O calor oculto do oceano medido com sons de terremoto

Em 1991, os cientistas baixaram grandes subwoofers na água em Heard Island, uma ilha vulcânica coberta de neve no Oceano Índico. Os alto-falantes emitiam sons de baixa frequência que, como o canto das baleias, ecoavam em oceanos inteiros. Captados por receptores na costa da Califórnia e Bermudas, os sinais continham uma informação crucial sobre a água que eles haviam atravessado: como estava quente. Era uma forma promissora de monitorar o aquecimento dos oceanos da Terra, mas as preocupações sobre como o ruído subaquático poderia afetar a vida marinha logo a deixaram de lado, com apenas alguns cientistas dedicados mantendo a técnica viva. Agora, ele está de volta - só que desta vez, a própria Terra está fornecendo o ruído.

Uma equipe de sismólogos e oceanógrafos mostrou que pequenos terremotos que emanam repetidamente do mesmo ponto abaixo do fundo do oceano podem ocupar o lugar dos subwoofers. Os terremotos geram sinais acústicos confiáveis ​​para medir a temperatura do oceano, inclusive em profundidades abaixo de 2.000 metros, fora do alcance de outras técnicas. Se validada, a abordagem, publicada hoje na Science, poderia abrir um sistema de observação oceânica inteiramente novo para a compreensão das mudanças climáticas passadas e futuras, diz Frederik Simons, geofísico da Universidade de Princeton não afiliado ao estudo. “Há um potencial tesouro de dados esperando para serem analisados.”

Os oceanos absorvem mais de 90% da energia aprisionada pelo aquecimento global, e qualquer mudança na taxa em que absorvem o calor teria um impacto descomunal na velocidade de aquecimento da atmosfera. Duas décadas atrás, flutuadores robóticos da matriz internacional de Argo começaram a monitorar o aquecimento do oceano a uma profundidade de cerca de 2.000 metros. Mas a matriz flutuante, agora com 4.000 forte, não conseguiu sondar o grande volume de água em profundidades maiores. “A incapacidade de determinar o que está acontecendo nas águas profundas é um grande obstáculo para a compreensão do oceano e do clima, ainda hoje”, diz Carl Wunsch, oceanógrafo aposentado do Massachusetts Institute of Technology.

Em 1979, Wunsch e Walter Munk, um oceanógrafo do Instituto de Oceanografia Scripps que morreu no ano passado, propôs pela primeira vez o uso de ondas sonoras para medir o calor e a estrutura do oceano. O som viaja mais rápido conforme a água fica mais quente ou mais densa, tornando seu tempo de viagem um medidor confiável de temperatura e densidade se a fonte de som e o receptor estiverem em locais fixos.

A técnica não exigia fontes especialmente altas. A uma profundidade de cerca de 1000 metros, a velocidade do som atinge um mínimo, formando um canal condutor entre as águas quentes acima e as águas densas abaixo. Este guia de ondas permite que as ondas sonoras percorram bacias oceânicas inteiras, diz Bruce Cornuelle, oceanógrafo Scripps que trabalhou com Munk. “É como uma criança de 5 anos agarrando um tubo de papel de embrulho e gritando no ouvido do irmão.”

Além de sondar toda a largura de um oceano, as ondas sonoras - com amplitudes verticais de milhares de metros - capturam as condições de águas rasas até o abismo. Como resultado, eles calculam a média das flutuações naturais de temperatura em menor escala, revelando mudanças em toda a bacia de apenas alguns milésimos de 1 ° por ano. “Isso torna muito mais fácil extrair o sinal do aquecimento global”, diz Jörn Callies, oceanógrafo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e coautor do novo estudo.

Após a demonstração de 1991 na Ilha Heard, Munk ganhou financiamento do Departamento de Defesa para um experimento de acompanhamento no Oceano Pacífico, chamado Termometria Acústica do Clima Oceânico (ATOC). Mas ele se envolveu em polêmica sobre seus dois alto-falantes de tamanho humano, localizados ao largo das costas do Havaí e da Califórnia, em território privilegiado de baleias. “Tornou-se um pesadelo político”, diz Brian Dushaw, oceanógrafo aposentado que trabalhou no ATOC. Os sinais do ATOC não eram mais altos do que os gritos das baleias e o tráfego de navios, mas grande parte de seu orçamento de $ 35 milhões foi para estudos do impacto do som em mamíferos marinhos.

