Originalmente desenvolvida para identificar aeronaves atacantes durante a Segunda Guerra Mundial, a tecnologia avançada de radar de hoje pode detectar um alvo móvel muito diferente: mudanças na crosta terrestre que ocorrem tão lentamente quanto o crescimento de suas unhas.
Dados de radar de satélites como o Envisat da ESA são usados para construir 'interferogramas' que mostram movimentos de terra em escala milimétrica. Essas imagens em tons de arco-íris fornecem aos cientistas novas idéias sobre o movimento tectônico e uma capacidade aprimorada de calcular os riscos que surgem quando essa câmera lenta acelera, na forma de terremotos ou atividade vulcânica.
A carga útil de dez instrumentos no Envisat inclui um instrumento ASAR (Advanced Synthetic Aperture Radar) projetado para adquirir imagens de radar da superfície da Terra. Parte da "missão de fundo" atribuída pela Envisat, uma vez que orbita o mundo a cada 100 minutos, é priorizar as aquisições da ASAR em vez dos cintos sísmicos que cobrem 15% da superfície terrestre.
"Quando a Envisat concluir sua missão nominal de cinco anos, devemos ter uma quantidade satisfatória de imagens em todos os cinturões sísmicos", disse o professor Barry Parsons, do Centro de Observação e Modelagem de Terremotos e Tectônicos da Universidade de Oxford.
“Para detectar a deformação fina do solo em que estamos interessados, exigimos repetidas imagens de radar de cada local. Em seguida, combinamos pares de imagens usando uma técnica chamada interferometria SAR, ou InSAR, para abreviar, para mostrar qualquer alteração entre aquisições. ” (Para mais informações, consulte o link: Como a interferometria funciona?)
Para medir com precisão o lento aumento da tensão à medida que as placas tectônicas se movem umas contra as outras ao longo dos cintos sísmicos da Terra, vários interferogramas são combinados, exigindo muitas imagens SAR individuais.
"A razão para isso é minimizar qualquer interferência atmosférica, em relação ao pequeno sinal de deformação da crosta em que estamos interessados", acrescentou Parsons. “Usando dados do ERS, o antecessor do Envisat, nosso grupo mediu recentemente o movimento tectônico no oeste do Tibete com uma precisão de alguns milímetros por ano. Os resultados mostram que as taxas de escorregamento nas principais falhas da região são muito menores do que se pensava anteriormente e que o platô tibetano se deforma como um fluido. ”
O InSAR também pode ser usado para analisar movimentos muito mais abruptos do solo: os pesquisadores recentemente empregaram os dados do Envisat para mapear as deformações do solo associadas ao vulcão Piton de la Fournaise, extremamente ativo, na ilha de R? Union, no Oceano Índico, e para identificar a falha que causou o terremoto de Bam no Irã em dezembro de 2003.
Encontrando falhas após o desastre de Bam
Mais de 26.000 pessoas foram mortas em 26 de dezembro de 2003, quando um terremoto de 6,3 Richter em escala devastou a cidade oásis iraniana de Bam. Sua cidadela antiga? designado como Patrimônio Mundial? desmoronou em escombros. A Carta sobre Espaço e Desastres Principais foi ativada para que naves espaciais, incluindo a Envisat, adquirissem imagens para apoiar os esforços de ajuda internacional.
Após a missão de fundo do Envisat, uma imagem pré-terremoto foi adquirida da vizinhança de Bam em 3 de dezembro de 2003, e foi combinada com uma imagem pós-terremoto adquirida em 7 de janeiro de 2004? a data de reaquisição mais antiga possível devido à cobertura global de 35 dias da Envisat? para executar o InSAR.
"É a primeira vez que os dados do Envisat são usados para produzir um interferograma após um grande terremoto", disse Parsons, parte de uma equipe internacional que estuda o terremoto de Bam, incluindo participantes do Serviço Geológico do Irã e do Laboratório de Propulsão a Jato dos EUA.
Os resultados foram surpreendentes, estabelecendo que enquanto Bam se encontra em um cinturão sísmico, esse terremoto em particular veio de um ponto que ninguém esperava. O Irã é como o preenchimento de um sanduíche geológico à medida que a placa da Arábia avança para a Eurásia, e muitas falhas sísmicas ocorrem em seu território. O mais notável é que a falha de Gowk, localizada a oeste de Bam, teve vários grandes terremotos nas últimas duas décadas.
No entanto, o interferograma Envisat mostrou que o terremoto de Bam resultou da ruptura de uma falha anteriormente não detectada que se estende sob a parte sul da cidade, sua existência perdida por pesquisas no solo. A falha mostrou-se como uma faixa distinta de descontinuidade no interferograma, com movimentos de ambos os lados variando de cinco a 30 cm de altura.
Além de destacar essas alterações na superfície, os resultados do InSAR podem ser usados para examinar indiretamente o solo, com modelos de software que calculam quais ocorrências geológicas se encaixam nos eventos da superfície. Com Bam, eles descobriram que um deslizamento superior a dois metros havia ocorrido a uma profundidade média de 5,5 quilômetros, ao longo de um tipo distinto de falha.
Voltando novamente
Quanto mais precisamente a posição de uma espaçonave puder ser controlada, menor será a linha de base da imagem InSAR - a distância espacial entre as aquisições de imagem inicial e de acompanhamento - e melhor a qualidade do interferograma final. Durante a revisão inicial do Bam do Envisat, a linha de base era grande o suficiente para que os dados de elevação digital do ERS fossem necessários para subtrair os efeitos topográficos causados por um ângulo de visão alterado.
