- O que é um tsunami?
- A física de um tsunami
- O que acontece a um tsunami quando ele se aproxima da terra?
- Como são medidos ou observados os tsunamis?
- O tsunami do Oceano Índico de 26 de dezembro de 2004
O que é um tsunami?
Um tsunami é uma série de ondas oceânicas com comprimentos de onda muito longos (tipicamente centenas de quilómetros) causadas por distúrbios em grande escala do oceano, como por exemplo:
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- terremotos
- deslizamento de terras
- erupções vulcânicas
- explosões
- meteoritos
Estes distúrbios podem ser de baixo (e.por exemplo, terremotos submarinos com grandes deslocamentos verticais, deslizamentos de terra submarinos) ou de cima (por exemplo, impactos de meteoritos).
Tsunami é uma palavra japonesa com a tradução em inglês: “onda portuária”. No passado, os tsunamis foram referidos como “ondas de maré” ou “ondas sísmicas do mar”. O termo “onda de maré” é enganoso; mesmo que o impacto de um tsunami sobre uma linha costeira dependa do nível da maré no momento em que um tsunami atinge, os tsunamis não estão relacionados com as marés. (As marés resultam das influências gravitacionais da lua, do sol e dos planetas). O termo “onda sísmica do mar” também é enganoso. “Sísmica” implica um mecanismo de geração relacionado ao terremoto, mas um tsunami também pode ser causado por um evento não sísmico, como um deslizamento de terra ou impacto de meteoritos.
Tsunamis também são freqüentemente confundidos com surtos de tempestades, mesmo que sejam fenômenos bem diferentes. Uma onda de tempestade é uma rápida elevação do nível do mar costeiro causada por um evento meteorológico significativo – estes estão frequentemente associados a ciclones tropicais.
A física de um tsunami
Os tsunamis podem ter comprimentos de onda que variam de 10 a 500 km e períodos de onda de até uma hora. Como resultado de seus longos comprimentos de onda, os tsunamis agem como ondas de águas rasas. Uma onda torna-se uma onda de água rasa quando o comprimento de onda é muito grande em comparação com a profundidade da água. As ondas de águas rasas movem-se a uma velocidade, c, que depende da profundidade da água e é dada pela fórmula:
onde g é a aceleração devido à gravidade (= 9,8 m/s2) e H é a profundidade da água.
No oceano profundo, a profundidade típica da água é de cerca de 4000 m, portanto um tsunami irá viajar a cerca de 200 m/s, ou mais de 700 km/h.
Para tsunamis que são gerados por terremotos submarinos, a amplitude do tsunami é determinada pela quantidade pela qual o fundo do mar é deslocado. Da mesma forma, o comprimento de onda e o período do tsunami são determinados pelo tamanho e forma da perturbação submarina.
Para além de viajar em alta velocidade, os tsunamis também podem percorrer grandes distâncias com perdas limitadas de energia. Como o tsunami se propaga através do oceano, as cristas das ondas podem sofrer refração (flexão), que é causada por segmentos da onda se movendo a diferentes velocidades, já que a profundidade da água ao longo da crista da onda varia.
O que acontece a um tsunami à medida que se aproxima de terra?
Quando um tsunami deixa as águas profundas do oceano aberto e viaja para as águas mais rasas perto da costa, ele se transforma. Se você ler a seção “A física de um tsunami”, você saberá que um tsunami viaja a uma velocidade que está relacionada à profundidade da água – portanto, à medida que a profundidade da água diminui, o tsunami abranda. O fluxo de energia do tsunami, que depende tanto da velocidade da onda como da altura da onda, permanece quase constante. Consequentemente, à medida que a velocidade do tsunami diminui, a sua altura aumenta. Isto é chamado de disparo. Devido a este efeito de ondas, um tsunami que é imperceptível no mar, pode crescer até vários metros ou mais de altura perto da costa.
O aumento da altura da onda do tsunami ao entrar em águas rasas é dado por:
onde hs e hd são as alturas de onda em águas rasas e profundas e Hs e Hd são as profundidades das águas rasas e profundas. Então um tsunami com uma altura de 1 m em mar aberto onde a profundidade da água é de 4000m teria uma altura de onda de 4 a 5 m em água de profundidade 10 m.
