p Um projeto único está ligando medições in situ com pesquisa de riscos naturais. Nos últimos dez anos, uma rede de sensores sem fio na cordilheira Hörnli do Matterhorn tem transmitido constantemente dados de medição sobre a condição de faces rochosas íngremes, permafrost e clima predominante. O líder do projeto, Jan Beutel, analisa o progresso até o momento. p A onda de calor do verão de 2003 desencadeou uma queda de rochas que chocou os pesquisadores e o público em geral:1, 500 metros cúbicos de rocha se separaram da crista de Hörnli - um volume aproximadamente equivalente a duas casas. O evento de fratura expôs o gelo nu na superfície da escarpa íngreme. Os especialistas logo perceberam que as temperaturas recordes haviam aquecido a rocha a tal profundidade que o gelo contido em seus poros e fissuras derreteu. Isso efetivamente causou uma redução repentina da ligação que mantinha a massa rochosa unida.

p A queda de rochas imprevisível foi o incentivo para a criação da PermaSense, um consórcio de projeto único que reúne especialistas de diferentes disciplinas de engenharia e pesquisa ambiental da ETH Zurique e várias outras instituições, incluindo as universidades de Basileia e Zurique. O projeto foi lançado em 2006 com o objetivo inicial de fazer medições e observações que antes não eram possíveis. Usando tecnologia de ponta, os pesquisadores estavam procurando obter medições in-situ em permafrost rochoso íngreme de qualidade e quantidade sem precedentes.

p Eles não foram apenas bem-sucedidos, mas os pesquisadores superaram confortavelmente seu objetivo, como relatam em um artigo recém-publicado na revista Dados de ciência do sistema terrestre . O estudo descreve um registro único de 10 anos de dados de alta resolução capturados por cientistas no cume Hörnli do Matterhorn, 3500 metros acima do nível do mar. Um total de 17 tipos de sensores diferentes posicionados em 29 localizações de sensores distintos dentro e ao redor da zona de queda de rochas de 2003 entregou 115 milhões de pontos de dados separados.

p "Este conjunto de dados constitui o mais longo, registro de dados mais denso e diverso na história da pesquisa de permafrost alpino em todo o mundo, "diz Jan Beutel, Pesquisador Sênior do Laboratório de Engenharia de Computação e Redes da ETH Zurique, com um orgulho compreensível:ele é o motor da iniciativa.

p Usando sensores sem fio de última geração, os pesquisadores conseguiram disponibilizar grandes volumes de dados de alta qualidade quase em tempo real, e monitorar e controlar de perto os experimentos em execução. “A análise combinada de monitoramento de longo prazo obtida de diferentes tipos de instrumentos leva a um melhor entendimento dos processos que podem levar à desestabilização de rochas íngremes, "diz Samuel Weber, co-líder do projeto e agora pesquisador de pós-doutorado na TU Munich.

p A rede de sensores também inclui uma câmera automática de alta resolução que tira fotos do local da fratura a cada dois minutos. "Crackmeters" medem o alargamento das fissuras e o deslocamento das rochas. As temperaturas são medidas em várias profundidades na face da rocha, bem como na superfície. Inclinômetros e sensores GPS medem permanentemente o quanto as partições de rocha maiores, bem como todo o cume da montanha, estão se deformando e se inclinando gradualmente em direção ao vale. Nos últimos anos, os pesquisadores adicionaram equipamentos para medição de emissões acústicas e dados microssísmicos.

p Os dados são transmitidos via WLAN do cume de Hörnli para a estação de pico do teleférico do Klein Matterhorn nas proximidades, de onde são transmitidos em tempo real via Internet para o data center da ETH Zurich. Aqui, eles são continuamente capturados, analisado e avaliado - e tem sido nos últimos 10 anos, 24 horas por dia, qualquer que seja o tempo.

p 10 anos de medição do permafrost

p "Nos últimos três anos de nosso projeto, a incorporação de dados sísmicos mais complexos tem sido particularmente útil para nos ajudar a quantificar o que estávamos ansiosos para pesquisar desde o início:a desestabilização que leva à queda de rochas. Isso nos ajudou a identificar padrões nos sinais da montanha que nos permitem capturar tais eventos, "Beutel diz.

