O terremoto Tohoku-Oki de 11 de março de 2011 foi o maior e mais destrutivo da história do Japão. Pesquisadores japoneses - e seus parceiros noruegueses - estão trabalhando arduamente tentando entender o que o tornou tão devastador.

O grande terremoto que abalou o Japão em 11 de março de 2011 matou mais de 20, 000 pessoas, tornando-se um dos desastres naturais mais mortais da história do país. Praticamente todas as vítimas morreram afogadas em um tsunami que, em alguns lugares, atingiu mais de 30 metros de altura.

O tsunami também paralisou a usina nuclear de Fukushima Daiichi, causando derretimentos em três dos seis reatores da usina e liberando quantidades recordes de radiação para o oceano. Os reatores estavam tão instáveis ​​em um ponto que o ex-primeiro-ministro, Naoto Kan, mais tarde admitiu que considerou evacuar 50 milhões de pessoas da região da grande Tóquio. Eventualmente, 160, 000 pessoas tiveram que deixar suas casas por causa da radiação.

Este desastre nacional, O maior terremoto de todos os tempos no Japão, foi um apelo à ação para os cientistas da Terra japoneses. A missão deles:entender exatamente o que aconteceu para tornar este terremoto tão destrutivo. Por esta, eles recorreram ao JAMSTEC, a Agência Japonesa de Ciência e Tecnologia Marinha da Terra para sondar os segredos na trincheira do Japão com 7000 metros de profundidade, o epicentro do tremor.

Nos cinco anos desde o desastre, pesquisadores encontraram pistas intrigantes sobre o que tornou o terremoto tão perigoso. A experiência em petróleo norueguesa de trabalhar na plataforma continental norueguesa está agora ajudando a descobrir novos detalhes, à medida que os cientistas continuam a tentar entender quais fatores contribuem para tornar um terremoto nesta região realmente grande. Ao fazer isso, eles esperam ser capazes de prever melhor a magnitude e a localização de futuros terremotos e tsunamis.

Uma confusão de placas tectônicas

O Japão fica situado no que pode ser um dos lugares mais perigosos possíveis quando se trata de terremotos. A parte norte do país repousa sobre um pedaço da placa norte-americana, enquanto a parte sul do país fica na placa eurasiática. No norte, a placa do Pacífico está deslizando por baixo da placa da América do Norte, enquanto ao sul, a placa eurasiana está pairando sobre a placa do mar das Filipinas. Quando uma placa se move em relação a outra, o movimento pode desencadear um terremoto e tsunami.

A confusão complexa de placas tectônicas explica por que cerca de 1, 500 terremotos sacodem o país todos os anos, e por que é o lar de 40 vulcões ativos - 10 por cento do total mundial.

Visto que o Japão passa por tantos terremotos, o terremoto que sacudiu o país na tarde de 11 de março não foi totalmente inesperado. Na verdade, os pesquisadores previram que a região veria um terremoto de magnitude 7,5 ou mais nos próximos 30 anos.

Terremotos são rotina no Japão o suficiente para que o país tenha códigos de construção rígidos para evitar danos. A maioria dos grandes edifícios se contorce e balança com o tremor da terra - um homem em Tóquio disse à BBC que os movimentos no arranha-céu de seu local de trabalho durante o terremoto de 2011 foram tão fortes que ele sentiu enjoo - e até mesmo a usina nuclear de Fukushima Daiichi estava protegida por 10- paredão de um metro de altura.

No entanto, alguma combinação de fatores tornou o terremoto Tohoku-Oki maior e com um tsunami mais mortal do que os cientistas esperavam. Mas o que?

"Isso é o que queremos entender - e mitigar, "diz Shin'ichi Kuramoto, Diretor Geral do Centro de Exploração Terrestre Profunda da JAMSTEC. "Por que esses grandes terremotos ocorrem?"

