O Instituto Dom Luiz (IDL) da Ciências ULisboa é responsável pelo desenvolvimento e construção de estações sísmicas de fundo oceânico (OBS). Estes instrumentos têm sido utilizados em importantes projetos europeus, como é o caso do Observatório Europeu Multidisciplinar do Fundo do Mar e Coluna de Água (EMSO-PT) e mais recentemente do projeto “Upward mantle flow from novel seismic observations” (UPFLOW), liderado pela sismóloga Ana Ferreira, professora da University College London, no Reino Unido, e que obteve uma consolidator grant, pelo Conselho Europeu de Investigação (ERC), no valor de 2.8 milhões de euros, e que irá possibilitar o lançamento de 50 sismómetros de alta sensibilidade no fundo do Oceano Atlântico.

A equipa do IDL Ciências ULisboa responsável pelo desenho, desenvolvimento e construção de protótipos para este tipo de atividade é dirigida por Carlos Corela, sendo composta ainda por Afonso Loureiro e José Luís Duarte.

O projeto DUNE, onde Carlos Corela é o investigador principal, tem permitido estudar e desenvolver todas as soluções técnicas adotadas nestes OBS, considerados peças fundamentais nos projetos europeus em que o IDL Ciências ULisboa participa.

O grupo dedica-se à construção de OBS desde 2004, participando desde então entre uma a duas campanhas oceanográficas por ano. O desenvolvimento e construção do equipamento vai evoluindo à medida que as tecnologias e os recursos vão avançando.

Um dos mais importantes contributos que este instrumento providencia é o aumento e a melhoria da informação sobre a atividade sísmica no Sudoeste da Ibéria, anteriormente monitorizado apenas por estações sísmicas em terra.

Estudo pioneiro das plumas mantélicas no Atlântico Nordeste

O projeto UPFLOW tem como objetivo preencher uma lacuna no conhecimento acerca dos intensos movimentos que ocorrem no interior da Terra. Este projeto pretende estudar a litosfera e o manto na região que vai da Crista Média Atlântica até às Canárias, passando pelos arquipélagos dos Açores e da Madeira e tem como objetivo compreender o fluxo ascendente no manto e qual o seu papel na origem dos arquipélagos dos Açores, da Madeira e das Canárias. Trata-se de uma experiência sísmica passiva, com o auxílio de 50 OBS, que deverá permitir uma resolução da ordem dos 100-200 km, até uma profundidade de cerca de 1000-1500 km.

A duração prevista desta missão é de 14 meses. A primeira viagem de colocação dos instrumentos aconteceu na semana passada e deverá terminar em meados do próximo mês de agosto. Os cientistas acreditam que a dimensão espacial e temporal sem precedentes desta missão proporcionará uma recolha extensiva de dados que poderá ajudar a desvendar processos e fenómenos no interior da Terra nesta zona de forte atividade sísmica e vulcânica a um nível nunca antes alcançado.

Para Ana Ferreira, “esta é uma experiência sísmica sem precedentes”, acrescentando que se trata da primeira vez que será abrangida uma região tão vasta no Atlântico Norte por estes instrumentos de alta sensibilidade. “A análise dos seus dados vai permitir, esperamos, compreender melhor os movimentos massivos que ocorrem a centenas de quilómetros de profundidade, no interior do manto terrestre – em particular, os escoamentos ascendentes de material, que ainda não compreendemos muito bem. Esta atividade é o que, em última instância, provoca erupções vulcânicas e que pode dar azo a terramotos”, conclui Ana Ferreira.

O projeto UPFLOW também irá usar um novo método de representação gráfica da atividade sísmica – isto é, uma nova maneira de caracterizar a estrutura sob a superfície terrestre a partir da análise de ondas sísmicas – anteriormente usadas por astrofísicos para estudar galáxias distantes.

