Geofísica marinha: como e quais são os métodos para estudar o som no oceano?

Por Arthur Antônio Machado


Ilustração de Luiza Soares


Ondas sonoras são utilizadas como um meio de comunicação pelos animais nos oceanos há milhões de anos (veja o post sobre esse tema). Porém, para nós seres humanos, tanto a descoberta de ondas sonoras nos oceanos, como a utilização delas para diferentes fins se deu muito mais recentemente - a partir da segunda guerra mundial, quando começamos a desenvolver sonares para descobrir a localização de submarinos.


Na oceanografia os primeiros usos da propagação do som na água foram para medir a profundidade dos oceanos, isto é a batimetria, através de equipamentos conhecidos como ecobatímetro ou ecossonda.


Antes do desenvolvimento dos ecobatímetros os levantamentos batimétricos eram realizados com o uso de um cabo com peso na ponta. Este cabo descia até o fundo e a profundidade era estimada pela quantidade de cabo na água entre a embarcação e o fundo. Era um processo lento e não muito preciso no caso de águas profundas.


O ecobatímetro é um equipamento simples, que mede a profundidade do local, que se baseia na medição do tempo decorrido entre a emissão de um pulso sonoro e a recepção do mesmo sinal após ser refletido pelo fundo. O tempo que o som leva entre o momento de sua emissão e o de sua recepção determina a profundidade entre a superfície da água e o fundo.


Se lembrarmos da fórmula da velocidade:


V = D

T

Onde V=velocidade, D=distância e T=tempo.


Para o método do ecobatímetro temos que lembrar que o tempo é duplo, isto é, o tempo de ida e volta do pulso sonoro, portanto temos:


D = (Vágua*T)

2


Onde Vágua= velocidade do som na água, T = tempo de ida e volta do som entre superfície e fundo, D=profundidade no local.


Os primeiros ecobatímetros são conhecidos como ecobatímetros monofeixe (Figura 1), pois eles emitem um pulso sonoro apenas. Atualmente existem os ecobatímetros multifeixe (Figura 1), que emitem vários pulsos sonoros (feixes) permitindo o mapeamento de uma área maior (Figura 2), não apenas o ponto logo abaixo da embarcação.

Figura 1 - Diferentes métodos acústicos de geofísica marinha. Fonte: Jorge P. Castello e Luiz C. Krug ,2017 com © Copyright - modificado de USGS Coastal and Marine Geology Project).


Figura 2 - Registro de batimetria multifeixe. Fonte NGDE-NOAA em Domínio Público.


Nos últimos 60 anos os métodos acústicos de geofísica marinha continuaram avançando juntamente com o crescimento da capacidade computacional, permitindo que grandes quantidades de dados possam ser analisadas praticamente em tempo real, à medida que são adquiridos, possibilitando controle imediato de qualidade do processo de aquisição de dados. Outra vantagem da evolução da tecnologia é em relação à portabilidade dos equipamentos de geofísica marinha, possibilitando o desenvolvimento de estudos em áreas restritas, no princípio, inacessíveis a grandes embarcações.


Outros métodos acústicos de geofísica marinha amplamente utilizados são os métodos de perfilagem sísmica, onde o objetivo é o mapeamento das camadas sedimentares em subsuperfície, isto é, abaixo do fundo marinho. Semelhante ao exame de ultrassonografia onde obtêm-se uma imagem interna do corpo humano através da resposta acústica do pulso sonoro refletindo em diferentes camadas do corpo, a perfilagem sísmica gera uma imagem das camadas abaixo do leito marinho (Figura 3).

Figura 3 - Seção sísmica do talude continental na Bacia de Santos. Atributos Cosseno da Fase e Amplitude RMS sobrepostos. (B) Fácies sísmicas interpretadas e eixos do canal indicados. Fonte Dutra, 2019 - Licença CC BY_NC 3.0 BR.


Um dos maiores especialistas de geofísica rasa do Brasil, o pesquisador Luiz Antonio Pereira de Souza do Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT-SP), subdivide os métodos sísmicos principalmente em dois conjuntos (Figura 4), investigação de superfície (batimetria e imageamento) e investigação de subsuperfície (perfilagem sísmica).