No entanto, para sua posterior revisão, 35 dias depois, a direção da sonda foi tão precisa que nenhuma compensação topográfica foi necessária, representando uma conquista operacional formidável para o Envisat.
"Nossa equipe da Flight Dynamics calculou uma precisão de 93 cm usando resultados precisos de determinação de órbita do DORIS (Orbitografia Doppler e Radioposicionamento Integrado por Satélite) e observações de alcance a laser", afirmou Andreas Rudolph, gerente da espaçonave Envisat.
“Foram necessárias manobras orbitais especiais para alcançar essa precisão, juntamente com o trabalho árduo das equipes do Centro Europeu de Operações Espaciais (ESOC) aqui na Alemanha e do Instituto Europeu de Pesquisa Espacial (ESRIN) na Itália? para não mencionar um pouco de sorte! ”
Explorando um vulcão ativo
A interferometria de radar é usada para estudar terremotos e vulcões - o Envisat está coletando dados sobre um exemplo extremamente animado desse último.
A 2631 metros acima do Oceano Índico, o vulcão Piton de la Fournaise não está situado ao longo de cinturões sísmicos ou do "Anel de Fogo" associado, mas? como o Havaí do outro lado do planeta? está localizado acima de um magma 'hotspot' no manto da Terra.
O Instituto de Física do Globo de Paris (IPGP) opera um Observatório do Vulcão no local para monitorar erupções e atividades associadas.
“Temos observado esse vulcão basáltico nos últimos 25 anos? é um dos vulcões mais ativos do mundo ”, comentou Pierre Briole, do IPGP. “Nos últimos seis anos, ocorreram 13 erupções, com duração média de um mês. Entre 1992 e 1998, houve um período de silêncio, enquanto oito erupções ocorreram entre 1984 e 1992. ”
Processos subterrâneos profundos geram atividade vulcânica de superfície? fissuras e erupções de lava ocorrem devido a canais de lava ou 'diques' que se estendem a partir de câmaras de magma de alta pressão. A deformação do solo, tanto para cima quanto para baixo, nas proximidades de um vulcão, fornece informações sobre o que está acontecendo no subsolo, mas até recentemente a quantidade de pontos no solo que podiam ser medidos era muito limitada.
“No tempo dos instrumentos geodésicos terrestres, demoramos várias semanas para medir as coordenadas de talvez 20 pontos, com uma precisão de cerca de um centímetro”, lembrou Briole. “Então, no início dos anos 90, surgiu o Sistema de Posicionamento Global (GPS). Usando o GPS, podemos aumentar o número de pontos medidos em dez vezes durante uma campanha de uma semana, até a precisão de meio centímetro. Mas a deformação no solo causada por uma erupção é tipicamente extremamente localizada no espaço, e esses 200 pontos estão espalhados pela área do vulcão. ”
Foi necessária outra tecnologia espacial para melhorar o GPS: interferogramas do Piton de la Fournaise, com base em mais de 60 imagens do Envisat adquiridas durante o ano passado. O IPGP faz parte de uma equipe que utiliza os dados que também incluem participantes das universidades Blaise Pascal (Clermont-Ferrand II) e R? Union.
"Temos sorte com Piton de la Fournaise, porque sua localização remota no meio do oceano significa que não há confrontos com outros alvos potenciais do Envisat e, portanto, temos mais aquisições do que a maioria dos outros usuários de imagens do ASAR", acrescentou Briole . “O InSAR da Envisat provou ser uma ferramenta extremamente poderosa para nós, porque fornece uma densidade muito alta de informações em todo o vulcão.
“Com novas erupções ocorrendo com tanta frequência, nossas campanhas terrestres não conseguiam acompanhar o ritmo, mas a interferometria fornece dados sobre cada erupção. E enquanto o vulcão é um lugar muito difícil de operar? frequentemente com pouca visibilidade do tempo e um flanco oriental muito íngreme? todas as partes do vulcão até a linha de vegetação são acessíveis com o InSAR. ”
O InSAR revela um padrão de inflação do solo nos meses anteriores a uma nova erupção, à medida que a pressão na câmara de magma aumenta. Após uma erupção, a pressão diminui e ocorre a deflação.
Também são reveladas deformações localizadas que ocorrem quando os diques de magma se propagam e atingem a superfície. A extensão da deformação associada a uma nova fissura indica a profundidade em que se origina? quanto maior a inflação, mais profundo é o dique.
O monitoramento vulcânico do InSAR foi estabelecido pela primeira vez usando dados do ERS, produzindo interferogramas que mostram o altamente ativo Monte Etna da Itália que parece "respirar" entre as erupções. Pesquisas de interferograma de vulcões aparentemente extintos ao longo de partes remotas dos Andes mostraram movimentos do solo indicando que alguns ainda estão ativos.
“Existem muitas linhas de investigação interessantes usando essa técnica, incluindo a questão de saber se é possível prever quando um vulcão entrará em erupção e - com falhas sísmicas frequentemente ocorrendo perto de vulcões - a questão de se atividade sísmica e erupções vulcânicas estão ligados ”, acrescentou Briole.
“Por enquanto, nossa equipe está interessada em caracterizar o Piton de la Fournaise da maneira mais precisa possível, para aperfeiçoar técnicas que podemos aplicar posteriormente a vulcões em outros lugares e, se possível, aumentar o número de aquisições, de modo a demonstrar que o monitoramento de vulcões InSAR tem potencial operacional. , alertando antecipadamente as autoridades de proteção civil ".
Fonte original: Comunicado de imprensa da ESA
