Satélite SWOT capta mapa 2D de um tsunami em mar aberto

Investigadores conseguiram registar, pela primeira vez, um mapa bidimensional de um tsunami a deslocar-se em mar aberto, captado por um satélite pouco depois de um grande sismo.

Esta perspetiva transforma um perigo rápido e difícil de acompanhar num padrão quantificável, mostrando de forma clara como a onda se propagou, se dividiu e transportou energia por uma vasta região.

Alinhamento raro entre satélite e tsunami

Uma extensa faixa de oceano a sudeste das Ilhas Loyalty revelou, numa única passagem do satélite, duas frentes distintas de tsunami a avançar sobre águas profundas.

Ao seguir esse traço, Jean H. M. Roger, das Ciências da Terra da Nova Zelândia (Earth Sciences New Zealand), demonstrou que a estrutura observada correspondia a um tsunami em propagação e não a movimento oceânico habitual.

Uma das frentes surgia mais intensa e mais afastada da fonte, enquanto uma segunda frente, mais fraca, aparecia a seguir praticamente pelo mesmo corredor poucos minutos depois.

Como ambas as frentes ficaram registadas durante a mesma sobrevoo, a observação captou um campo de ondas contínuo, abrindo espaço para análises mais profundas sobre a evolução dos tsunamis em condições de oceano aberto.

Tsunami em 2D com o satélite SWOT

Antes deste episódio, os instrumentos em órbita tendiam a “cortar” os tsunamis em linhas estreitas, obrigando os cientistas a reconstruir mais tarde a forma global do fenómeno.

Em contraste com satélites mais antigos, o satélite Surface Water and Ocean Topography (SWOT) varre uma faixa larga, registando simultaneamente a largura e o comprimento do sinal.

Em 2004, por exemplo, os satélites detetaram com nitidez o tsunami do oceano Índico, mas apenas ao longo de estreitas linhas de interseção.

Com a estrutura lateral finalmente visível, torna-se muito mais fiável separar a geometria real da onda de irregularidades comuns do oceano.

Como começou o tsunami

Às 02:57 UTC de 19 de maio de 2023, um sismo de magnitude 7,7 ocorreu a sudeste das Ilhas Loyalty.

A rutura superficial elevou uma parte do fundo do mar; essa subida súbita impulsionou a água acima para um movimento rápido.

Pouco depois, marégrafos costeiros e sensores ao largo no sudoeste do Pacífico começaram a registar a perturbação à medida que esta se afastava da zona de origem.

Quando o SWOT passou pela área por volta das 04:00 UTC, a onda em expansão já atravessava velozmente as águas profundas.

Limpar o sinal para ver a onda

Os dados de altura em mar aberto combinam muitos contributos, e um tsunami pode ficar “escondido” no meio de ondulação, correntes, marés e redemoinhos.

Para remover esse ruído de fundo, a equipa comparou o evento com o dia anterior e recorreu também a dados de outros sete satélites.

Depois de subtraídos esses padrões de fundo, a frente a norte tornou-se nitidamente destacada, ao mesmo tempo que pequenas ondas secundárias apareceram no interior do anel principal.

Sem esta limpeza, a variabilidade normal do oceano poderia facilmente passar por estrutura do tsunami e desfocar a narrativa que o satélite registou.

Ondas dentro de ondas

A imagem não mostrava apenas uma crista isolada: atrás da frente líder maior seguiam várias ondulações mais curtas.

Essas ondulações atrasadas eram consistentes com dispersão - quando comprimentos de onda diferentes viajam a velocidades diferentes - fazendo com que o tsunami se alongue ao deslocar-se.

Junto da frente mais forte, a elevação atingiu cerca de 15 centímetros (6 polegadas) e a extensão ultrapassou 100 quilómetros (62 milhas).

Este vislumbre direto de um comboio de ondas em dispersão ofereceu aos cientistas uma observação rara de um comportamento há muito antecipado por modelos.

Quando o modelo encontra a medição

Simulações computacionais do sismo geraram frentes praticamente nas mesmas posições e em tempos muito próximos dos observados.

Partindo de um cenário simples de rutura, o modelo reproduziu melhor a fase das ondas líderes do que a sua dimensão.

Ainda assim, as alturas medidas saíram superiores: a discrepância teve, em média, cerca de 13 centímetros (5 polegadas) e, em alguns pontos, foi muito maior. De forma consistente, as simulações subestimaram as amplitudes das ondas observadas.

Porque é que o ajuste falhou

As estimativas da fonte deste sismo continuam incertas, em parte porque a cobertura sísmica naquela zona do Pacífico é limitada.

Mesmo uma pequena alteração no local exato onde a falha deslizou pode mudar quanto a água é levantada e por onde a energia se propaga.

Noutra análise, a fonte foi deslocada cerca de 19 quilómetros (12 milhas) para melhorar o encaixe com os registos regionais disponíveis.

Sob a onda, uma batimetria acidentada - isto é, a forma do fundo do mar - terá introduzido pequenas reflexões e desvios que o modelo simples não captou.

O que os cientistas ganham com dados 2D

Um registo em duas dimensões oferece aos especialistas em tsunamis algo que quase nunca têm: o desenho completo da onda em movimento.

Essa visão alargada ajuda a testar hipóteses sobre a fonte do sismo, porque direção, curvatura e espaçamento transportam pistas sobre o que ocorreu em profundidade.

Passagens anteriores de satélites conseguiam confirmar tempos de chegada ou alturas, mas deixavam a maior parte da estrutura lateral por inferir.

A conclusão sublinha que dados bidimensionais permitem separar melhor as ondas de tsunami dos sinais de fundo do oceano.

Raro, mas muito elucidativo

Captar um tsunami a partir do espaço continua a depender 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 aconteceu, e a nave cruzou o sinal em cerca de quatro minutos.

Após a calibração, a missão passou para uma órbita de repetição a cada 21 dias, tornando encontros semelhantes ainda menos prováveis.

Essa raridade limita a utilidade para alerta, mas faz de cada sobrevoo bem-sucedido um teste muito exigente ao modo como os tsunamis realmente se comportam.

Investigação futura sobre tsunamis

O novo mapa reúne num único cenário - até aqui invisível - o movimento do sismo, a viagem em mar profundo, as ondulações de cauda e o erro do modelo.

Com estimativas de fonte mais robustas e mais missões de varrimento em faixa larga, estes sobrevoos raros podem tornar-se uma das verificações mais rigorosas da física dos tsunamis e do risco associado.