Análise do uso da tecnologia GNSS para a detecção de terremotos na América do Sul : integração de diferentes abordagens

Abstract

Resumo: Com o crescimento da população no planeta, principalmente sua habitação em locais com intensa atividade sísmica, observa-se a necessidade ainda maior do monitoramento e entendimento do comportamento da geodinâmica, especialmente para estas regiões. A crosta litosférica é dividida em cerca de 12 placas, que deslizam, convergem ou divergem uma em relação a outra. A zona de interação destas placas é onde ocorrem os terremotos, que são movimentos das placas causados pela liberação repentina de energia elástica, acumulada nas rochas ao longo de anos. Todos os dias cerca de 50 tremores de terra são sentidos no planeta, alguns eventos destes, especificamente os mais intensos, quando ocorrem resultam em casualidades civis e enormes danos às estruturas naturais e artificiais. Atualmente, com a evolução das tecnologias desenvolvidas para fins de posicionamento, em particular a relação da geodésia espacial com a geodinâmica, muitas aplicações destas pesquisas foram sendo desenvolvidas no meio científico e se mostraram muito promissoras. Neste cenário, o GNSS (Global Navigation Sattelite Systems) se destaca como uma "ferramenta" poderosa para o monitoramento em tempo real dos movimentos crustais e eventos sísmicos, devido a precisão e acurácia da tecnologia e ao baixo custo em relação a outros sistemas de detecção. Além disso, o GNSS é um instrumento interessante para analisar o efeito consequente destes deslocamentos na alta atmosfera. Os estudos com o GNSS em tempo real demonstram como o posicionamento por satélites pode ser usado para detecção do deslocamento de grandes massas, como as placas litosféricas. Muitas melhorias incrementais vêm sendo realizadas desde então e várias técnicas foram propostas para o uso do GNSS para estimar rapidamente as propriedades dos fenômenos sísmicos. Desta forma o seguinte trabalho teve como objetivo averiguar a possibilidade do uso da tecnologia GNSS e sua aplicabilidade na predição e detecção de terremotos. Utilizou-se o Posicionamento por Ponto Preciso (PPP) para estimar as coordenadas tridimensionais de estações GNSS ativas com a intenção de quantificar os deslocamentos posicionais gerados em locais de ocorrência de terremotos na Placa Sul Americana, especificamente em eventos que ocorreram no Chile entre 2010-2014. Além disso, entende-se que as ondas sísmicas também afetam as partículas da atmosfera chegando até camadas da alta atmosfera. Nesse sentido, observou-se os distúrbios no TEC (Total Electron Content) e também no ZTD (Zenith Tropospheric Delay) que foram gerados a partir das observáveis GNSS, utilizando determinados softwares. Tais estudos foram conduzidos para eventos sísmicos de alta intensidade, i.e., Mw > 7.5 e de profundidade epicentral relativamente rasa (< 40 km). Os detalhes e a natureza dos terremotos ainda são desafiadores por meio de observações das técnicas tradicionais, sendo assim, as discussões geradas a partir deste trabalho validaram à aplicação do PPP e também trouxeram algumas perspectivas importante para estudos futuros nesta área. Este é um viés necessário para que medidas sejam tomadas no aprimoramento de mecanismos responsáveis pelo monitoramento e prevenção de áreas propensas à ocorrência de abalos sísmicos.

Abstract: With the growth of population throughout the planet, especially their habitation in places with intense seismic activity, there is an even greater need for monitoring and understanding the behavior of geodynamics, especially for these regions. The lithospheric crust is divided into about 12 plates, which slide, converge or diverge in relation to each other. The interaction zone of these plates is where the earthquakes occur, caused by the sudden release of elastic energy accumulated over years. Every day about 50 earthquakes are felt on the planet, some of these events, specifically the most intense ones, when they occur, result in civil casualties and enormous damage to natural and artificial structures. Currently, with the evolution of technologies developed for positioning purposes, in particular the relationship between space geodesy and geodynamics, many applications of these researches have been developed in the scientific environment and have shown great promise. In this scenario, GNSS (Global Navigation Satellite System) stands out as a powerful "tool" for real-time monitoring of crustal movements and seismic events, due to the accuracy and precision of the technology. In addition, GNSS is an interesting instrument to analyze the consequent effect of these displacements in the upper atmosphere. Studies with GNSS in real time demonstrate how satellite positioning can be used to detect the displacement of large masses, such as lithospheric plates. Many incremental improvements have been made since then and several techniques have been proposed for using GNSS to rapidly estimate the properties of seismic phenomena. In this way the following work aimed to investigate the possibility of using GNSS technology and its applicability in earthquake prediction and detection. Precise Point Positioning (PPP) was used to estimate the three-dimensional coordinates of active GNSS stations with the intention of quantifying the positional displacements generated in earthquake occurrence sites in the South American Plate, specifically in events that occurred in Chile between 2010-2014. In addition, it is understood that seismic waves also affect particles in the atmosphere reaching up to layers of the high atmosphere. In this sense, we observed the disturbances in TEC (Total Electron Content) and also in ZTD (Zenith Tropospheric Delay) that were generated from GNSS observables, using certain software. Such studies were conducted for seismic events of high intensity, i.e., Mw > 7.5 and of relatively shallow epicentral depth (< 40 km). The details and nature of earthquakes are still challenging to ascertain through observations of traditional techniques, so the discussions generated from this work validate the application of PPP and also bring some important insights for future studies in this area. This is a necessary bias for measures to be taken to improve the mechanisms responsible for monitoring and preventing areas prone to the occurrence of earthquakes.