Um grande deslize

Os pesquisadores da JAMSTEC se mobilizaram quase imediatamente após o desastre, e enviaram o navio de pesquisa RV Kairei, com 106 metros de comprimento, ao epicentro do terremoto poucos dias depois de sua ocorrência.

Por um pouco mais de duas semanas, o navio cruzou a Trincheira do Japão ao largo da costa de Honshu. O objetivo era criar uma imagem batimétrica do fundo do mar e coletar dados sísmicos de reflexão, que permite aos pesquisadores observar os sedimentos e rochas sob o fundo do mar.

Um cruzeiro subsequente pelo RV Kaiyo da JAMSTEC, 7 a 8 meses após o terremoto, coletou imagens sísmicas de reflexão de alta resolução adicionais na área. Felizmente, os pesquisadores também tinham dados de um estudo semelhante feito em 1999 na mesma região.

Os dados mostraram a eles que o fundo do mar em direção à terra na área da trincheira deslizou tanto quanto 50 metros horizontalmente, disse Yasuyuki Nakamura, Vice-líder do Grupo no Grupo de Sismologia Estrutural do Centro de Terremotos e Tsunami da JAMSTEC.

"Este foi um grande deslize na área do eixo da trincheira, "ele disse." Para comparação, o terremoto de Kobe em 1995, que matou mais de 6.000 pessoas e teve magnitude 7,3, teve um deslizamento médio de 2 metros. "

Outro terremoto de magnitude 8 em 1946 na área de Nankai, no sul do Japão, que destruiu 36, 000 casas tiveram um deslizamento máximo de 10 metros, Nakamura disse.

"Então você pode ver que 50 metros é um deslizamento muito grande, "disse ele. Isso por si só explica em parte porque a onda do tsunami foi tão grande, ele disse.

Criação de imagens usando ondas sonoras

Quando Martin Landrø, um geofísico da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU), leu sobre o terremoto no Japão e soube que seus colegas japoneses coletaram dados sísmicos antes e depois do terremoto, ele pensou que poderia oferecer alguma ajuda.

Por mais de 20 anos, Landrø trabalhou com interpretação e visualização de dados sísmicos. As empresas petrolíferas e geofísicos usam rotineiramente essa abordagem para coletar informações sobre a geologia sob o fundo do mar. Landrø estudou tudo, desde colocar dados sísmicos para trabalhar para descobrir novos reservatórios de petróleo submarinos até visualizar o que acontece com o CO2 injetado em um reservatório submarino, como está sendo feito agora no campo Sleipner no Mar do Norte.

Funciona assim:um navio navega em linha reta por 100 quilômetros ou mais, e usa armas de ar para enviar um sinal acústico a cada 50 metros enquanto o navio navega. O navio também reboca um longo cabo atrás dele para registrar os sinais acústicos que são refletidos de volta pelos sedimentos e rochas sob o fundo do mar. Dito de forma simples, os materiais mais duros refletem os sinais mais rapidamente do que os materiais mais macios.

Os geólogos podem criar uma imagem bidimensional, uma seção transversal da geologia sob o fundo do mar, rebocando um longo cabo atrás de um navio. Uma imagem tridimensional pode ser criada rebocando uma série de cabos com sensores e, essencialmente, combinando uma série de imagens bidimensionais em uma tridimensional.

Um tipo muito especial de dados sísmicos, Contudo, é chamado 4-D, onde a quarta dimensão é o tempo. Aqui, geofísicos podem combinar imagens 2-D de diferentes períodos de tempo, ou imagens 3-D de diferentes períodos de tempo para ver como uma área mudou ao longo do tempo. Pode ser altamente complexo, especialmente se diferentes sistemas foram usados ​​para coletar os dados sísmicos dos dois períodos de tempo diferentes. Mas a análise sísmica 4-D é a especialidade especial de Landrø.

Dos reservatórios de petróleo do Mar do Norte à trincheira do Japão

Landrø contatou Shuichi Kodaira, diretor do Centro de Terremoto e Tsunami da JAMSTEC, e disse que queria ver se algumas das técnicas que foram usadas para fins relacionados ao petróleo poderiam ser usadas para entender as mudanças de tensão relacionadas a terremotos. Kodaira concordou.