Apenas como outras ondas de água, os tsunamis começam a perder energia à medida que se precipitam em terra – parte da energia da onda é refletida ao largo, enquanto que a energia da onda que se propaga para o curto é dissipada através do atrito e turbulência do fundo. Apesar destas perdas, os tsunamis ainda chegam à costa com enormes quantidades de energia. Dependendo se a primeira parte do tsunami a chegar à costa é uma crista ou uma calha, ela pode aparecer como uma maré que sobe ou desce rapidamente. A batimetria local também pode fazer com que o tsunami apareça como uma série de ondas quebrando.
Tsunamis têm grande potencial de erosão, despojando praias de areia que podem ter levado anos para se acumular e minando árvores e outra vegetação costeira. Capazes de inundar, ou inundar, centenas de metros no interior, passando o típico nível alto de água, a água em rápido movimento associada ao tsunami inundante pode esmagar casas e outras estruturas costeiras. Os tsunamis podem atingir uma altura vertical máxima em terra acima do nível do mar, muitas vezes chamada de run-up height, de dezenas de metros.
Como são medidos ou observados os tsunamis?
No oceano profundo, um tsunami tem uma pequena amplitude (menos de 1 metro) mas um comprimento de onda muito longo (centenas de quilómetros). Isto significa que a inclinação, ou inclinação da onda é muito pequena, por isso é praticamente indetectável ao olho humano. Contudo, existem instrumentos de observação oceânica que são capazes de detectar tsunamis.
Aferidores de maré
Aferidores de maré medem a altura da superfície do mar e são usados principalmente para medir o nível da maré. A maioria dos mareógrafos operados pelo Centro Nacional de Meteorologia são estações SEAFRAME (Sea Level Fine Resolution Acoustic Measuring Equipment). Estes consistem num sensor acústico ligado a um tubo vertical aberto na extremidade inferior que se encontra na água. O sensor acústico emite um pulso sonoro que se desloca do topo do tubo até à superfície da água, sendo depois reflectido para cima do tubo. A distância até o nível da água pode então ser calculada usando o tempo de viagem do pulso. Este sistema filtra efeitos em pequena escala como ondas de vento e tem a capacidade de medir mudanças no nível do mar com precisão de 1mm.
O marégrafo da ilha Cocos observou o tsunami em 26 de dezembro de 2004 quando ele passou pela ilha, como mostrado nestas observações feitas durante dezembro.
Satélites
Os altímetros de satélite medem a altura da superfície do oceano diretamente pelo uso de pulsos eletromagnéticos. Estes são enviados para a superfície do oceano a partir do satélite e a altura da superfície do oceano pode ser determinada conhecendo a velocidade do pulso, a localização do satélite e medindo o tempo que o pulso leva para retornar ao satélite. Um problema com este tipo de dados de satélite é que eles podem ser muito escassos – alguns satélites só passam sobre um determinado local cerca de uma vez por mês, então você teria sorte em detectar um tsunami, já que eles viajam tão rapidamente. Entretanto, durante o tsunami no Oceano Índico de 26 de dezembro de 2004, o altímetro do satélite Jason estava no lugar certo na hora certa.
A figura abaixo mostra a altura da superfície do mar (em azul) medida pelo satélite Jason duas horas após o terremoto inicial ter atingido a região sudeste de Sumatra (mostrada em vermelho) em 26 de dezembro de 2004. Os dados foram captados por um altímetro de radar a bordo do satélite ao longo de uma pista que atravessava o Oceano Índico, quando as ondas do tsunami tinham acabado de encher toda a Baía de Bengala. Os dados mostrados são as diferenças na altura da superfície do mar em relação a observações anteriores feitas ao longo da mesma trilha 20-30 dias antes do terremoto, mostrando os sinais do tsunami.
