Problema tectônico: NASA mede afundamento de terra na Samoa Americana

Um terremoto de magnitude 8,1 em 2009 piorou a subsidência de terras na Samoa Americana. NASA os cientistas introduziram a tecnologia InSAR, revelando o aumento das taxas de subsidência pós-terremoto. Esta investigação sublinha a necessidade de dados precisos no planeamento global da resiliência costeira.

Em 29 de setembro de 2009, um terremoto de magnitude 8,1 atingiu perto de Samoa Americana, Samoa e Tonga, desencadeando um tsunami que causou vítimas humanas e US$ 200 milhões em danos materiais nas ilhas. O terremoto também exacerbou outro problema na Samoa Americana: a subsidência ou o afundamento de terras. Quando combinado com o aumento relativo do nível do mar, o afundamento de terras pode aumentar a frequência e a quantidade de inundações costeiras.

Desafios de medir a subsidência

A proteção contra inundações nas ilhas requer medições confiáveis ​​de quanto o solo está afundando e onde, disse Jeanne Sauber, geofísica do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. “Você precisa saber em detalhes onde o terreno está afundando mais rápido”, disse ela. A Sauber e vários colegas da NASA estão combinando ferramentas de sensoriamento remoto para descobrir isso.

Historicamente, as medições de subsidência em pequenas ilhas tropicais têm sido difíceis de realizar por duas razões. As ilhas muitas vezes têm poucos recursos para adquirir medições detalhadas da superfície terrestre, e as densas nuvens e vegetação do meio-dia podem dificultar a obtenção de bons dados de satélite.

Usando a ilha de Tutuila, na Samoa Americana, como exemplo, uma equipe de cientistas da NASA publicou no ano passado um estudo sobre como mapear melhor as mudanças no solo em ilhas propensas a terremotos. Eles descobriram que o uso de uma combinação de observações terrestres e de satélite poderia resultar em um mapa mais matizado e abrangente.

No passado, os cientistas usaram dados de dois pontos de medição em Tutuila: um GPS estação e o único marégrafo da ilha. Eles normalmente associavam esses pontos à altimetria de satélite, o que permite aos cientistas monitorar amplamente a altura da superfície do oceano. No entanto, estes dados forneceram apenas uma imagem limitada.

Principais conclusões

No estudo, os pesquisadores adicionaram o InSAR, ou radar interferométrico de abertura sintética, que permitiu ver onde o solo estava mudando. InSAR é uma técnica que envolve a comparação de imagens de radar de satélite da mesma área coletadas em momentos diferentes para detectar movimentos na superfície da Terra e rastrear mudanças na altura do solo.

O estudo descobriu que Tutuila afundou em média 0,24 a 0,35 polegadas (6 a 9 milímetros) por ano entre 2015 e 2022, em comparação com 0,04 a 0,08 polegadas (1 a 2 milímetros) por ano antes do terremoto de 2009. As maiores taxas de afundamento ocorreram logo após o terremoto, especialmente ao longo da costa.

“Sabíamos o quanto o solo está se deformando neste ponto por causa da estação GPS, mas com a técnica de sensoriamento remoto por radar, podemos obter um mapa muito mais denso do que está acontecendo em toda a ilha”, disse Stacey Huang, colega. com o Programa de Pós-Doutorado da NASA na NASA Goddard e o autor principal do estudo.

Construindo um mapa melhor

Os dados de radar de abertura sintética são coletados de aviões ou satélites. Ele funciona enviando pulsos de micro-ondas do satélite para a superfície da Terra e, em seguida, medindo o tempo que leva para os pulsos retornarem e a força dessa reflexão, ou “retroespalhamento”. Ao contrário de muitos instrumentos de satélite, este tipo de radar pode perfurar nuvens e vegetação densa, permitindo aos investigadores medir com precisão a elevação relativa e as mudanças na superfície terrestre. O estudo de Huang e Sauber usou dados da ESA (Agência Espacial Europeia) Satélite Copernicus Sentinel-1A.

