Vliv postseismických jevů na zemské desky a jejich následné reakce jsou klíčovými tématy geofyziky, přičemž výzkum těchto jevů nám umožňuje lépe pochopit chování Země po velkých zemětřeseních. Když nastane silné zemětřesení, jako například v roce 2010 v oblasti Maule v Chile, geodetická a geofyzikální měření ukazují, jak se může zemská kůra a pod ní ležící mantl chovat v krátkodobém až střednědobém horizontu.

Jedním z nejvíce pozorovaných postseismických jevů je vzestup povrchu, který může pokračovat i měsíce nebo roky po samotném zemětřesení. Tento jev je známý jako postseismický vzestup. V případě And v Chile byla měření pomocí InSAR (syntetická aperturová radarová interferometrie) ukázána na změny, které pokračovaly i po samotném zemětřesení. Tento vzestup je způsoben uvolněním stresů ve vrstvě zemské kůry a následným urovnáním těchto napětí v mantlu.

Důležité je, že tento vzestup může být způsoben nejen horizontálním pohybem, ale i vertikálním vzestupem v důsledku změn v podzemní viskozitě a elasticitě mantlu. Příkladem takového jevu jsou regiony jako Makran v Pákistánu, kde byly pozorovány podobné procesy po zemětřesení v roce 2013. Tento typ postseismické relaxace přináší hlubší pochopení toho, jak se mantlové struktury chovají při dlouhodobějších změnách napětí.

Pohyb zemské kůry a její následné deformace jsou pozorovatelné nejen na povrchu, ale i pod ním, což je možné díky novým geodetickým metodám jako InSAR nebo laserovému skenování (LiDAR). Tyto technologie umožňují velmi přesně měřit i malé změny v deformacích, což poskytuje cenné údaje pro vědce, kteří studují, jak se zemská kůra přizpůsobuje těmto vnitřním procesům.

Co je pro tyto studie zásadní, je porozumění vzorcům těchto deformačních jevů v různých typech zemětřesení. Ačkoliv je běžné, že po velkých zemětřeseních dochází k určitému uvolnění napětí, reakce mantlu, která může zahrnovat i delší časové rámce, nám dává informace o tom, jaký vliv mají naší geofyzikální modely a predikce o rizicích a zátěži pro regiony s vysokou seizmickou aktivitou.

S využitím moderních technologií, jako je GPS nebo přenosné geodetické sítě, se také zlepšuje schopnost modelovat dlouhodobé chování zemské kůry. Tímto způsobem může být lépe odhadnuta dynamika subdukčních zón nebo oblastí, kde dochází k častým posunům mezi tektonickými deskami. Tyto znalosti jsou neocenitelné při předpovědi rizik pro budoucí zemětřesení nebo při studiu postseismických deformací, které mohou pokračovat ještě dlouho po počátečním šoku.

Na základě těchto studií je možno odhadnout, jakým způsobem se bude postseismická aktivita vyvíjet a jaký vliv bude mít na dlouhodobou stabilitu daných oblastí. Porozumění těmto procesům nám umožňuje lépe se připravit na následky velkých zemětřesení, nejen z hlediska destrukce, ale i z pohledu následných deformací, které mohou ovlivnit například zemědělství, infrastrukturu nebo ekosystémy v postižených oblastech.

V neposlední řadě, porozumění postseismickému vzestupu a jeho vlivu na struktury mantlu hraje důležitou roli v geodynamických studiích a v modelování rizik spojených s globálními změnami. Tyto procesy mají široké důsledky nejen pro vědecký výzkum, ale i pro každodenní život, neboť poskytují klíčové informace pro řízení katastrof, výstavbu a ochranu životního prostředí v seizmicky aktivních regionech.

Proč je důležité sladit čas GPS a UTC pro přesné geofyzikální měření?

