Cerca de 8 anos atrás, no final de um longo dia de conferência na Universidade do Havaí em Mānoa, palestrante convidado e sismólogo Charlotte Rowe foi ao escritório de Bruce Howe. “Ele desenrolou um mapa… mostrando todos os cabos de telecomunicações transoceânicos”, lembrou ela. Ele descreveu um futuro onde esses cabos subaquáticos poderiam conter sensores sísmicos a cada 50 a 100 quilômetros ao redor do mundo.
ComoO professor do Departamento de Engenharia Oceânica e de Recursos perguntou: “Isso seria do interesse de vocês, sismólogos?”
Rowe respondeu: “Bem, sim, de fato!”
Durante essa reunião, Howe pediu a Rowe que quantificasse a utilidade dos cabos submarinos equipados com sensores sísmicos agrupados para os sismólogos. “Com algumas exceções, todas as nossas redes sísmicas estão em terra”, disse Rowe. Para a Terra sob os oceanos, isso significa que “não podemos caracterizar muito bem como as ondas sísmicas se propagam através dela”. Depois de fazer alguns cálculos com um estagiário de verão no Los Alamos National Laboratory, Rowe disse: “O [modeled] A melhora foi impressionante.”
Desde então, Rowe está envolvido com a Força-Tarefa Conjunta das Nações Unidas sobre Monitoramento Científico e Telecomunicações Confiáveis (SMART) cabo submarino, para o qual Howe é presidente. Eles estão trabalhando para equipar o oceano com sensores de temperatura, pressão e sísmica que ajudariam com uma variedade de problemas, incluindo alerta precoce de terremotos, rastreamento de tsunamis e mudanças climáticas.
Rowe atualizará a comunidade científica sobre os planos para cabos SMART em vários locais do mundo Conferência de outono 2022 da AGU na terça-feira, 13 de dezembro.
Internet transoceânica
A Internet pode parecer uma combinação de satélites, a “nuvem” e dados voando pelo ar. Na verdade, a nuvem consiste em edifícios cheios de servidores espalhados por todo o mundo onde os cabos físicos são conectados. Enviar dados através de um oceano simplesmente requer cabos mais longos, mais robustos e especialmente construídos.
Os cabos de telecomunicações, que se parecem com mangueiras de jardim, contêm fibras ópticas finas como bolachas no meio.
Milhares de quilômetros debaixo d’água, cabos de telecomunicações que se parecem com mangueiras de jardim se estendem pelo meio fibras ópticas finas protegidos por camadas de metal e outros materiais, explicou Howe. As fibras de vidro transmitem dados na velocidade da luz, enquanto o cobre no cabo transporta a energia elétrica necessária. Assim vemos vídeos de gatos de outros continentes em tempo real; como fazemos videoconferências com colegas, amigos ou familiares estrangeiros; e como ocorrem as transações financeiras globais. “Sem esses cabos, não teríamos a Internet como a conhecemos”, disse ele.
Esses cabos começam e terminam em estações costeiras que fornecem eletricidade. A cada 70 quilômetros ao longo de todo o comprimento de cada cabo, um longo cilindro chamado repetidor amplifica o sinal de ponta a ponta, disse Howe. Medindo entre 1 e 1,5 metros de comprimento, esses cilindros oferecem amplo espaço para os sensores ficarem nas seções finais inundadas de água do mar, mecanicamente protegidas. O plano atual é encontrar meios para adicionar pacotes de sensores SMART que medem temperatura, pressão e sismicidade para futuras instalações de cabos para substituir a antiga infraestrutura de telecomunicações transoceânicas.
O passado e o futuro grande terramoto de Portugal
Um dos primeiros cabos, que deverá incluir sensores SMART, vai manter a ligação de Portugal às ilhas dos Açores e da Madeira. Os cabos existentes estão chegando ao fim de suas vidas úteis, disse ele vitor silvaEngenheiro de terremotos e coordenador de risco no Fundação Global de Modelos de Terremotos. “Fizemos lobby junto ao governo para garantir que da próxima vez que os cabos forem substituídos [they’ll] seja esperto.”
Silva explicou porque é que Portugal é um bom caso de teste para os sensores SMART. Em 1755 ele disse que Grande terremoto em Lisboa destruiu a capital do país. O terremoto, que pode ter medido magnitude superior a 8,0, começou a sudoeste da costa de Portugal sob as águas do Oceano Atlântico. Depois que inúmeras estruturas se romperam e desmoronaram, um tsunami devastou a costa enquanto os incêndios se alastravam. Hoje Portugal não tem um sistema de alerta precoce de terremotos como em outras regiões propensas a terremotos. Além disso, muitos edifícios em Portugal não são à prova de terremotos, tornando-os e seus ocupantes vulneráveis a tremores.