Os pesquisadores também usaram dados de altímetros de satélite para avaliar o nível do mar e correlacioná-los com as medições da estação maregráfica de Pago Pago da ilha. O medidor mediu o nível do mar em relação a Tutuila, enquanto o altímetro mediu o nível absoluto do mar. A diferença entre eles mostra, entre outros sinais, o movimento terrestre de Tutuila, ou movimento, em relação ao centro da Terra.

Um dos desafios para avaliar a subsidência de terras em ilhas remotas é compreender como os movimentos das ilhas podem ser influenciados pelo movimento mais amplo das placas tectónicas. Ao incluir medições da estação GPS de Tutuila, os pesquisadores puderam monitorar a taxa de movimento vertical.

“Portanto, não só podemos dizer o que um ponto está fazendo em relação a outro em uma ilha, como podemos dizer o que esta ilha está fazendo em relação a outros locais ao redor do mundo”, disse Sauber, coautor do estudo.

Por que a terra afunda

A subsidência de terras nesta parte do oeste do Oceano Pacífico resulta do movimento das placas tectônicas do Pacífico e da Austrália. Quando uma placa passa sob a outra, ocorre um fenômeno chamado subducção ao longo da Fossa de Tonga, um desfiladeiro profundo no Oceano Pacífico. Os terremotos freqüentemente resultam deste processo, criando movimentos verticais da superfície da ilha, juntamente com mudanças na superfície do solo.

Para entender o quanto a terra mudou após cada terremoto, os cientistas medem algo chamado movimento vertical da terra – o movimento para cima e para baixo da terra a partir da remoção e reorganização de materiais no subsolo da Terra.

“Ao longo de centenas de milhares de anos, ou mesmo milhões de anos, estas ilhas vulcânicas tendem a afundar à medida que arrefecem”, disse Eric Fielding, geofísico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia. “Este processo geológico de longo prazo aplica-se às Ilhas Samoa, e o ciclo sísmico contribui para isso.”

A elevação do nível do mar agrava o problema, disse Richard Ray, terceiro autor do estudo e geofísico da NASA Goddard. Em Tutuila, por exemplo, o nível relativo do mar está a aumentar até cinco vezes a média global, de acordo com um estudo anterior que inclui Ray e Sauber. O nível médio global do mar aumentou 0,11 polegadas (2,7 milímetros) de 2021 a 2022, de acordo com uma análise da NASA de dados de satélite. Nesse estudo de 2019, os cientistas descobriram que o aumento do nível do mar na região em relação à terra era de 2 a 3 milímetros (0,04 a 0,08 polegadas) por ano antes do terremoto, mas agora, o aumento relativo do nível do mar é várias vezes a média global.

“Três milímetros podem não parecer muito, mas fazem diferença com o tempo, à medida que aumentam”, disse Ray.

Implicações globais e planos futuros

Muitas ilhas em todo o mundo enfrentam a subida do nível do mar e partilham características semelhantes com Tutuila. Os investigadores esperam aplicar o que aprenderam com Tutuila a outras ilhas para o planeamento da resiliência costeira, incluindo esforços de colaboração entre a NASA e as Nações Unidas para informar as decisões nas nações insulares do Pacífico.

Com lançamento previsto para o início de 2024, o NISAR – abreviação de NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar – desenvolvido em conjunto pela NASA e pela ISRO (Organização Indiana de Pesquisa Espacial), rastreará os movimentos da terra e das superfícies de gelo da Terra com detalhes extremamente precisos e ajudará a identificar e rastrear o movimento vertical da terra ao redor do mundo.

O planeamento da resiliência costeira é necessário para proteger as pessoas que vivem em ilhas mais pequenas e requer dados fiáveis.

“Precisamos realmente saber com que rapidez essa terra está afundando para que as decisões políticas possam ser baseadas em dados científicos”, disse Sauber. “Você não quer afastar as pessoas de suas casas, a menos que elas realmente estejam em uma situação terrível.”