Uma tempestade solar forte o bastante para provocar um apagão de nove horas em Quebec - exatamente como ocorreu em 1989 - hoje poderia causar estragos muito maiores se atingisse o leste dos Estados Unidos.
Ao longo dos últimos 18 anos, cientistas vêm mapeando a estrutura elétrica “invisível” sob a América do Norte, e os resultados estão mudando a forma como se avalia o perigo que tempestades solares representam para as redes elétricas modernas.
O estudo foi liderado por Anna Kelbert, cientista de projetos em Ciências da Terra no Centro de Astrofísica de Harvard e do Smithsonian (CfA).
A pesquisa usa dados do United States Magnetotelluric Array (USMTArray), um esforço de 18 anos que reuniu medições em mais de 1.800 locais distribuídos pelo país.
Com base nessas observações, a equipa produziu o primeiro mapa abrangente das propriedades elétricas sob a porção continental dos Estados Unidos.
Mapeando o USMTArray
É comum imaginar o solo como algo inerte - sólido, estático, apenas “suportando” o que está acima. No entanto, o subsolo é bem mais complicado.
Rochas em profundidade, fluidos e formações geológicas antigas conduzem eletricidade em graus distintos.
A forma como as correntes elétricas circulam por esses materiais varia conforme a composição mineral, a temperatura e a quantidade de água presente.
O USMTArray registou variações naturais dos campos elétrico e magnético da Terra em mais de 1.800 pontos de medição espalhados pelo território.
Depois, os pesquisadores transformaram essas leituras num retrato tridimensional da resistividade elétrica, que vai de camadas rasas de sedimentos até raízes antigas e profundas que sustentam a América do Norte há mais de um bilhão de anos.
Caminhos e estruturas ocultos
Segundo Kelbert, dados magnetotelúricos respondem com especial intensidade a fluidos e a material fundido abaixo da superfície, oferecendo aos cientistas uma forma bem diferente de estudar o planeta em comparação com a imagem sísmica.
O produto final é um mapa que expõe caminhos e estruturas subterrâneas que moldam o continente “por baixo”. Entre elas estão zonas antigas de subducção, identificadas por grafite condutor e minerais sulfetados.
O mapa também mostra núcleos continentais estáveis que persistem há bilhões de anos, além de feições geológicas que nunca tinham sido mapeadas com esse grau de detalhe.
Tempestades solares e redes elétricas
Quando uma tempestade geomagnética ocorre, o impacto não fica restrito a satélites e a sinais de rádio na atmosfera.
A energia vinda do Sol também induz correntes elétricas no solo, e essas correntes podem entrar diretamente nas linhas de transmissão.
O apagão de Quebec em 1989 segue como o exemplo moderno mais claro do que isso significa na prática.
Campos geoelétricos gerados pela tempestade sobrecarregaram a rede da Hydro-Québec e deixaram milhões de pessoas sem eletricidade por nove horas.
O que menos gente sabe é que, durante a mesma tempestade, as amplitudes do campo geoelétrico num local no Maine chegaram a 36.7 volts por milha (22.79 volts por quilômetro) - um patamar muito além do que os sistemas elétricos foram projetados para suportar.
A rede elétrica não foi construída para isso
De acordo com Kelbert, qualquer valor acima de cerca de 1.6 volts por milha (um volt por quilômetro) já é tratado como ameaça pela indústria do setor elétrico.
“Para algo como 20 V/km, se o campo geoelétrico com essa amplitude estivesse orientado ao longo de uma linha de transmissão típica de 200-km (124-mile) no Maine, estaríamos a falar de tensões de 4,000 V”, disse ela.
As redes elétricas foram desenhadas para lidar com corrente alternada, não com um aumento sustentado de corrente contínua nessa escala.
Quando isso acontece, transformadores caros - cuja substituição pode levar meses ou até anos - podem superaquecer e falhar.
Um apagão com a dimensão do evento de Quebec, mas distribuído por uma rede maior e mais interligada, poderia deixar grandes áreas do país sem energia por um período prolongado.
USMTArray eleva o nível de ameaça
Antes desse projeto, cientistas que analisavam a vulnerabilidade da rede dependiam de modelos simplificados e unidimensionais para descrever como a eletricidade se desloca no subsolo.
Esses modelos assumiam que a geologia sob os Estados Unidos era, em grande parte, uniforme - apesar de as condições subterrâneas variarem enormemente de um lugar para outro.
Os novos dados mostram algo que os modelos mais simples não captavam: os perigos geoelétricos podem mudar de forma drástica entre locais separados por apenas algumas milhas.
Duas cidades vizinhas podem estar sujeitas a níveis de risco muito diferentes, dependendo do que existe sob elas.
Uma formação rochosa antiga e rígida conduz eletricidade de um jeito muito distinto de uma bacia de rochas sedimentares saturadas por água subterrânea.
Essa variação torna-se decisiva quando se tenta prever onde os danos associados a tempestades podem ser mais severos.
Um retrato mais claro do risco para a rede
Atualmente, os dados do USMTArray alimentam um mapa de risco em tempo real, gerido pela NOAA e pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos, que acompanha os campos elétricos pelo país à medida que as tempestades se desenvolvem.
Pela primeira vez, cientistas e operadores da rede conseguem identificar onde o perigo se concentra com dados detalhados e específicos de cada local.
Isso representa um avanço importante em relação à dependência de médias nacionais, que muitas vezes mascaram condições e riscos locais.
Implicações do mapa do USMTArray
As utilidades práticas vão além da preparação para tempestades solares.
Como o mapa acompanha fluidos subterrâneos e minerais eletricamente condutores, ele pode ajudar a identificar jazidas minerais e fontes de energia geotérmica.
Esses recursos de calor subterrâneo estão a ganhar valor à medida que a transição energética global se acelera.
Mas o mapa também revela uma narrativa geológica profunda. O modelo tridimensional reconstitui os trajetos de massas de terra antigas que já colidiram entre si e delineia os núcleos estáveis do continente, que quase não mudaram ao longo de bilhões de anos.
Ele ainda regista feições geológicas que métodos exclusivamente sísmicos não conseguem detectar.
Apesar disso, o trabalho ainda não está concluído. Mapear o perigo em tempo real é uma coisa; agir rápido o suficiente para proteger a rede é outra.
“Ainda há um descompasso entre conhecer os campos geoelétricos em tempo real e usar essa informação para tomar decisões operacionais no tempo certo. A próxima fronteira é a previsão, não apenas a detecção”, afirmou Kelbert.
O estudo completo foi publicado na revista Revisões de Geofísica.
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