PORÓWNANIE PARAMETRÓW RUCHU PŁYT TEKTONICZNYCH WYZNACZONYCH NA PODSTAWIE STACJI WYKONUJĄCYCH POMIARY TECHNIKĄ LASEROWĄ I TECHNIKĄ DORIS Katarzyna Kraszewska, Marcin Jagoda, Miłosława Rutkowska
STRESZCZENIE Satelitarne techniki pomiarowe jak: (Satellite Laser Ranging-SLR) oraz (Doppler Orbitography by Radiopositioning on Satellite System -DORIS) pozwalają wyznaczyć pozycje punktów na powierzchni Ziemi w jednolitym systemie z dokładnością kilku milimetrów oraz ich ruchy roczne w milimetr/rok. Wysoka dokładność pomiarów i monitorowanie pozycji punktów w czasie na powierzchni Ziemi pozwała badać stabilność pozycji wyznaczanych punktów oraz na ich podstawie ruchy płyt tektonicznych przemieszczających się w warstwie litosfery razem ze stacjami. Parametry ruchu płyty reprezentowane są przez geograficzną pozycję bieguna rotacji (F, L ) w stopniach oraz prędkość kąta rotacji (w) w stopniach na milion lat (Drewes, 1982). Pozycje sieci stacji zlokalizowane na globie ziemskim dla techniki SLR i DORIS przyjęte do analizy przedstawiają rys. 1,2 W pracy przeanalizowano wpływ lokalizacji i ilości stacji na płycie na dokładność wyznaczenia parametrów ruchu płyty. Przyjęto do analizy pozycje i ruchy roczne stacji dla sieci ITRF2008 opartej na pomiarach technikami SLR i DORIS.
Podział litosfery na płyty tektoniczne
Technika SLR polega na pomiarze dalmierzem laserowym czasu propagacji fali elektromagnetycznej między stacją a satelitą. Impuls laserowy wysyłany jest ze stacji naziemnej do satelity odbija się od zwierciadła na satelicie następnie powraca do stacji. Różnica czasu (interwał czasu t) pomiędzy wysłaniem i odbiorem impulsu laserowego stanowi podwójną odległość od satelity. Rys.1 Lokalizacja stacji SLR http://ilrs.gsfc.nasa.gov/network/stations/index.html
Technika Doppler Orbitography and Radio Positionin Integrated by Satellite (DORIS) Opracowana przez francuską agencję kosmiczną CNES (Centre National d'etudes Spatiales), IGN (Institut Géographique National) francuski Narodowy Instytut Geografii oraz GRGS (Groupe de Recherches de Géodésie Spatiale) instytut kosmicznych badań geodezyjnych. Technika DORIS opiera się na efekcie Dopplera. Stała częstotliwość emitowana jest przez radioźródła, które tworzą sieć około 60 stacji rozlokowanych na całej kuli ziemskiej, a pomiar dopplerowski wykonywany jest przez satelitę Rys.2 Lokalizacja stacji DORIS http://ids-doris.org/network/sitelogs.html
Metoda wyznaczania ruchów płyt tektonicznych Prędkości roczne stacji w t w t cosf sin( L) (sin F cos( L) tan cosf) Równania obserwacyjne df dl dw F L w df dl dw F L w obs cal ( ) obs ( cal )
Płyta euroazjatycka, SLR
Płyta euroazjatycka, DORIS
Płyta euroazjatycka SLR DORIS degrees F 58 56 54 52 50 48 station 46 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 270 268 266 264 262 260 258 256 254 252 250 248 246 L degrees stations 2 3 4 5 6 7 8 9 10 w /Ma 0.28 0.27 0.26 0.25 0.24 0.23 station 0.22 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Płyta północnoamerykańska