Od zavedení koordinovaného světového času (UTC) v roce 1970 bylo do tohoto časového systému nepravidelně vkládáno celkem 27 přestupných sekund (leap seconds). Naopak GPS čas, který byl zaveden o deset let později, v roce 1980, byl původně synchronizován s UTC, avšak neobsahuje mechanizmus pro přidávání těchto přestupných sekund. V důsledku toho GPS čas od ledna 2017 předbíhá UTC o 18 sekund. Toto rozdílné chování obou systémů je klíčové zejména v aplikacích, které vyžadují přesné časové zarovnání mezi satelitními navigačními systémy (GNSS) a fyzikálními jevy, jako jsou například zemětřesení. Časy událostí, například původní čas otřesů, jsou většinou udávány v UTC. Pokud chceme srovnávat data z GNSS s takovými fyzikálními procesy, je nutné zajistit správnou korekci GPS časových značek o příslušný počet přestupných sekund. Jelikož jsou přestupné sekundy zaváděny nepravidelně, je třeba mít k dispozici aktuální tabulku jejich počtu.

V kinematickém zpracování GNSS dat, kdy je polohová informace určována pro každé epochální měření zvlášť, se odlišnosti mezi statickým a dynamickým měřením ukazují především v oblasti šumu a interference signálu. Multipath efekt, vznikající odrazem satelitního signálu od zemského povrchu, je hlavní komplikací v přesném určování polohy během dynamických měření. Tento efekt způsobuje časově proměnnou interferenci mezi přímým a odraženým signálem, která se projevuje na úrovni několika centimetrů a periodicky se opakuje přibližně po jednom oběhu GPS satelitů kolem Země, což trvá 11 hodin a 58 minut. Zatímco při statickém měření je multipath efekt často vyhlazený průměrováním dat za celý den, v dynamických (subdenních) měřeních tato metoda již nestačí a je třeba použít specifické filtrační a korekční techniky.

Jednou z osvědčených metod redukce multipath šumu je sidereal filtering, která využívá skutečnosti, že satelitní konstelace se přibližně opakuje po uvedené periodě. Odezva šumu z předchozího dne je upravena časovým posunem odpovídajícím opakování dráhy satelitů a poté odečtena od současných měření. Pro dosažení maximální efektivity je ale nutné správně určit tuto dobu opakování, neboť dráhy satelitů nejsou zcela identické z jednoho cyklu na druhý.

Přechod z postprocesingu epochových dat do reálného času představuje další technické i metodologické výzvy. V reálném čase je nezbytné zpracovat každé epochální měření dříve, než dorazí následující, což omezuje možnosti využití časově náročných iterativních algoritmů a složitých vyhlazovacích technik. Zpracování dat z více stanic současně také výrazně zvyšuje výpočetní nároky, což vede k preferenci jednoduchých differenčních metod, například zpracování pohyblivé stanice vůči jedné statické referenční stanici. Tato metoda je vhodná zejména pro monitoring lokálních geodynamických procesů, jako jsou sesuvy nebo vulkanické deformace, a také pro včasné varování před zemětřesením. Avšak pro velké subdukční zóny a rozsáhlé regionální deformace je takový přístup méně efektivní a vyžaduje pokročilejší metody, například Precise Point Positioning (PPP).

PPP zpracování v reálném čase je založeno na využití aktuálních orbitálních dat a korekcí hodin satelitů, které jsou dostupné díky službám jako IGS Real-Time Service. Přestože jsou tyto korekce poskytovány s určitým zpožděním (řádově desítky sekund), lze je interpolovat a použít k dosažení přesnosti v řádu centimetrů i v reálném čase. Komerční produkty, například systém Trimble RTX, umožňují aplikacím v terénu získávat přesné polohové informace kontinuálně a rychle.

Důležité je uvědomit si, že správné časové sladění GPS a UTC systémů je nejen otázkou čistě technickou, ale zásadní pro validitu geofyzikálních interpretací. Bez korekce přestupných sekund by mohly být interpretace dynamických událostí výrazně zkreslené. Podobně, multipath efekt a další zdroje šumu mohou významně ovlivnit kvalitu dat, a proto je třeba je systematicky redukovat, zejména při zpracování signálů v reálném čase, kde jsou možnosti korekcí omezenější.

