A ideia de usar sinais de rádio transmitidos entre receptores em terra e satélites para detectar tsunamis quase em tempo real existe há décadas. Alguns artigos acadêmicos nos anos 1970 discutiam um sistema desse tipo em princípio, mas só na década de 2020 ele se tornou realidade com o lançamento do Guardian. Em 2022, Anderson e pesquisadores do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL, na sigla em inglês) da Nasa, na Califórnia, EUA, publicaram um estudo que apresentou os detalhes essenciais do sistema.

O motivo pelo qual os sinais de satélites de navegação conseguem registrar um tsunami está no movimento sobe e desce do mar. Quando um tsunami começa a se formar em alto mar, suas ondas podem não ser muito altas — talvez entre 10 cm e 50 cm. “Ele é quase invisível enquanto se desloca pelo mar aberto”, diz Yue Cynthia Wu, pesquisadora de engenharia marinha da Universidade de Michigan (EUA), especialista em dinâmica de ondas oceânicas.

Essa ondulação, porém, ocorre em escala gigantesca, movimentando enormes volumes de água de uma só vez. Esse movimento desloca o ar para cima, perturbando a atmosfera em camadas superiores e criando ondulações na ionosfera, camada de partículas carregadas localizada entre 30 e 190 milhas (48 a 306 km) acima da superfície da Terra. As ondulações alteram a quantidade de elétrons presentes em partes da ionosfera.

“Você tem reações iônicas, você muda as temperatura, tudo fica desregulado”, explica Michael Hickey, professor emérito de física da Embry-Riddle Aeronautical University, em Daytona Beach, Flórida (EUA), que estuda essas ondas atmosféricas.

Os satélites de navegação usam frequências duplas para se comunicar com estações terrestres, de modo que aumentos no número de elétrons na ionosfera podem causar atrasos incomuns no tempo de chegada desses dois sinais. Ao medir esses atrasos, sistemas como o Guardian podem detectar se algo anormal está acontecendo na ionosfera.

Engenheiros de GPS já sabiam que os sinais sofriam esse tipo de perturbação, e eles precisam ajustar esse “ruído” para garantir a precisão dos sistemas de navegação. Mas foram os cientistas da Terra que perceberam que todo esse ruído poderia ser usado para detectar tsunamis.

“São pessoas inteligentes pensando fora da caixa”, afirma Anderson.

Nos últimos anos, pesquisadores conseguiram identificar as “impressões digitais” de tsunamis e vulcões nos dados da ionosfera. Hickey e colegas estudaram retrospectivamente o impacto do terremoto de magnitude 9,1 que atingiu a costa nordeste do Japão em 2011, provocando um tsunami. “[Nós] vimos os anéis”, lembra Hickey, se referindo às gigantescas ondulações que se espalharam para fora na ionosfera acima do Japão, visualizadas por meio de dados da contagem de elétrons.

A enorme erupção vulcânica em Tonga, em 2022, também causou impacto significativo na ionosfera, que os cientistas depois analisaram detalhadamente.

Mas nenhum grande tsunami havia sido acompanhado em tempo real usando esses métodos, até o terremoto de Kamchatka neste ano. Embora previsões do tsunami tenham sido produzidas pelo sistema DART (Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis) da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA, na sigla em inglês), que utiliza boias ancoradas ao fundo do oceano, o sistema Guardian permitiu seguir as ondas enquanto elas se formavam.

O monitoramento atmosférico gera expectativa de que um sistema como o Guardian possa detectar tsunamis ainda no mar aberto, antes que atinjam grandes alturas e se choquem contra a costa. Isso poderia fornecer avisos antecipados mais precisos às comunidades, ao mesmo tempo em que ajudaria a evitar falsos alarmes.

A tecnologia também pode ser aplicada a outros fenômenos além de terremotos e vulcões. Pode, inclusive, ajudar a detectar explosões nucleares. As ondulações na ionosfera, por exemplo, ajudaram a confirmar que testes subterrâneos de armas nucleares foram realizados pela Coreia do Norte em 2009.

Até hoje, as redes de monitoramento de tsunamis dependem de sismógrafos, que analisam terremotos em todo o mundo, e de boias oceânicas que detectam mudanças súbitas na altura das ondas. Mas esses instrumentos não fornecem uma visão tão abrangente ou imediata quanto os dados da ionosfera. “Cada minuto é importante para a evacuação de tsunamis, então as detecções precoces do Guardian me parecem um avanço realmente importante para a segurança contra tsunamis”, afirma Harold Tobin, sismólogo da Universidade de Washington (EUA).

Anderson acrescenta que monitorar a ionosfera, em vez de apenas sismômetros, pode facilitar a detecção de tsunamis provocados por eventos como deslizamentos de terra.

Em breve, o Guardian pode não ser o único sistema desse tipo. “Na Europa, estamos desenvolvendo nosso próprio sistema”, diz Elvira Astafyeva, pesquisadora sênior em geofísica e ciências espaciais no Paris Institute of Earth Physics. Ela e colegas esperam testar o sistema europeu nos próximos anos, que poderá monitorar grandes áreas, inclusive o Oceano Índico, onde a França, por exemplo, possui territórios.

Hickey afirma que também é possível detectar tsunamis por meio da luminescência atmosférica, uma tênue emissão de luz na atmosfera que também é afetada por grandes perturbações no ar.

O próprio sistema Guardian ainda está longe de estar concluído. Anderson explica que aprimoramentos futuros permitirão prever o comportamento das ondas no oceano. “Isso permitiria não apenas uma detecção automatizada, mas também uma previsão automatizada do que o tsunami fará a seguir”, diz.

A cada cerca de 10 minutos, enquanto o tsunami se forma, o sistema poderia gerar automaticamente previsões sobre o tamanho final das ondas, onde elas atingirão a costa e quando.

Ainda existem algumas limitações. Diego Melgar, especialista em terremotos, tsunamis e sistemas de alerta precoce na Universidade de Oregon (EUA), afirma que a ionosfera “leva de minutos a dezenas de minutos para reagir” a um tsunami. Para comunidades próximas ao epicentro, esse tempo ainda é muito longo. “Então, para alertas locais, esse atraso torna os sinais ionosféricos tarde demais para ajudar.”

Mas as ondas de tsunamis grandes, no entanto, podem percorrer bacias oceânicas inteiras. Após o tsunami de 26 de dezembro de 2004, que devastou a costa ao redor do Oceano Índico e deixou cerca de 228 mil mortos, as ondas levaram até duas horas para chegar ao Sri Lanka, a partir do epicentro do terremoto na costa da Indonésia. Foram necessárias sete horas até que atingissem a costa leste da Somália.

Sistemas como o Guardian poderiam fornecer alertas precoces cruciais a essas comunidades mais distantes em caso de ondas semelhantes.

“Se algo vai se propagar por uma distância considerável, então sim, isso vai salvar vidas”, afirma Hickey.