Efeitos sísmicos podem ajudar na irrigação do solo

Essencial para a agricultura, a taxa de umidade do solo pode ser verificada em larga escala através da integração entre fibra óptica e sensores sísmicos. É o que mostra um estudo do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), dos Estados Unidos, publicado na Nature Communications. A influência da umidade na recepção das ondas sísmicas foi o princípio utilizado para realizar medições no semiárido norte-americano ao longo de três anos — de 2019 a 2022.

A pesquisa, realizada pelos laboratórios do hidrólogo Xiaojing Fu e do sismólogo Zhongwen Zhan, concentra-se na umidade da chamada zona vadosa. Esta é a camada de água subterrânea mais próxima da superfície, através da qual a água se infiltra para atingir o lençol freático. Não é uma zona encharcada de água (não saturada), mas deve ter um certo nível de humidade para que o ciclo natural da água e as actividades agrícolas sejam viáveis.

Em um clima semiárido, como o avaliado na pesquisa, a baixa umidade é, até certo ponto, um fator natural. Portanto, é necessário avaliar as necessidades de irrigação no local: a água deve ser retirada de rios, lagos ou reservatórios subterrâneos sem comprometer o volume disponível na fonte. “O nível da água do reservatório não pode diminuir com o tempo, pois isso inevitavelmente levará ao esgotamento”, diz Quirijin de Jong Van Lier, pesquisador do Laboratório de Física de Solos da Universidade de São Paulo (USP)

Os resultados demonstram os efeitos da seca histórica da Califórnia quando se concentra em Ridgecrest. Dados coletados em uma fração de 8 km da rede indicam uma perda média de 0,25 metros de água por ano na zona vadosa da região avaliada, taxa confirmada por medições feitas com outros métodos. Os autores atribuem a perda à evapotranspiração não compensada pela precipitação anual em torno de 0,05 metros.

Os autores destacam a necessidade de aprimoramento do modelo hidrológico utilizado para corrigir eventuais discrepâncias entre os dados obtidos e o modelo. Depois de provar que funciona em Ridgecrest, expandir as áreas de teste está nos planos da Caltech. “Muitas outras regiões interessantes com o mesmo clima podem ter processos hidrológicos diferentes, como o centro da Califórnia”, diz Fu, num comunicado de imprensa.

A reutilização de cabos de fibra óptica para capturar a propagação de ondas é chamada de Distributed Acoustic Sensing (DAS), método já utilizado para detectar vazamentos em grandes sistemas de tubulações e falhas em cabos elétricos. A diferença no estudo do Caltech é que ele associa a atividade das ondas sísmicas ao teor de água do solo.

A medição considera a atividade de tráfego sísmico causada pelo homem, que não deve ser confundida com terremotos, que são terremotos naturais. Assim, ele é projetado para três comprimentos de onda de alta frequência (maiores que 2 Hz) associados às atividades humanas: as chamadas ondas Rayleight. Consequentemente, seu uso pode ser generalizado para qualquer região com atividade humana perceptível por sensores, em teoria.

Van Lier explica que qualquer impacto na superfície se propaga em profundidade: instrumentos de precisão são capazes de medir o deslocamento sísmico mesmo que o impacto inicial seja pequeno. No caso do experimento Caltech, é o feixe de luz guiado pela rede de fibra óptica que o torna um sensor eficaz para profundidades de até 150 metros. Caso haja deformação do cabo, as propriedades do feixe (intensidade, frequência) são alteradas, o que é detectado durante o monitoramento da rede.

“A propagação das deformações depende das propriedades mecânicas do solo, que por sua vez dependem da umidade. Assim, conseguiram correlacionar a propagação das deformações com a umidade do solo”, destaca Van Lier. A partir da diferença de velocidade com que a luz atinge os 60 canais de captação da rede, são determinadas diferenças na presença de água, inclusive observando a imagem que se forma da distribuição dessas propriedades físicas na área.

Expandir

A umidade na zona vadosa é um fator importante para a pesquisa e gestão da irrigação agrícola. Atualmente, os sensores de umidade são utilizados em escala específica, até um hectare. Segundo especialistas, sua precisão é grande, mas não são capazes de representar pequenas áreas de forma abrangente sem aplicar várias delas.

Em maior escala — em extensão — podem ser utilizadas técnicas baseadas na penetração ou interação de determinadas radiações. Este é o caso do radar de penetração no solo (GPR), ou sensor de raios cósmicos. “Este último é utilizado apenas em pesquisas. Porém, são métodos que não distinguem bem as profundidades, por isso dão um resultado geral para o perfil do solo, representando principalmente os primeiros 10 a 20 cm”, explica Van Lier.

A grande vantagem do DAS é sua continuidade em grande extensão, gerando informações detalhadas para toda a área investigada, como destaca Marcelo Peres Rocha, pesquisador do Instituto de Geociências da Universidade de Brasília (UnB). “No entanto, o nível de detalhe também depende da distância da área de interesse à fibra, ou seja, quanto mais longe, menor é o nível de detalhe”, destaca. Rocha destaca ainda a vantagem de custo de aproveitar uma rede de fibra já instalada. “O monitoramento ajuda a aprimorar os modelos de previsão, que permitem entender as alterações no balanço hídrico em caso de mudanças no cenário climático ou no uso do solo. Um componente ecologicamente muito importante é a drenagem profunda: água que percorre camadas mais profundas e compõe a recarga do aquífero”, diz Van Lier sobre a avaliação contínua do solo. (KS)

*Estagiário sob supervisão de Renata Giraldi