Ao longo de milhões de anos, Vulcões havaianos formaram uma cadeia de ilhas vulcânicas que se estendem pelo Pacífico Norte, onde as ondas do mar de todas as direções, agitado por tempestades distantes ou levado por ventos alísios, golpearam e moldaram os litorais das ilhas em vários graus.

Agora, pesquisadores do MIT e de outros lugares descobriram que, no Havaí, a quantidade de energia fornecida por ondas em média ao longo de cada ano é um bom indicador de quão rápido ou lento uma costa rochosa irá erodir. Se as ondas forem grandes e frequentes, o litoral vai erodir mais rápido, enquanto menor, ondas menos frequentes resultarão em uma erosão mais lenta da costa.

Seu estudo ajuda a explicar as sinuosas linhas costeiras das ilhas havaianas, onde falésias voltadas para o norte, experimentando ondas maiores produzidas por tempestades distantes e ventos alísios persistentes, corroeram mais para o interior. Em contraste, costas voltadas para o sul normalmente desfrutam de águas mais calmas, ondas menores, e, portanto, costas menos erodidas.

Os resultados, publicado este mês na revista Geologia , também pode ajudar os cientistas a prever a rapidez com que outras costas rochosas ao redor do mundo podem sofrer erosão, com base na força das ondas que uma costa normalmente experimenta.

"Mais da metade dos litorais oceânicos do mundo são falésias rochosas, então a erosão do penhasco marítimo afeta muitos habitantes costeiros e infraestrutura, "diz Kim Huppert, Ph.D, autor principal do estudo e ex-aluno de pós-graduação no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias. “Se as tempestades aumentarem com a mudança climática, e as ondas ficam maiores, precisamos entender especificamente como as ondas afetam a erosão. "

Huppert, que agora é um cientista pesquisador sênior do Centro Alemão de Pesquisa de Geociências, foi coautor do artigo com Taylor Perron, professor de terra, atmosférico, e ciências planetárias e chefe de departamento associado do MIT, e Andrew Ashton, da Woods Hole Oceanographic Institution.

Afundar e esculpir

Os cientistas têm alguma ideia de que a taxa de erosão costeira depende da força das ondas que agem naquela costa. Mas até agora, não houve um estudo sistemático para confirmar essa relação, principalmente porque pode haver muitos outros fatores que contribuem para a erosão costeira que podem atrapalhar.

A equipe descobriu que as ilhas havaianas fornecem um ambiente ideal para estudar essa relação:as ilhas são todas feitas do mesmo tipo de rocha, o que significa que eles não teriam que levar em conta vários tipos de rochas e sedimentos e suas diferenças na erosão; e as ilhas habitam uma grande bacia oceânica que produz uma ampla gama de climas de ondas, "ou ondas de tamanhos e frequências variados.

"Conforme você percorre a costa de diferentes ilhas, você vê climas de ondas muito diferentes, simplesmente virando uma esquina da ilha, “Huppert observa.” E o tipo de rock é o mesmo. Então, o Havaí é um bom laboratório natural. "

Os pesquisadores concentraram seu estudo em 11 locais costeiros ao redor das ilhas do Havaí, Maui, e Kaho'olawe, cada um enfrentando diferentes regiões do Pacífico que produzem tamanhos e frequências variadas de ondas.

Antes de considerar a energia das ondas nesses vários locais, eles primeiro trabalharam para estimar a taxa média de erosão dos penhascos marinhos em cada localidade costeira nos últimos milhões de anos. A equipe procurou identificar as taxas de erosão que produziram os perfis costeiros das ilhas havaianas hoje, dados os perfis originais das ilhas, que pode ser estimado a partir da topografia de cada ilha. Para fazer isso, eles primeiro tiveram que levar em conta as mudanças no movimento vertical de cada ilha e a mudança do nível do mar ao longo do tempo.

