Satélite SWOT registra o primeiro mapa bidimensional de um tsunami no oceano aberto

Pesquisadores conseguiram registrar, pela primeira vez, um mapa bidimensional de um tsunami atravessando o oceano aberto, observado por um satélite pouco depois de um grande terremoto.

Essa visão transforma um perigo que se desloca rapidamente em um padrão quantificável, mostrando como a onda se espalhou, se dividiu e transportou energia por uma área extensa.

Alinhamento raro do satélite

Uma grande faixa do oceano a sudeste das Ilhas Loyalty exibiu, em uma única passagem do satélite, duas frentes distintas de tsunami avançando sobre águas profundas.

Ao seguir esse sinal, Jean H. M. Roger, da Earth Sciences New Zealand, mostrou que a estrutura correspondia a um tsunami em propagação, e não a movimentos oceânicos comuns.

Uma das frentes surgiu mais intensa e mais distante da fonte, enquanto uma segunda, mais fraca, veio atrás pelo mesmo trajeto, com poucos minutos de diferença.

Como as duas frentes foram captadas no mesmo sobrevoo, a observação registrou um campo de ondas contínuo, abrindo espaço para análises mais detalhadas de como tsunamis evoluem no oceano aberto.

Tsunami em 2D

Antes desse episódio, instrumentos em órbita geralmente interceptavam tsunamis como linhas estreitas, e os cientistas precisavam reconstruir depois a forma mais ampla da onda.

Diferentemente de satélites mais antigos, a missão Topografia da Superfície da Água e do Oceano (SWOT) varre uma faixa larga, registrando simultaneamente a largura e o comprimento do sinal.

Em 2004, por exemplo, satélites chegaram a registrar com clareza o tsunami do Oceano Índico, mas apenas ao longo de trilhas de cruzamento estreitas.

Com a estrutura lateral finalmente visível, os pesquisadores conseguem distinguir a geometria real das ondas de simples irregularidades do mar com muito mais segurança.

Como o tsunami começou

Às 2:57 (UTC) de 19 de maio de 2023, um terremoto de magnitude 7,7 atingiu a região a sudeste das Ilhas Loyalty.

A ruptura rasa elevou parte do fundo do mar e, com esse levantamento súbito, colocou em movimento a coluna d’água acima.

Pouco depois, marégrafos costeiros e sensores em mar aberto por todo o sudoeste do Pacífico passaram a registrar a perturbação à medida que ela se afastava.

Quando o SWOT chegou, por volta das 4:00 (UTC), a onda em expansão já cruzava rapidamente as águas profundas.

Limpando a imagem

Em mar aberto, medições de altura reúnem diversos sinais, e um tsunami pode ficar “escondido” no meio de ondulações, correntes, marés e redemoinhos.

Para retirar esse ruído, a equipe comparou o evento com os dados do dia anterior e também com informações de outros sete satélites.

Após remover os padrões de fundo, a frente ao norte apareceu com nitidez, e pequenas ondas secundárias ficaram visíveis dentro do anel principal.

Sem essa limpeza, a variabilidade normal do oceano poderia facilmente se passar por estrutura de tsunami e distorcer o que o satélite registrou.

Ondas dentro de ondas

A cena não mostrou apenas uma única crista: várias ondulações mais curtas vinham atrás da frente principal e mais forte.

Essas ondulações atrasadas indicam dispersão - quando comprimentos de onda diferentes se deslocam a velocidades distintas -, fazendo o trem de ondas se alongar ao longo do percurso.

Perto da frente mais intensa, a elevação chegou a cerca de 15 cm e se estendeu por mais de 100 km.

Esse registro direto de um trem de ondas em dispersão ofereceu aos cientistas uma visão rara de um comportamento previsto há muito tempo por modelos.

Modelo encontra a medição

Simulações computacionais do terremoto geraram frentes praticamente nas mesmas posições e em horários muito próximos.

Com um cenário simples de ruptura, o modelo reproduziu melhor a fase das ondas líderes do que o tamanho delas.

Ainda assim, as alturas medidas ficaram maiores: a diferença média foi de aproximadamente 13 cm, e em alguns pontos foi bem superior. De forma consistente, as simulações subestimaram as amplitudes observadas.

Por que o ajuste falhou

As estimativas da fonte desse terremoto ainda têm incertezas, em parte porque a cobertura sísmica nessa área do Pacífico é limitada.

Uma alteração pequena no local onde a falha se moveu já pode mudar o quanto a água se eleva e para onde a energia é direcionada.

Em outra análise, a fonte foi deslocada em cerca de 19 km para se ajustar melhor aos registros regionais disponíveis.

Sob a onda, a batimetria acidentada - o relevo do fundo do mar - provavelmente gerou pequenas reflexões e desvios que o modelo simplificado não captou.

O que os cientistas ganham

Um registro em duas dimensões entrega aos especialistas em tsunamis algo que quase nunca existe: a configuração completa da onda enquanto ela se move.

Esse panorama mais amplo ajuda a testar hipóteses sobre a fonte do terremoto, porque direção, curvatura e espaçamento carregam pistas do que ocorreu abaixo.

Passagens anteriores de satélites conseguiam confirmar horário ou altura, mas deixavam a maior parte da estrutura lateral apenas inferida.

A conclusão ressalta que dados bidimensionais permitem separar com mais precisão as ondas de tsunami dos sinais de fundo do oceano.

Raro, mas esclarecedor

Capturar qualquer tsunami a partir do espaço ainda depende de sorte, já que satélites e ondas rápidas raramente se encontram no momento certo.

Durante a fase inicial do SWOT, com repetição diária, esse alinhamento improvável ocorreu, e a nave cruzou o sinal em cerca de quatro minutos.

Após a calibração, a missão passou para uma órbita de repetição de 21 dias, tornando encontros semelhantes ainda mais difíceis de acontecer.

Essa raridade limita o uso em alertas, mas faz de cada sobrevoo bem-sucedido um teste poderoso de como tsunamis realmente se comportam.

Pesquisa futura sobre tsunamis

O novo mapa reúne, em uma única cena, o movimento do terremoto, a viagem em mar profundo, as ondulações que ficam para trás e o erro do modelo - elementos que antes não podiam ser observados dessa forma.

Com estimativas de fonte mais precisas e mais missões capazes de varrer faixas largas, sobrevoos raros podem se tornar uma das verificações mais rigorosas da física dos tsunamis e do risco associado.