios del nivel del mar son medidos por los satélites altimétricos desde lo más profundo de las cuencas oceánicas, el agotamiento de los recursos acuíferos inducido por los humanos se refleja en el hundimiento medido por los satélites sintéticos del radar de abertura (SAR). En el siglo 21 los estudios geodésicos están principalmente influenciados por la medición geodésica desde el espacio. La geodesia espacial usa una serie de técnicas relacionadas con la precisión de la medida exacta de la distancia o fase, transmitidas o reflejadas desde objetos extraterrestres, tales como quásars, de la luna, o de los satélites artificiales. Las primeras mediciones geodésicas del espacio, que comenzaron hacia los años 80, tenían niveles de la exactitud entre 5 y 10 centímetros. Estas mediciones fueron conducidas a través del globo entero y rindieron las primeras observaciones directas del movimiento tectónico de las placas, posteriores mejoras en las tecnologías usadas en geodesia han aumentado la exactitud a los niveles del sub centímetro. Hoy las observaciones geodésicas pueden detectar los pequeños movimientos de las superficies sólidas y liquidas de la tierra así como cambios en la atmósfera y la ionosfera. De aquí en más, la geodesia ha tenido aplicación en una gran variedad de campos, que extienden bastante más allá de su papel tradicional en las ciencias de la tierra.

(Figuras 1 y 2)

La geodesia, como muchos campos científicos, es eminentemente tecnológica, que se ha desarrollado a través de los siglos, como una disciplina de la ingeniería debido a sus prácticas aplicaciones. Hacia los 1900s, los científicos y cartógrafos comenzaron a utilizar la triangulación y las medidas de nivelación para registrar la deformación superficial asociada a terremotos y a volcanes. Por ejemplo, uno de los descubrimientos geofísicos más importantes, la comprensión básica de la mecánica de los terremoto conocida como

“la teoría del rebote elástico” (Reid 1.910) que fue establecida analizando medidas geodésicas antes y después los terremotos de 1906 en San Francisco. En 1957, la Unión Soviética lanzó el Sputnik, un satélite artificial, llevando el mundo a la era del espacio. Durante las primeras 5 décadas de la era espacial, la tecnología espacial geodésica se desarrolló rápidamente. La idea detrás de la medición geodésica del espacio es simple: Medidas de la distancia o de la fase llevadas a cabo entre la superficie de la tierra y los objetos en el espacio tales como los satélites, la luna, o los quásars, son muy precisos , fácilmente retransmitidos y obtenibles casi desde cualquier punto de la superficie. Por lo tanto, el posicionamiento, la elevación superficial, y el campo gravitacional y sus cambios con respecto al tiempo se pueden determinar con exactitud y cobertura global. La primera generación de las observaciones geodésicas del espacio confió en el equipo astronómico existente tal como el radio telescopio, y en el análisis de órbitas basadas en las observaciones de los primeros satélites. Estas observaciones produjeron las primeras mediciones espacio-basadas del movimiento de las placas tectónicas y del campo gravitacional de la tierra. Prontamente satélites dedicados especialmente a la medición geodésica fueron desarrollados. En paralelo, la utilización inteligente de la observación no geodésica de misiones tales como satélites GPS y RAR resultó en posicionamientos o cambios en las mediciones muy precisos- los científicos pudieron ahora detectar terremoto y la deformación cortical magma-inducida, el hundimiento de glaciales y los cambios del nivel del agua superficial de los humedales. Durante la corta historia de la era de la geodesia espacial, el desarrollo innovador de las tecnologías del espacio ha generado numerosos métodos geodésicos (Véase la tabla S1 en el suplemento electrónico a esta edición del FOE (http://www.agu.org/FOE elec/)). Una mirada rápida a las principales tecnologías geodésicas espaciales muestra qué tan lejos y qué tan rápido la geodesia espacial ha avanzado desde que se inició hace 50 años.