Ao colocar estrategicamente o cabo SMART onde os cientistas suspeitam que o fundo do mar irá fraturar, tal terremoto seria detectado muito mais rapidamente, um papel mais novo liderada por Silva.
“Quanto mais perto você conseguir um sismômetro da origem do terremoto, mais cedo poderá transmitir o fato de que houve um terremoto”, explicou Rowe.
“Incorporar essa tecnologia pode realmente valer a pena por tudo.”
Silva e seus colegas também calcularam quanto dinheiro os cabos SMART poderiam economizar em Portugal caso outro terremoto offshore ocorresse. Os novos cabos têm um custo estimado de 140 milhões de euros. Torná-los SMART deve adicionar cerca de 10%, elevando o custo para US$ 154 milhões. No entanto, o custo pode ser recuperado salvando vidas. Simulando diferentes cenários de terremotos e determinando quantas pessoas poderiam morrer e consumir estimativas pelo custo de uma vida humana, Silva e seus colegas esperam uma economia de 170 milhões de euros. “Incorporar essa tecnologia pode realmente valer a pena”, disse Silva.
Embora os cálculos de Silva não levassem em consideração os alertas de tsunami, os sensores sísmicos e de pressão nos cabos SMART foram capazes de notificar as autoridades sobre a chegada das ondas do mar mais rapidamente.
“Detecção da primeira chegada de ondas sísmicas [earlier] nos ajudará a determinar uma localização e profundidade mais rápidas e talvez mais precisas do terremoto”, disse ele Stuart Weinstein, vice-diretor do Pacific Tsunami Warning Center e membro da Joint Task Force. A localização, profundidade e magnitude de um terremoto determinam se um tsunami é possível e orientam os alertas iniciais de tsunami.
Se um tsunami se formar, ele mudará o nível do mar à medida que se espalhar, explicou Weinstein. Quando a crista de uma onda de tsunami passa, o nível do mar sobe e a pressão no sensor aumenta. Da mesma forma, à medida que o vale passa, o nível do mar cai e a pressão diminui. Isso permite que os sensores de pressão rastreiem tsunamis (não ondas de superfície impulsionadas pelo vento) e validem previsões feitas a partir de dados sísmicos.
Cabos do futuro, clima do futuro
Sensores adicionais foram considerados, disse Howe, mas “o principal problema é que muitos deles não estão prontos para uma vida útil de 25 anos no fundo do mar”. os cabos são de propriedade privada. “Para ser implementado em escala global, precisamos manter esse conceito simples.”
Atualmente, a força-tarefa conjunta está investigando acopladores externos, particularmente para certos cabos personalizados, disse Rowe. Esses acoplamentos permitiriam instalações posteriores de instrumentos sísmicos adicionais que podem ser capazes de medir uma variedade maior de sinais do que os pequenos sensores sísmicos planejados para os cabos SMART. Esses instrumentos externos, que podem ser instalados por meio de um robô subaquático, poderiam ser acoplados com mais firmeza ao fundo do mar, o que melhoraria a integridade do sinal. Essa configuração resolveria duas limitações das implantações esparsas de sismômetros do fundo do mar de hoje – energia e comunicações – ambas fornecidas por cabo, explicou Rowe.
Além disso, a US National Science Foundation está considerando um cabo para conectar a Nova Zelândia à Estação McMurdo na Antártida, onde conexões de internet de alta velocidade não estão disponíveis para os pesquisadores. O Oceano Antártico ao redor da Antártida é a parte menos instrumentada do mundo, disse Rowe. “Há muito que podemos aprender com um cabo equipado com SMART”, disse ela.
Outro caminho intrigante para o futuro, de acordo com Rowe, são os sensores hidroacústicos (hidrofones), ouvindo os sons que se propagam pela água. “O mar é um ambiente muito, muito barulhento”, disse ela. terremotos ressoam. Vulcões submarinos explodem. Os mamíferos marinhos espirram e cantam. Icebergs racham e gemem. Navios tilintam e tilintam. Ouvir os sons do mar é uma forma de rastrear mudanças e padrões no oceano, embora os hidrofones não façam parte do plano atual para o pacote de sensores.
Os cabos SMART também podem ficar de olho nas mudanças climáticas. Os sensores de pressão mediriam os componentes da circulação oceânica, enquanto os sensores de temperatura poderiam informar aos cientistas como as temperaturas do fundo do mar estão mudando, explicou How.
Howe observou que os cientistas não podem traçar uma linha direta de uma pessoa que sofre os efeitos da seca para uma medição específica. No entanto, ele disse: “As medições climáticas [along with other observations] afetará todos no planeta, ainda que indiretamente e por longos períodos de tempo”.
—Alka Tripathy-Lang (@DrAlkaTrip), escritor de ciência