Os terremotos criam efeitos cascata na atmosfera superior da Terra, que podem interromper os sistemas de comunicações e navegação por satélite em que confiamos. Os cientistas da Universidade de Nagoya e seus colaboradores usaram os receptores da extensa rede do sistema de satélite de navegação world (GNSS) para criar as primeiras imagens 3D de distúrbios atmosféricos causados pelo terremoto de 2024 no Noto Peninsula. Seus resultados mostram padrões de perturbação de ondas sonoras com detalhes em 3D exclusivos e fornecem novas idéias sobre como os terremotos geram essas ondas. Os resultados foram publicados na revista Terra, planetas e espaço.
Densidade de elétrons de mapeamento na ionosfera
Com mais de 4.500 receptores de GNSS espalhados pelo país, o Japão tem uma das redes mais densas do mundo. Esses receptores ajudam com rastreamento preciso de localização e também podem detectar alterações em uma região da atmosfera superior chamada ionosfera. Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Weizheng Fu e pelo professor Yuichi Otsuka, do Instituto de Pesquisa Ambiental da Terra Espacial (ISEE) da Universidade de Nagoya (ISEE), capturou a estrutura 3D detalhada das mudanças de densidade de elétrons na ionosfera após a pressa de Magnitude Noto, que ocorreu em 1º de janeiro de 2024.
Quando os sinais de satélite viajam pela ionosfera, eles diminuem a velocidade porque as ondas de rádio interagem com partículas carregadas eletricamente. Ao medir quanto os sinais diminuem, os cientistas podem calcular quantos elétrons existem no caminho dos sinais e mapear o teor whole de elétrons. O mapeamento desses elétrons permite que eles investigam e monitorem efetivamente o estado da ionosfera.
Cerca de 10 minutos após o terremoto, as ondas sonoras geradas viajaram para cima pela atmosfera e atingiram a ionosfera (60-1000 km acima da Terra). Isso criou distúrbios da ondulação semelhante a jogar uma pedra em um lago.
Para construir um modelo 3D de padrões de ondas, os pesquisadores usaram uma técnica chamada “Tomografia” – semelhante a como a tomografia computadorizada cria imagens 3D do corpo humano. Eles coletaram dados sobre números de elétrons de milhares de sinais de rastreamento de receptores de satélites em diferentes ângulos. Ao rastrear seus modelos 3D em momentos diferentes após o terremoto, eles criaram uma série temporal de como a densidade de elétrons mudou.
Ondas sonoras geradas a partir de linhas de falha inteiras, não pontos únicos
Ao sul do epicentro, os pesquisadores observaram um padrão de onda sonora inclinada que gradualmente se tornou mais vertical ao longo do tempo. Quando um terremoto cria ondas sonoras que viajam para cima pela atmosfera, as partes superiores das ondas se movem mais rápido que as partes inferiores. Isso faz com que a onda dianteira se incline ou a inclinação à medida que se transfer. Com o tempo, o padrão inclinado gradualmente se endireita em um alinhamento mais vertical.
Os pesquisadores produziram a primeira visualização 3D detalhada de como o ângulo de inclinação muda ao longo do tempo durante um evento sísmico. Eles rastrearam como os padrões de ondas inclinadas gradualmente se endireitavam com detalhes sem precedentes. Modelos anteriores assumiram que todas as ondas sonoras vieram de um único ponto no centro do terremoto. Embora isso correspondesse a algumas de suas observações, não pôde explicar os padrões complexos e desiguais de ondas que viram em suas imagens 3D.
Para entender isso, eles incluíram dados de várias fontes de ondas ao longo da linha de falha em seu modelo, assumindo que algumas partes das ondas geradas por falhas cerca de 30 segundos após a ruptura inicial. Os resultados correspondiam melhor às observações do mundo actual e mostraram que os terremotos não criam ondas atmosféricas a partir de apenas um ponto, mas de vários pontos ao longo de toda a falha à medida que diferentes seções se rompem com o tempo. Isso explica por que os distúrbios atmosféricos observados, como ondas inclinadas, eram mais complexas do que os modelos mais simples anteriores haviam previsto.
“Ao incluir várias fontes distribuídas e atrasos, nossa modelagem aprimorada fornece uma representação mais precisa de como essas ondas se propagam através da atmosfera superior”, destacou o professor Otsuka.
“Os distúrbios na ionosfera podem interferir nas comunicações by way of satélite e na precisão da localização. Se entendermos melhor esses padrões, poderíamos melhorar nossa capacidade de proteger tecnologias sensíveis durante e após os terremotos e aprimorar os sistemas de alerta precoce para eventos naturais semelhantes”, acrescentou o autor do Dr. Weizheng Fu.
No futuro, os pesquisadores estão trabalhando para aplicar seu modelo a outros eventos naturais, como erupções vulcânicas, tsunamis e eventos climáticos graves.