Tipos de Misiones de Geodesia Moderna Similares tipos de datos no medidos desde los satélites implican una detección aerotransportado liviano de detección recorrido– lidar- y un recorrido laser terrestre (tls)

lo cuales miden las posiciones 3d de un gran número de puntos localizados en la superficies que mide el instrumento. (Figura 2)

El lidar teletransportado es extensamente usado para medir la elevación mientras que tls mide estructuras de pequeña escala y características superficies muy detalladas.

Un método de gran alcance para detectar el cambio de la superficie es InSAR. Este método compara pixel-por pixel las observaciones de la fase del SAR de la misma área adquirida de la misma localización en espacio para producir modelos digitales de la elevación (DEMs) o a los mapas superficiales de desplazamiento con la alta resolución espacial (típicamente a partir 5 a 100 metros). Tales mapas, llamados los interferogramas térmicos, se obtienen de observaciones repetidas de la órbita y pueden alcanzar la precisión del centímetro-nivel. Además, las órbitas satelitales son muy sensibles a las variaciones laterales del campo gravitacional de la tierra. Las medidas exactas de órbitas por tecnologías que se extienden (distancia) y otras por las que se adquieren la determinación exacta de la forma del geoide y sus variaciones a través del tiempo. El geoide es definido como la superficie equipotencial del campo gravitacional de la tierra que mejor se ajusta al nivel global del mar más bajo. Describe la distribución de la masa dentro de la tierra, de la cual uno puede deducir la estructura dinámica de la tierra. La nueva generación de satélites gravitacionales es también muy sensible a los cambios en el geoide a corto plazo reflejando la redistribución de la masa próxima a la superficie tal como derretimiento del hielo o los grandes cambios de escala estacionales en las precipitaciones esperadas de agua. Las medidas de Geoide son también cruciales para calibrar el GPS- a determinada altura con un dato malo estándar del nivel más bajo del mar. La geodesia espacial provee observaciones de varias escalas espaciales y temporales con su correspondiente variedad de aplicaciones. La gran resolución espacial de las mediciones y el cubrimiento global proveen los medios para la investigación localizada, continental y de los procesos a escala global. La naturaleza exacta y repetitiva de las órbitas satelitales permite la adquisición de datos confiables repetidos, con una resolución temporal de segundos (técnicas de GNSS) de decenas de días (altimetry, InSAR, y las técnicas de la gravedad). Algunas medidas comenzaron en los años 80, proveyendo a los científicos con un set de datos de las observaciones repetidas que abarcan décadas. Aplicación a Escala Global las técnicas, junto con la variación de las exactitudes espaciales y temporales, permiten la penetración geodésica a escala global.