Picture cortesia da NASA/JPL-Caltech
Sistema DART
Em 1995 a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) começou a desenvolver o sistema de Avaliação e Relatório de Tsunamis do Oceano Profundo (DART). Um conjunto de estações está atualmente implantado no Oceano Pacífico. Estas estações dão informações detalhadas sobre tsunamis enquanto estão ainda longe da costa. Cada estação consiste de um gravador de pressão no fundo do mar que detecta a passagem de um tsunami. (A pressão da coluna de água está relacionada com a altura da superfície do mar) . Os dados são então transmitidos a uma bóia de superfície via sonar. A bóia de superfície transmite as informações para o Centro de Alerta de Tsunami do Pacífico (PTWC) via satélite. O gravador de pressão de fundo dura dois anos enquanto a bóia de superfície é substituída a cada ano. O sistema melhorou consideravelmente a previsão e aviso de tsunamis no Pacífico.
O tsunami de 26 de dezembro de 2004
Um terremoto submarino no Oceano Índico em 26 de dezembro de 2004 produziu um tsunami que causou um dos maiores desastres naturais da história moderna. Sabe-se que mais de 200.000 pessoas perderam suas vidas.
As ondas devastaram as costas de partes da Indonésia, Sri Lanka, Índia, Tailândia e outros países com ondas relatadas até 15 m de altura, chegando até a Somália na costa leste da África, 4500 km a oeste do epicentro. Refração e difração das ondas significaram que o impacto do tsunami foi notado ao redor do mundo e estações de monitoramento do nível do mar em lugares como Brasil e Queensland também sentiram o efeito do tsunami.
Esta animação (10.4Mb) foi produzida por cientistas do Centro Nacional de Meteorologia da Maré do Bureau of Meteorology. Um modelo numérico foi usado para replicar a geração e propagação do tsunami e mostra como as ondas se propagaram ao redor das bacias oceânicas do mundo.
O terremoto ocorreu por volta da 1 hora da manhã UTC (8 hora local) no Oceano Índico, ao largo da costa oeste da costa norte de Sumatra. Com uma magnitude de 9,0 na escala Richter, foi o maior desde o terremoto de 1964 ao largo do Alasca e iguala o quarto maior desde 1900, quando começou a manutenção de registros sismográficos globais precisos.
O epicentro do terremoto estava localizado a cerca de 250 km ao sul-sudeste da cidade indonésia de Banda Aceh. Foi um raro terremoto de megataforma e ocorreu na interface das placas tectônicas da Índia e da Birmânia. Isto foi causado pela libertação de tensões que se desenvolvem à medida que a placa Índia subduz sob a placa de Birmânia. Um terremoto de megatonelada é onde uma placa tectônica desliza sob outra, causando movimento vertical das placas. Esse grande deslocamento vertical do fundo do mar gerou o devastador tsunami, que causou danos em uma área tão grande ao redor do Oceano Índico.
O terremoto também foi invulgarmente grande em extensão geográfica. Estima-se que 1200 km de linha de falha deslizaram cerca de 15 m ao longo da zona de subducção ao longo de vários minutos. Como os 1.200 km de linha de falha atingidos pelo terremoto estavam em uma orientação quase norte-sul, a maior força das ondas estava na direção leste-oeste. Bangladesh, que fica no extremo norte da baía de Bengala, teve muito poucas baixas apesar de ser um país populoso de baixa altitude.
Devido às distâncias envolvidas, o tsunami levou de quinze minutos a sete horas (para a Somália) para chegar às várias linhas costeiras. (Veja este mapa do tempo de viagem). As regiões norte da ilha indonésia de Sumatra foram atingidas muito rapidamente, enquanto o Sri Lanka e a costa leste da Índia foram atingidos cerca de duas horas mais tarde. A Tailândia também foi atingida cerca de duas horas depois, apesar de estar mais próxima do epicentro, porque o tsunami viajou mais lentamente no pouco profundo Mar de Andaman ao largo da sua costa ocidental.
Na sua chegada à costa, a altura do tsunami variou muito, dependendo da sua distância e direção do epicentro e de outros fatores, como a batimetria local. Os relatórios têm a altura entre 2-3 m na costa africana (Quênia) até 10-15 m em Sumatra, a região mais próxima do epicentro.