V neposlední řadě je klíčové pochopení, že geodetické a geofyzikální aplikace vyžadují kontinuální aktualizaci jak časových korekcí, tak modelů chování satelitního systému. Tato dynamická povaha zdůrazňuje potřebu robustních systémů správy dat a algoritmů, které dokážou pružně reagovat na změny a poskytovat spolehlivé výsledky i v náročných podmínkách. Bez těchto opatření by přesnost a spolehlivost GNSS založených analýz byla výrazně snížena, což by omezilo jejich využití pro kritické vědecké a inženýrské úkoly.

Jak monitorovat pokles hladiny podzemní vody a související deformace zemského povrchu?

Pokles hladiny podzemní vody vede k redukci tlaků na vodu v pórech, což může vést k poklesu podzemní vrstvy a subsidenci zemského povrchu. Tento proces je elastický, pokud tlak způsobený čerpáním vody je nižší než předchozí kompresní napětí, nebo inelastický, pokud je vyšší (viz kapitola „Pozorování uzavřených akviferů“). Na celém světě jsou podzemní vodní zdroje využívány k uspokojení rostoucí poptávky po sladké vodě pro urbanizaci a zemědělskou výrobu, a to často v mírách, které překračují přirozené procesy doplňování zásob (Rodell et al. 2009; Feng et al. 2013; Voss et al. 2013; Famiglietti 2014; Richey et al. 2015; Thomas et al. 2017). Odpovědi akviferních systémů na čerpání vody se obvykle vyskytují v blízkosti bodu čerpání, například u studny, ale mohou se rozšířit i do širšího okolí, pokud je studní více, což ovlivňuje místní až regionální části akviferního systému. Technologie InSAR se ukázala jako velmi užitečná pro sledování pohybu zemského povrchu způsobeného změnami hladiny podzemní vody díky své vysoké prostorové rozlišovací schopnosti (viz kapitola „Pozorování uzavřených akviferů“).

Příkladem takového dlouhodobého a širokého jevu je oblast Centrálního údolí v Kalifornii, kde byl pokles zemského povrchu způsobený čerpáním podzemní vody dokumentován již od počátku 20. století a vedl k nahromadění poklesu několika metrů (Poland et al. 1975). Při nadměrném čerpání podzemní vody, zejména v akviferních systémech, které v Centrálním údolí tvoří pískovcové deponie smíšené s jemnozrnnými jílovými vrstvami, dochází k významnému poklesu povrchu (Poland et al. 1975; Galloway et al. 1998; Faunt et al. 2016; Faunt and Sneed 2015). Mnoho studií InSAR se zaměřilo na měření deformací v krátkém (roky) až střednědobém (desetiletí) horizontu v Centrálním údolí (např. Galloway et al. 1998; Farr and Liu 2015; Smith et al. 2017; Ojha et al. 2018; Riel et al. 2018; Murray and Lohman 2018; Chaussard and Farr 2019). Nejdramatičtější deformace byly zaznamenány v jižní části, v údolí San Joaquin, kde byl v letech 2006–2010 hlášen pokles o přibližně 94 cm u města Corcoran (Farr and Liu 2015). Během kalifornské sucha v letech 2012–2015 vzrostla rychlost subsidence v San Joaquin Valley až na 25 cm za rok (Ojha et al. 2019).