Em seguida, foi apenas uma questão de obter os dados e "reprocessá-los, "Landrø disse, para tornar os dois períodos de tempo diferentes tão comparáveis ​​quanto possível.

"Poderíamos então estimar os movimentos e mudanças causadas pelo terremoto no fundo do mar e abaixo do fundo do mar, "Landrø disse.

Depois de quase um ano trabalhando remotamente juntos nos dados, Landrø e seus colegas noruegueses voaram para o Japão em novembro de 2016 para se encontrarem com seus colegas japoneses pela primeira vez. Eles agora estão no processo de escrever um artigo científico para publicação, portanto, ele reluta em descrever suas novas descobertas em detalhes antes de serem publicadas.

"O objetivo final aqui é entender o que aconteceu durante o terremoto da forma mais detalhada possível. O quadro geral é mais ou menos o mesmo, "Landrø disse." É mais como se estivéssemos olhando para pequenos detalhes que podem ser importantes usando uma técnica que tem sido usada na indústria do petróleo por muitos anos. Talvez veremos alguns detalhes que não foram vistos antes. "

Um sistema de alerta precoce

Landrø também está interessado em um sistema que a JAMSTEC instalou no oceano ao largo da parte sul do país, chamado sistema Dense Oceanfloor Network para terremotos e tsunamis, mais comumente conhecido como DONET.

O sistema DONET (do qual agora existem dois) é uma série de sensores de pressão conectados instalados no fundo do oceano no vale de Nankai, uma área que foi atingida por repetidos terremotos perigosos, Nakamura do JAMSTEC disse.

O Nankai Trough está localizado onde a placa do Mar das Filipinas desliza sob a placa da Eurásia a uma taxa de cerca de 4 cm por ano. Em geral, ocorreram grandes terremotos ao longo do vale a cada 100 a 150 anos.

DONET 1 também inclui uma série de sismômetros, medidores de inclinação e indicadores de tensão que foram instalados em um poço 980 metros abaixo de um centro de terremoto conhecido no vale de Nankai. Os sensores do poço e do fundo do mar acima estão todos conectados em uma rede de cabos que envia observações em tempo real para estações de monitoramento e para governos locais e empresas.

Essencialmente, se houver um movimento grande o suficiente para causar um terremoto e tsunami, os sensores irão reportar isso. Os pesquisadores da JAMSTEC conduziram estudos que mostram que a rede DONET pode detectar um tsunami próximo 10 a 15 minutos antes do que as estações de detecção terrestres ao longo da costa. Esses minutos extras podem significar salvar milhares de vidas.

"Um dos principais objetivos aqui é fornecer um sistema de alerta precoce de tsunami, "Nakamura disse." Temos colaborado com os governos locais para estabelecer isso. "

Outras aplicações são possíveis

Landrø diz que pensa que o uso de técnicas de imagens sísmicas 4-D também pode ser usado com os dados coletados por todos os sensores DONET.

A abordagem DONET, ou alguma variação dele, também pode ser útil no futuro, à medida que a Noruega e outros países exploram o uso de reservatórios de petróleo para armazenar CO2. Uma das maiores preocupações sobre o armazenamento de CO2 em reservatórios submarinos é monitorar a área de armazenamento para garantir que o CO2 permaneça no lugar. Um sistema de monitoramento do tipo DONET pode ser de interesse aqui, Landrø disse.

Landrø também diz que acha que técnicas de imagens sísmicas 4-D poderiam ser usadas com os dados coletados por todos os sensores DONET para obter uma melhor compreensão de como a área está mudando ao longo do tempo.

DONET "são dados passivos, ouvindo a rocha, "Landrø disse." Mas aqui você também pode usar algumas das mesmas técnicas da análise 4-D para aprender mais. "