Płyta północnoamerykańska SLR 1.00 F 0.50 0.00-0.50-1.00-1.50-2.00-2.50-3.00-3.50-4.00 DORIS degrees station 2 3 4 5 6 7 8 280.00 279.00 278.00 277.00 276.00 275.00 274.00 L degrees station 2 3 4 5 6 7 8 0.22 0.20 0.18 0.16 0.14 0.12 w /Ma station 2 3 4 5 6 7 8
Płyta afrykańska
SLR Płyta afrykańska
Płyta australijska AUSTRALIAN PLATE- SLR TECHNIQUE Parameters of the tectonic plate displacement Ω(Φ, Λ, ω) No Number of station Φ [ ] Λ[ ] ω [ /Ma] 2 Tidbinbilla (7843) + Yarragadee (7090) 31.19 ±0.20 40.00 ±0.30 0.617 ±0.002 3 +Mount Stromlo (7849) 31.43 ±0.13 39.47 ±0.25 0.617 ±0.002 AUSTRALIAN PLATE- DORIS TECHNIQUE Parameters of the tectonic plate displacement Ω(Φ, Λ, ω) No Number of station Φ [ ] Λ[ ] ω [ /Ma] 2 Tidbinbilla (ORRA) 32.74 ±0.31 36.65 ±0.69 0.633 ±0.085 + Port Moresby (MORA) 3 + Yarragadee (YARA) 32.20 ±0.07 38.12 ±0.14 0.616 ±0.011 4 + Mount Stromlo (MSPB) 32.25 ±0.21 38.10 ±0.14 0.616 ±0.011
Porównanie końcowych wyników wyznaczenia parametrów ruchu wybranych płyt ITRF2008 niezależnie dla techniki SLR i techniki DORIS
WNIOSKI 1. Ilość stacji zarówno dla techniki SLR oraz DORIS jest zbliżona, około 60 stacji zlokalizowanych jest na globie ziemskim dla każdej techniki, jednak lokalizacja stacji różni się znacząco. 2. Stacje SLR rozłożone są nierównomiernie na całym globie, znacznie więcej jest zlokalizowanych na półkuli północnej a tylko kilka na półkuli południowej. Istnieją kontynenty jak australijski i afrykański na których zlokalizowano tylko 2 stacje SLR. Stacje SLR umieszczono na obszarach stabilnych sejsmicznie omijając granice płyt z wyjątkiem stacji: Matera 7939, Quincy 7109, Monument Peak 7110, które nie mogą być wykorzystywane do wyznaczenia parametrów ruchu płyt. Błędy wyznaczanych pozycji stacji SLR techniką satelitarną osiągają średnio wartości 2-3 mm w każdej składowej w ITRF2008. 3. Stacje DORIS rozłożono w sposób równomierny na powierzchni globu, jednak wiele z nich znajduje się na granicach płyt, terenach płyt spękanych i aktywnych sejsmicznie które opisują dobrze ruchy lokalne ale niewłaściwie opisują ruch całej płyty i w konsekwencji muszą być eliminowane z analizy. Błędy pozycji stacji DORIS wyznaczone techniką satelitarną osiągają wartości 7mm-2 cm w każdej składowej w ITRF2008. Błędy wyznaczonych parametrów ruchu płyt są większe dla techniki DORIS niż techniki SLR.
Kontynuacja 4. Generalnie, otrzymane wielkości parametrów ruchu płyt są zgodne dla dwu technik. Różnice miedzy wyznaczonymi parametrami płyt są w granicach do 2 stopni za wyjątkiem płyty północo amerykańskiej dla której różnice są większe. 5. Błędy wyznaczonych parametrów ruchu płyt są większe dla techniki DORIS. 6. Na płytach australijskiej i afrykańskiej na których zlokalizowano po 3 stacje zgodność wyznaczonych parametrów dla dwu technik jest największa w granicach 1-go stopnia pomimo małej ilości stacji. 7. Ilości stacji przyjętych do analizy dla techniki DORIS są mniejsze co jest spowodowane faktem że wiele stacji jest zlokalizowanych na terenie aktywnym sejsmicznie i na popękanych granicach płyt co powoduje że nie opisują globalnego ruchu płyty a jedynie ruch lokalnych fragmentów płyty i nie zostały przyjęte do analizy.