p Medindo as frequências de ressonância da face da rocha

p O uso de sistemas de detecção sísmica tornou possível detectar muitos sinais diferentes - como a formação de rachaduras inicialmente invisíveis e escondidas na superfície da rocha - que os sensores anteriores não conseguiram capturar. "Sensores sísmicos capturam muito mais dados, e nos oferece densidade de informações e oportunidades de análise sem precedentes, "diz o engenheiro elétrico. Mas esses sensores têm várias desvantagens:eles precisam de cabos, mais poder, e furos profundos, que primeiro deve ser perfurado. E também registram sinais que nada têm a ver com a montanha, como os passos de alpinistas a caminho do cume do Matterhorn.

p Os pesquisadores primeiro tiveram que remover todo o ruído ambiente desses dados usando aprendizado de máquina e algoritmos inteligentes que foram programados diretamente nos sensores sem fio pelos alunos de doutorado da ETH atualmente envolvidos no projeto. A fim de testar contra a verdade fundamental, eles também alimentaram os algoritmos com dados registrados no Hörnlihütte, uma cabana alpina onde os montanhistas que escalam o Matterhorn passam a noite. O número de pessoas que passam a noite e escalando serve como uma indicação de quando as pessoas escalando a montanha estão criando interferência.

p A análise dos dados sísmicos filtrados fornece um quadro interessante para Beutel:"As frequências de ressonância que ocorrem nas rochas variam consideravelmente ao longo do ano." Este fenômeno está ligado aos processos de congelamento e degelo na montanha. Muitas microfissuras e fissuras são preenchidas com gelo e sedimentos, e essa mistura fica congelada no inverno. Quando isso descongela no verão, a ligação nas fissuras muda. O maciço rochoso de vibração livre aumenta, e, como resultado, a frequência de ressonância diminui. O inverso está acontecendo no inverno:a frequência de ressonância do maciço rochoso aumenta.

p "É o mesmo princípio de uma guitarra - o tom depende de onde você segura as cordas criando elementos vibratórios de diferentes comprimentos, "Beutel explica.

p "Mudanças muito abruptas no padrão dessas frequências de ressonância indicariam que a estabilidade de parte da superfície da rocha mudou, "Beutel diz. Se as frequências caírem, pode significar que as fissuras existentes se aprofundaram ou se abriram, possivelmente indicando uma queda de rochas emergente de uma massa considerável.

p "Usando dados sísmicos e acústicos, combinado com medições de largura de rachadura e fotos do local de investigação, podemos identificar com bastante precisão como o permafrost está mudando e fazer previsões sobre os problemas que começam a se desenvolver, "Beutel diz." Considero esta uma das melhores conquistas do projeto PermaSense até o momento. "

p Ele diz que tudo isso graças ao seu parceiro de projeto, Samuel Weber, que passou os últimos três anos escrevendo uma tese inovadora sobre este tópico na Universidade de Zurique. Outro fator importante foi o envolvimento do Professor Donath Fäh da ETH e do Serviço Sismológico Suíço, que forneceu a experiência em sismologia.

p Abertura repentina de rachaduras na rocha

p O projeto de medição no Matterhorn ainda não acabou, mas ainda em andamento. Enquanto ainda está em execução, Beutel deseja transferir o know-how adquirido com a "Horu, "o nome local da icônica montanha, para outros projetos e sites. Os conhecimentos técnicos e geológicos adquiridos podem agora ser aplicados à previsão de eventos de risco natural. Beutel diz que um uso possível pode ser em Piz Cengalo, no vale de Bregaglia. No verão de 2017, uma queda maciça de rochas de vários milhões de metros cúbicos matou várias pessoas e o fluxo de detritos resultante destruiu partes da vila de Bondo abaixo. Os especialistas concordam que mais quedas de rochas acontecerão nesta montanha e agora estão monitorando as condições 24 horas por dia usando radar, mas as medições in situ não foram encontradas até o momento.