Porozita pohybu zemského povrchu způsobená změnami podzemní vody závisí jak na změně objemu podzemní vody, tak na mechanických vlastnostech akviferu (viz kapitola „Pozorování uzavřených akviferů“). Fyzikální odpověď sedimentů na změnu hladiny podzemní vody je spojena s koeficientem akumulace (Chaussard et al. 2014). Byly aplikovány jak modely elastického koeficientu akumulace (např. Bawden et al. 2001; King et al. 2007), tak kombinace elastického a inelastického koeficientu akumulace (např. Hoffmann et al. 2003; Miller et al. 2017) pro výpočet deformace způsobené podzemní vodou. Například v Kalifornii použili Ojha et al. (2018, 2019) subsidenci získanou z InSAR a model deformace s elastickým a inelastickým koeficientem akumulace k odhadu ztráty podzemní vody během sucha v letech 2007–2010 v Centrálním údolí, což činilo 21,32 ± 7,2 km3, a během sucha v letech 2012–2015 v San Joaquin Valley to bylo 24,2 ± 9,3 km3. Oddělení elastické (regenerovatelné) deformace od inelastické (trvalé) deformace zůstává výzvou, protože předpoklad, že elastická deformace je sezónní, neplatí pro systémy, kde čerpání podzemní vody ovlivňuje úroveň podpory a obnovy (Chaussard and Farr 2019). Například Chaussard a Farr (2019) ukázali, že signál deformace v San Joaquin Valley je složitý a zaznamenává souběžnou elastickou a inelastickou deformaci, přičemž elastická deformace probíhá jak sezónně, tak na delších časových měřítkách, například během období zotavení po suchu. Vhodné oddělení překrytých signálů zachycených deformací bez a priori podmínek je nezbytné pro získání přesné změny hmotnosti podzemní vody z elastické a inelastické deformace (Chaussard et al. 2017; Chaussard and Farr 2019). Data z GRACE a hydrologická měření na místě jsou tedy doplňující k odhadům změn vodní akumulace z povrchových deformací.

S větší hustotou GNSS sítě a novými satelity InSAR (např. NISAR) se geodetické techniky pozorující vodou indukované deformace pravděpodobně stanou součástí globálního monitorovacího systému pro vodní zdroje. Kromě měření deformace zemské kůry způsobené vodou se data GNSS používají k odhadu změn vodních zdrojů analyzováním signálů odražených z multipath reflexe pomocí techniky interferometrie GNSS (GNSS-IR, viz kapitola „Globální navigační satelitní systém (GNSS): pozicování, rychlosti a odrazy“). Technika GNSS-IR analyzuje interferenci mezi přímými a odraženými signály GNSS pro odhad výšky odrazové plochy pod anténou GNSS (Larsen 2019). V posledním desetiletí byla GNSS-IR aplikována k odhadu změn hladiny vody (Larson et al. 2013), hloubky sněhu (Larson et al. 2009), vlhkosti půdy (Larson et al. 2008) a obsahu vody v vegetaci (Small et al. 2010). Produkty GNSS-IR pro sníh, vegetaci a vlhkost půdy jsou zdarma dostupné na portálu PBO-H2O: https://www.unavco.org/data/gps-gnss/derived-products/pbo-h2o/pbo-h2o.html.

S nedávným zlepšením geodetických technik, včetně vyšší přesnosti a zvýšené prostorové a časové rozlišovací schopnosti, se v oblasti hydrogeodézie otevírají nové vzrušující příležitosti. Očekává se, že geodézie bude hrát větší roli při monitorování změn v podzemních vodních zásobách, pomůže nám spravovat vodní zdroje a informovat o účinných politikách používání vody. Po více než 15 letech sledování proměnlivého gravitačního pole Země skončila mise GRACE v říjnu 2017. Mise GRACE Follow-On byla úspěšně vypuštěna 22. května 2018 a již začala produkovat gravitační řešení pro vědecké aplikace. Nový laserový interferometr na GRACE-FO je navržen tak, aby zlepšil přesnost měření vzdálenosti mezi dvěma satelity. Očekává se, že produkty gravitačního pole z GRACE-FO budou vylepšeny, což povede k přesnějším odhadům změn úložného prostoru podzemních vod. Kombinování dat GRACE a GRACE-FO poskyt

Jak se využívá termální a infračervené dálkové snímání pro sledování geotermální aktivity a povrchové teploty?