Figura 4 - Compartimentação da investigação sísmica de áreas submersas rasas. INVESTIGAÇÃO DE SUPERFÍCIE: batimetria - utiliza fontes acústicas que emitem frequências a partir de 30kHz; imageamento - utiliza fontes acústicas que emitem sinais de frequências geralmente superiores a 100kHz. INVESTIGAÇÃO DE SUBSUPERFÍCIE: perfilagem sísmica – utiliza fontes acústicas que emitem frequências geralmente inferiores a 20kHz. Pode ser subdividida em dois grupos: métodos que priorizam a resolução (>2kHz) e os que priorizam a penetração (<2kHz). Fonte Souza, 2006 com © Copyright.


O primeiro conjunto de métodos sísmicos utiliza fontes acústicas que emitem espectros contendo altas frequências (> 30 kHz) e que são empregados na investigação da topografia de fundo ou da profundidade da coluna da água e no imageamento da superfície de fundo (Figura 5).

Figura 5 - Registro do navio Typo realizado com um sonar de varredura lateral (Side scan sonar). Fonte: Michigan Technological University Great Lakes Research Center) em Domínio Público.


- O segundo conjunto de métodos sísmicos utiliza fontes acústicas que emitem espectros contendo baixas frequências (< 20 kHz), e que são empregados na perfilagem de subsuperfície (Figura 6).

Figura 6 - Registro de exsudação de gás obtido por meio do emprego da perfilagem sísmica contínua com fonte acústica do tipo Sparker. Fonte: Arquivo pessoal Arthur Antônio Machado com licença CC BY 4.0.


Os métodos acústicos de geofísica marinha estão ficando cada vez mais acessíveis não só para pesquisadores, mas também para a população em geral. Hoje em dia equipamentos (batimetria e imageamento) para embarcações de lazer são bem baratos tendo seus valores semelhantes ao de um notebook. Essa popularização ajuda no entendimento melhor de leigos na morfologia do fundo marinho e na conscientização das atividades turísticas.

 

Referências:


DUTRA, I. 2019. Evolução deposicional do canal contornítico de Santos, porção norte da Bacia de Santos (Monografia). Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC.


SOUZA LAP. 2006. Revisão crítica da aplicabilidade dos métodos geofísicos na investigação de áreas submersas rasas. Tese de Doutorado. Instituto Oceanográfico, Universidade de São Paulo. 311p.


SOUZA LAP, BIANCO R, TESSLER MG & GANDOLFO OCB. 2007. Investigações geofísicas em áreas submersas rasas: qual o melhor método? In: 10º Congresso Internacional da Sociedade Brasileira de Geofísica, Rio de Janeiro-RJ.


SOUZA LAP, GANDOLFO OCB. 2021. Geofísica aplicada à geologia de engenharia e ambiental. Editora ABGE, 120p.

 

Sobre o autor:

Me chamo Arthur, sou oceanólogo pela FURG, mestre em BioEcologia Aquática pela UFRN e doutor em Oceanografia Física, Química e Geológica pela FURG. Atualmente sou Professor e coordenador do curso de Oceanografia da UFBA. Atuo principalmente nos seguintes temas: Morfodinâmica Costeira, Interação Oceano-Atmosfera, Geofísica Marinha, Ilhas Oceânicas e Mergulho Científico. A minha relação com o mar vem desde cedo, com 7 anos de idade comecei a praticar mergulho livre e desde então o meu interesse pelo mundo subaquático só aumentou. Com o passar dos anos meu interesse pelo mar crescia e diversas perguntas surgiam na cabeça de uma criança curiosa: ‘Por que o mar é salgado?’, ‘Por que os navios fundeados ficavam aproados para o vento?’, ‘Por que o mergulhador oscila no fundo quando tem onda na superfície?’, ‘Por que quando passa uma tempestade as ondas batem no calçadão?’. Com a chegada da adolescência e as perguntas sobre o que iria fazer da minha vida profissional, fui procurar cursos de graduação que teriam relação com o mar. Nessa procura encontrei a Oceanografia.


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