Tornade avec formation de nuages de poussière et de débris à la surface. Crédit :Photothèque NOAA/Flickr
Les ondes sismiques générées par les tornades lorsqu'elles touchent le sol pourraient être utilisées pour mesurer l'intensité d'une tornade, selon une nouvelle étude.
La nouvelle recherche a examiné une tornade catastrophique qui a frappé Joplin, Missouri en mai 2011 et a révélé la taille des ondes sismiques produites par la tornade au sol en corrélation avec sa force.
Les résultats suggèrent que les chercheurs peuvent estimer la force d'une grande tornade en mesurant les ondes sismiques qu'elle crée, un constat qui pourrait ouvrir la porte à la conception de méthodes plus précises pour étudier les tornades depuis le sol, selon les auteurs de la nouvelle étude publiée dans Lettres de recherche géophysique , un journal de l'American Geophysical Union.
Les autorités météorologiques prévoient actuellement l'emplacement des tornades à l'aide de stations météorologiques de surface et d'un radar Doppler. Mais ils comptent toujours sur les chasseurs de tempêtes et les observateurs pour savoir quand une tornade se pose. Il n'y a également aucun moyen de mesurer directement la vitesse du vent d'une tornade, les autorités s'appuient donc sur les rapports de dommages pour juger indirectement de leur intensité.
"Nos résultats ont des applications pour développer une mesure plus quantitative de la force d'une tornade, " a déclaré Anne Valovcin, un étudiant diplômé du département des sciences de la Terre de l'Université de Californie à Santa Barbara et auteur principal de la nouvelle étude. "Aussi, on ne voit les signaux sismiques que lorsqu'il touche le sol, Cela pourrait donc fournir une nouvelle façon de déterminer directement quand une tornade a touché le sol. »
Une nouvelle façon de surveiller les twisters
Carte du parcours complet de la tornade de Joplin le 22 mai 2011. Les couleurs plus foncées indiquent des dommages plus graves. Les points numérotés donnent l'intensité enregistrée de la tornade sur l'échelle Fujita améliorée à cet endroit. Crédit :NOAA/NWS
Les ondes sismiques sont des vibrations dans la Terre créées lorsque le sol tremble, généralement ressenti lors des tremblements de terre, éruptions volcaniques ou grosses explosions. Les tornades génèrent également de petites ondes sismiques lorsqu'elles se déplacent sur le sol, mais les scientifiques savent peu de choses sur la façon dont ces vagues varient avec la force de la tempête.
Dans la nouvelle étude, Valovcin et ses collègues ont analysé les ondes sismiques générées par le 22 mai, 2011 Tornade de Joplin pour caractériser la relation entre la taille de ces vagues et la force de la tornade. Le twister de Joplin a été enregistré comme un puissant EF5 sur l'échelle Fujita améliorée, une échelle qui évalue l'intensité des tornades en fonction des dégâts qu'elles causent. Il a tué 158 personnes et causé 2,8 milliards de dollars de dégâts, ce qui en fait la tornade la plus coûteuse de l'histoire des États-Unis.
Les auteurs de l'étude ont émis l'hypothèse que si la tornade touchait le sol suffisamment près d'une station sismique, les instruments pourraient capter ces signaux. "Nous voulions voir si nous pouvions détecter ces signaux au sol, puis travailler à rebours et créer un modèle pour les ondes sismiques générées par la tornade sur tout son trajet, " a déclaré Valovcine.
Les chercheurs ont collecté des données à partir d'un réseau de stations construites pour détecter les petits tremblements de terre et cartographier l'intérieur de la Terre sous l'Amérique du Nord. Ces stations sont équipées de sismomètres et de baromètres qui mesurent les signaux sismiques et les changements de pression atmosphérique. Les mesures de la nouvelle étude provenaient d'une station suffisamment proche de la tornade de Joplin pour détecter ses signaux sismiques.
Un graphique comparant la taille des ondes sismiques à la force enregistrée de la tornade de Joplin tout au long de sa durée de vie. La section rouge indique quand la tornade de Joplin a été enregistrée comme intensité EF4-5, et la section bleue correspond au moment où la tornade a été enregistrée comme un EF0-2 plus faible. Crédit :Valovcin et al.
Les auteurs ont divisé la trajectoire de la tornade sur terre en centaines de points individuels et ont calculé la taille de l'onde sismique générée à chaque point. Ils ont ensuite corrélé la taille des ondes sismiques à chaque étape de la vie de la tornade avec l'intensité de la tornade à ce moment-là.
Les résultats montrent que la taille des ondes sismiques est bien corrélée avec la cote EF de la tornade. Les cotes EF vont de EF0 à EF5, avec EF5 étant la catégorie la plus destructrice. La tornade de Joplin est passée d'un EF1-2 à un EF4-5 en moins de 10 minutes, et est resté à cette intensité pendant environ 15 minutes avant de commencer à perdre sa force. Au fur et à mesure que la tornade devenait plus forte puis plus faible, la taille des ondes sismiques qu'il a générées a augmenté et diminué en conséquence.
La mesure des signaux sismiques d'une tornade pourrait fournir aux chercheurs un meilleur moyen de mesurer la force d'une tornade et pourrait aider à déterminer exactement quand une tornade atterrit, selon les auteurs de l'étude. Mais ils ont averti que la nouvelle méthode est en grande partie préliminaire et a plusieurs limites.
Par exemple, la technique nécessite de mesurer la pression de l'air au moment de la tornade pour éliminer les interférences sismiques de l'air turbulent entourant la tornade. Les stations sismiques doivent donc être situées à côté de baromètres fonctionnels pour fournir des données exploitables.
En outre, les ondes sismiques générées par les tornades sont très faibles, et ne peut pas être ressenti par une personne sans équipement. Ils ne se propagent pas loin de leur source, contrairement aux ondes sismiques générées par les tremblements de terre, qui sont souvent plus grandes et peuvent parcourir de longues distances. Détecter les tornades en temps réel avec cette méthode nécessiterait de construire un réseau de stations sismiques et de baromètres beaucoup plus dense qu'il n'en existe actuellement, dit Valovcine.
Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de AGU Blogs (http://blogs.agu.org), une communauté de blogs sur les sciences de la Terre et de l'espace, hébergé par l'American Geophysical Union. Lisez l'histoire originale ici.