Además de supervisar ampliamente el movimiento de la placas (figura 1a), las mediciones geodésicas independientes han revelado la congruencia de los movimientos de las placas a corto plazo con aquellos en las escalas de tiempo geológico y proporcionan mejores para los modelos cuantitativos del movimiento de las placas. Las mismas técnicas de colocación se han utilizado para supervisar la rotación de la tierra, incluyendo la variación en las tasas de rotación que afectaban la longitud de cada día y el desplazamiento de los polos. (Chandler wobble). Estas propiedades son esenciales para la determinación precisa de órbitas satelitales utilizadas en una variedad de aplicaciones, tales como la predicción meteorológica y la navegación con GPS. La cobertura mundial de la altimetría por satélites-lites permite observaciones decenales de los cambios de nivel del mar por todas las cuencas oceánicas, complementando registros de mareógrafos, muchos de los cuales abarcan los últimos 100 años, adquiridos sólo a lo largo de las costas. Además, las mediciones del GPS ayudan a mejorar el cambio relativo de registro del nivel del mar mediante el control de la subsidencia o levantamiento de estaciones de medición, que puede desacoplar el movimiento relativo de la tierra desde el mar. La determinación precisa de la forma de la tierra mediante la medición del geoide (Figura 1b) es otra contribución importante el uso de misiones satelitales pre- seguimiento preciso de altimetría y gravedad. Mediciones de altimetría de los océanos combinados con los modelos de gravedad pueden proporcionar información detallada sobre la batimetría del fondo del océano. Por ejemplo, se puede ayudar a detectar la ubicación de montes submarinos desconocidos (Figura 1C), que aparecen como anomalías de gravedad localizadas, reflejadas diferencias de masa lateral entre los montes submarinos y el agua del océano. Aplicaciones a Escala Continental El movimiento relativo de las placas tectónicas produce deformación a lo largo de los límites de las placas a través de volcanes y terremotos asociados. Estudios geodésicos pueden determinar los detalles del terremoto y el magma inducido por la deformación a escala local. La integración de estos datos en un área geográfica más grande revela la plena imagen de la frontera deformación de la placa. Por ejemplo, el componente geodésico del ámbito la tierra- el observatorio del límite de placas, fundado por la National Science Fundation EE.UU. ha ampliado las ya existentes redes de GPS locales para proveer cobertura a escala continental-al oeste de los Estados Unidos. La cobertura geográfica amplia y densa del ámbito de la tierra, con sus continuos datos de alta calidad, es ideal para la medición volcánica y del movimiento de las placas tectónicas, la acumulación de la tensión sobre las fallas, el desplazamiento de superficies

por terremotos, y la deformación post sísmica en escalas de tiempo de segundos a décadas. El movimiento vertical observado geodésicamente por GPS en Europa y América del Norte reflejan el ajuste isostático glacial (GIA, previamente conocido como rebote postglacial, véase Figura 1d) debido a la fusión de las capas de hielo posteriores al último período glacial (de hace 110.000 a 10.000 años) y los ajustes la masa correspondiente en el manto recién descargado. Estas observaciones proporcionan una excelente información sobre la viscosidad del manto. GIA también tiene una contribución a escala mundial, como es el registro de los cambios de la dinámica del cambio en el achatamiento de la Tierra (J2), El cual refleja los cambios en la distribución latitudinal de la masa dentro de la Tierra. A más corto plazo de tiempo estacional y la redistribución del agua y de la masa de hielo durante muchos años, son expresada por pequeñas pero detectables cambios en la forma del geoide. La alta precisión de (GRACE) satélite capaz de estimar el promedio de los cambios de las precipitaciones de agua a escala regional (Figura 1e). y cambios en la masa del hielo polar debido a la fusión del glaciar. Los cambios en elevación de la capa de hielo también son supervisados por el Satélite (ICESat) y otros satélites altimétricos. El geoide y los cambios en elevación de los casquetes polares incluyen tanto, cambios en el hielo como la respuesta GIA a la fusión actual y pasada. Las mediciones GPS con base en tierra son esenciales para determinar los cambios de masa debido a la GIA-inducida por la elevación de la corteza terrestre, lo que permite una mejor estimación de la tasa de derretimiento de capa de hielo. Además de supervisar los cambios en la superficie de la Tierra, muchos de escala continental, fenómenos atmosféricos y ionosféricos, se pueden medir a través dela geodesia por satélite. GPS y otras técnicas GNSS pueden monitorear cambios en el agua atmosférica precipitable (Figura 1f) y el total de electrones contenidos en la ionosfera (TEC). Tales cambios pueden ser monitoreados, ya que las señales transmitidas desde los Satélites GNSS son sensibles al contenido de agua en la atmósfera y al TCE en la ionosfera. Recuperaciones de agua precipitable han sido mostradas para mejorar la representación del vapor de agua en la atmósfera sistemas de predicción del tiempo en forma numérica, aumentando su capacidad de prever las fuertes lluvias y la intensidad de los huracanes. Las recuperaciones de TEC pueden ayudar a los científicos a pronosticar el clima adverso. Geodesia por satélite a escala local Los cambios en la superficie de la Tierra a nivel local en escalas (