O sigilo militar também atrapalhou. Para ouvir os sinais, o projeto contou com hidrofones classificados da Marinha, normalmente usados ​​para detectar submarinos. Os cientistas não conseguiram nem publicar as localizações dos receptores, diz Wunsch. “Não dissemos à Marinha que, se você publicasse o sinal, o que foi feito, poderia descobrir onde estavam os receptores”, acrescenta Wunsch. A fonte havaiana, ao largo de Kauai, funcionou até 2006, fornecendo 10 anos de dados de aquecimento. Mas, a essa altura, os oceanógrafos haviam deixado a termometria acústica para trás e contavam com Argo, diz Dushaw.

Isso foi até 1 ano atrás, quando Wenbo Wu, um sismólogo da Caltech, percebeu que terremotos repetidos em falhas que se arrastavam lentamente abaixo do fundo do mar poderiam fornecer uma fonte sonora alternativa. Quando terremotos sacodem o fundo do oceano, parte da energia é transformada em ondas acústicas. Wu e seus co-autores precisavam apenas encontrar a fonte certa.

A busca voltou ao Oceano Índico. Em registros de terremotos, eles identificaram mais de 4.000 terremotos de falhas no fundo do oceano a oeste de Sumatra, na Indonésia, de 2004 a 2016, muitos deles entre magnitude 3,5 e 5. Triangulando na fonte, a equipe identificou manchas de falha com menos de 100 metros além disso, se rompeu repetidamente, diz Sidao Ni, coautor e sismólogo do Instituto de Geodésia e Geofísica da Academia Chinesa de Ciências. As ondas sonoras resultantes viajaram pelo oceano sem restrições até Diego Garcia, um atol remoto ao sul da Índia, onde atingiram a terra e se transformaram em ondas sísmicas, captadas no sismômetro da ilha.

Convertendo esses tempos de viagem em temperaturas, Wu e seus colegas descobriram que o leste do Oceano Índico aqueceu 0,044 ° C ao longo da década. As flutuações anuais combinaram bem com as medidas do Argo da mesma época, mas o sinal de aquecimento foi quase o dobro do que os flutuadores do Argo detectaram. A disparidade sugere que Argo está perdendo algum calor, Callies diz, pelo menos para esta bacia neste curto período de tempo. Cerca de 40% de sua medição de calor veio da água abaixo de 2.000 metros, sugerindo que algum aquecimento está avançando mais profundamente no oceano, fora do alcance atual de Argo.

Este trabalho é “bastante extraordinário e muito promissor”, diz Susan Wijffels, líder da Argo na Woods Hole Oceanographic Institution. Se estendido globalmente, poderia fornecer uma verificação independente nas medições da Argo, especialmente quando a produção de uma nova linha de flutuadores Argo que pode descer 6.000 metros, atualmente implantada apenas nas dezenas, aumenta. Ainda mais atraente para Wijffels é a possibilidade de estender as tendências do aquecimento global no tempo, antes de Argo, detectando repetidores em antigos registros sísmicos. “Que presente seria para a comunidade do clima”, diz ela.

A equipe acredita que pode capturar os sons gerados pelo terremoto de forma mais limpa com hidrofones do que com sismômetros terrestres. Isso permitirá que eles usem terremotos de menor potência e, usando a rede global de hidrofones implantada como parte do Tratado de Proibição de Testes Nucleares Abrangentes, eles deverão ser capazes de captar sinais de repetidores em todos os oceanos do mundo.

Hidrofones implantados sob o gelo marinho do Ártico podem medir a temperatura da água em um lugar que os flutuadores de Argo não podem alcançar. Pode até ser possível usar a queda do gelo na vizinha Groenlândia - terremotos glaciais, como são conhecidos - como a fonte sonora. “São dados gratuitos”, diz Dushaw. “Não há dúvida de que alguém implementará um sistema para tirar vantagem disso.”

As novas perspectivas brilhantes para a termometria acústica do oceano também são uma validação para Munk, que ficou profundamente triste quando seus sonhos acústicos globais foram silenciados, diz Cornuelle. “Eu gostaria que Walter estivesse por perto para ver isso. Ele ficaria muito feliz. "

* Correção: Uma versão anterior desta história afirmava que 40% do aquecimento medido vinha de menos de 2.000 metros. Embora 40% da temperatura medida tenha vindo de água abaixo de 2.000 metros, a técnica ainda não consegue dizer em que local da coluna d'água ocorreu o aquecimento.

Fonte: https://www.sciencemag.org/news/2020/09/ocean-s-hidden-heat-measured-earthquake-sounds?utm_campaign=news_daily_2020-09-21&et_rid=496400882&et_cid=3488985