O UPFLOW envolve a colaboração entre instituições da Alemanha, Irlanda, Espanha e Portugal. É executado pelo Instituto Alfred Wegener, Universidade de Potsdam, Centro Helmholtz de Potsdam, Centro Helmholtz de Investigação Oceânica de Kiel; Instituto de Estudos Avançados de Dublin, Instituto Real e Observatório da Armada, IDL Ciências ULisboa, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa e IPMA.

Para Miguel Miranda, presidente do IPMA e antigo professor da Faculdade, “a existência das ilhas Canárias e das ilhas vulcânicas da Madeira e dos Açores tem origem nos movimentos massivos nas profundezas da Terra", acrescentando que esta investigação propõe descobrir se existe uma ligação no mecanismo de formação destas ilhas.

O papel dos OBS na monitorização do fundo oceânico e da coluna de água

A campanha oceanográfica EMSO-PT Leg 1 teve lugar ao largo da costa sudoeste de Portugal Continental entre 23 e 26 de maio de 2021, a bordo do navio de investigação Mário Ruivo. Durante a campanha, foram lançados três OBS, naquela que é uma das regiões de maior atividade sísmica do território português: dois deles equipados com um sismómetro de banda larga, um com um acelerómetro e todos contendo um hidrofone.

Adicionalmente, cada OBS levava também meios de cultura para estudar as populações de bactérias bentónicas, como parte da tarefa a cargo da equipa liderada por Belarmino Barata, professor do Departamento de Química e Bioquímica da Ciências ULisboa.

“O hidrofone regista frequências altas, sendo ideal para a gravação de vocalizações de mamíferos marinhos (20-130 Hz). Regista igualmente a atividade sísmica e a partir dos seus dados é possível inferir parâmetros oceanográficos (o período e a altura das ondas, a intensidade das correntes de fundo) e meteorológicos (o vento à superfície). Os acelerómetros podem operar as frequências mais elevadas, permitindo, assim, detetar atividade sísmica de diferentes intensidades”, explica Carlos Corela.

As medições de natureza diversa obtidas por estes instrumentos e a sua configuração abrem portas a uma caracterização minuciosa da dinâmica do fundo marinho desta região. Nesta missão, os OBS foram colocados a profundidades diferentes conforme a sua localização: no planalto de Sagres a cerca de 3000 m; no planalto do Marquês de Pombal a 2000 m; junto à falha Pereira de Sousa a 1200 m.

Esta missão iniciada em maio deverá terminar em novembro deste ano. “Estes aparelhos terão registos de vários meses da sismicidade local e a sua triangulação permitirá localizar a origem dos eventos e a sua magnitude, estendendo, dessa forma, a rede de observação terrestre para o oceano”, esclarece o Carlos Corela. O equipamento, que no seu total pesa 175 kg fora de água e 30 kg em imersão, inclui ainda um datalogger com autonomia até um ano e meio, uma antena rádio, uma luz que se ativa no final da missão, quando a estrutura chega à superfície, e duas a quatro esferas de vidro para efeitos de flutuação, para além da esfera estanque que contém os sensores sísmicos.

Um OBS pode ser lançado para uma profundidade máxima de 6000 m. O lastro de ferro é abandonado no fundo, mas será completamente corroído no espaço de alguns meses/anos, dependendo do grau de atividade das bactérias quimiotróficas.

A sensibilidade dos sensores que integram um OBS, bem como a sua colocação no fundo do mar, obriga a uma série de precauções técnicas, concebidas e executadas pela equipa. “Os OBS descem a uma velocidade de 1 m/s, mas é possível que, devido à topografia do fundo marinho, fiquem inclinados. Para lidar com estes casos, os instrumentos dos OBS incluem sensores de orientação para correção dos registos. Para além disso, todos os componentes têm uma frequência de ressonância que pode ser registada como sinal espúrio e que por isso precisa de ser mitigada ou anulada, neste caso pela carcaça exterior da estrutura. É esta alta sensibilidade que permite o registo de ondas gravíticas geradas por tempestades no oceano a milhares de quilómetros de distância”, conclui Carlos Corela.