Termální a infračervené dálkové snímání se v posledních dekádách stalo nepostradatelným nástrojem při sledování geotermální aktivity, povrchových teplot a energetických toků v krajině. Klíčovou výhodou těchto metod je schopnost detekovat změny tepelného záření, které nejsou okem pozorovatelné, a to s vysokou prostorovou i časovou přesností. Technologie jako Landsat, ASTER či termální senzory na palubě letadel umožňují získávat detailní teplotní mapy i v nehostinných či nepřístupných oblastech.

Při monitoringu vulkanické aktivity je infračervené snímání nenahraditelné – odhaluje nárůsty teploty spojené s magmatickými procesy, úniky plynů či nově vznikající trhliny. Data z let 2001–2005 nad sopkou Lascar prokázala, že krátkovlnná infračervená pásma umožňují identifikovat lokální termální anomálie v časovém sledu, čímž vzniká prostor pro predikci erupcí. Sledování povrchových teplot vulkánů zároveň přispívá k porozumění podzemním termodynamickým procesům, které jinak zůstávají skryté.

Podobně v oblasti geotermální energie umožňuje dálkový průzkum pomocí infračervených senzorů efektivně lokalizovat horké prameny, parní vývěry a další projevy vysoké entalpie v terénu. Například v oblasti Pilgrim Hot Springs na Aljašce byla pomocí leteckých termálních snímků kvantifikována intenzita vývěru tepla a stanoveny výtokové parametry. Tyto informace jsou zásadní pro efektivní plánování využití geotermálního potenciálu, stejně jako pro minimalizaci environmentálních dopadů.

Získaná data však musí být náležitě kalibrována a atmosféricky korigována. Vyvinuté metodologie, jako jsou „single-channel“ algoritmy nebo „split-window“ algoritmy, umožňují odhadnout teplotu povrchu země i za přítomnosti proměnlivého obsahu vodní páry v atmosféře. Využití kombinovaných přístupů – například dvouzdrojového energetického modelu – vede k přesnějšímu výpočtu výparu a energetických toků, což je zásadní při studiu vegetačního krytu a vodní bilance v dané oblasti.

Speciální pozornost si zaslouží aplikace v arktických oblastech, kde tradiční metody terénního sběru dat selhávají. V tundrových ekosystémech se ukázalo, že termální snímkování poskytuje klíčové informace o teplotních změnách, které souvisejí s táním permafrostu a změnou vegetační pokrývky. Modely jako Two-Source Energy Balance poskytují robustní nástroj pro interpretaci těchto dat ve vztahu k celkovým energetickým tokům mezi zemí a atmosférou.

Sledování teplotních anomálií je rovněž kritické v případě dlouhodobých požárů uhelných ložisek, jako je tomu v Jharia Coalfield v Indii nebo v severní části Aljašky. Dálkové snímání umožňuje mapovat rozsah i intenzitu těchto požárů bez přímého kontaktu, a to s využitím jak historických dat, tak i kontinuálního monitoringu. Studie ukazují, že kombinace multispektrálních a termálních dat může odhalit i podpovrchové požáry, které se jinak projeví až ve fázi povrchového kolapsu.

Velký potenciál termálního dálkového snímání se ukazuje i v oblasti precizního zemědělství a řízení vodních zdrojů. Dlouhodobé série snímků z Landsatu umožňují odhad výparu z vegetace, vlhkosti půdy i indexu vegetačního pokryvu. V kombinaci s daty ze senzorů Sentinel a modely atmosférické korekce lze dosáhnout vysoké prostorové i časové přesnosti, což je klíčové pro adaptaci na měnící se klimatické podmínky.

Důležitým aspektem, který je třeba

Jak probíhá rozmnožování a životní cyklus některých plazů a ryb?
Jak vyřešit časově frakcionované rovnice typu Klein–Gordon?
Jak flexibilní mikrovlnné zařízení mění budoucnost nositelné technologie?
Jaké tajemství se skrývá za lidskou vytrvalostí?