Depois que uma ilha vulcânica se forma, inevitavelmente começa a diminuir, ou afundar sob seu próprio peso. À medida que uma ilha afunda, o nível em que o mar interage com as mudanças da ilha, como se você fosse mergulhar em uma piscina:a superfície da água pode começar nos tornozelos, e progressivamente dobre em seus joelhos, sua cintura, e, eventualmente, seus ombros e queixo.

Para uma ilha, quanto mais lentamente ele afunda, mais tempo o mar tem para esculpir a costa em uma determinada altitude. Em contraste, se uma ilha afunda rapidamente, o mar tem apenas um tempo fugaz para cortar a costa antes que a ilha diminua ainda mais, expondo um novo litoral para o mar desgastar. Como resultado, a taxa na qual uma ilha afunda afeta fortemente o quanto a costa recuou para o interior em qualquer altitude, ao longo de milhões de anos.

Para calcular a velocidade de afundamento da ilha, a equipe usou um modelo para estimar quanto a litosfera, a camada mais externa da Terra em que as ilhas vulcânicas ficam, afundou sob o peso de cada vulcão havaiano formado nos últimos milhões de anos. Como as ilhas havaianas são próximas, o afundamento de uma ilha também pode afetar o afundamento ou aumento das ilhas vizinhas, semelhante à maneira como uma criança pode pular enquanto outra afunda em um trampolim.

A equipe usou o modelo para simular várias histórias possíveis de naufrágio de ilhas nos últimos milhões de anos, e a subsequente erosão das falésias e costas marítimas. Eles procuraram o cenário que melhor ligasse os litorais originais das ilhas com os litorais modernos de hoje, e combinou as várias taxas de erosão resultantes para os 11 locais que eles focaram em seu estudo.

"Encontramos taxas de erosão que variam de 17 milímetros por ano a 118 milímetros por ano nos diferentes locais, "Huppert diz." O limite superior dessa faixa é quase meio pé por ano, portanto, algumas dessas taxas são muito rápidas para o rock. "

Ondas de um tamanho

Eles escolheram os 11 locais costeiros no estudo por sua variabilidade:Algumas falésias estão voltadas para o norte, onde são atingidos por ondas mais fortes produzidas por tempestades distantes. Outras costas voltadas para o norte experimentam ventos alísios que vêm do nordeste e produzem ondas que são menores, mas mais frequentes. As localidades costeiras voltadas para o sul são menores, ondas menos freqüentes em contraste.

A equipe comparou as taxas de erosão em cada local com a energia das ondas típica experimentada em cada local, que eles calcularam a partir da altura das ondas e medições de frequência derivadas de dados de boias. Eles então compararam a energia das ondas dos 11 locais com suas taxas de erosão de longo prazo.

O que eles encontraram foi um bastante simples, relação linear entre a potência das ondas e a taxa de erosão costeira. Quanto mais fortes são as ondas que uma costa experimenta, mais rápido essa costa se desgasta. Especificamente, eles descobriram que ondas de um tamanho que ocorrem a cada poucos dias podem ser um melhor indicador de quão rápido uma costa está erodindo do que ondas de tempestade maiores, mas menos frequentes. Isso é, se as ondas estiverem normais, dias não tempestuosos são grandes, uma costa provavelmente está se desgastando rapidamente; se as ondas típicas são menores, uma costa está recuando mais lentamente.

Os pesquisadores dizem que a realização deste estudo no Havaí lhes permitiu confirmar esta relação simples, sem confundir os fatores naturais. Como resultado, os cientistas podem usar essa relação para ajudar a prever como as costas rochosas em outras partes do mundo podem mudar, com variações no nível do mar e na atividade das ondas como resultado das mudanças climáticas.

"O nível do mar está subindo ao longo de muitas das costas do mundo, e as mudanças nos ventos e tempestades com as mudanças climáticas em curso podem alterar os regimes de ondas, também, "Perron ressalta." Ser capaz de isolar a influência do clima das ondas na taxa de erosão costeira deixa você um passo mais perto de ir a um determinado lugar e calcular a mudança na taxa de erosão lá. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.