Grupo de estudo sobre impacto da sísmica na biota

Grupo de estudo sobre impacto da sísmica na biota.
Trabalho traduzido e comentado por Sérgio Augusto Coelho de Souza
Msc, Biólogo
Consultor ambiental da Okeanos
A brief overview of seismic air-gun arrays
Jack Caldwell, Tomoseis, Houston, Texas, U.S.
William Dragoset, Western Geophysical (a division of Baker Hughes), Houston,
Texas, U.S.
O artigo em questão, resumiu informações básicas sobre as estruturas (cabos)
sísmicas com o uso de “bombas-de-ar”, particularmente para a aplicação em
discussões sobre o seu ruído associado nos oceanos e na vida marinha. Os pontos
gerais mais importantes incluídos foram:
1) O padrão de radiação da energia gerada pelos cabos sísmicos (bombas de ar)
está concentrado para baixo (e para cima). Assim, a amplitude da energia
emitida verticalmente para baixo tende a ser, no mínimo, 15-24 dB maior do
que os níveis emitidos horizontalmente (afinal o som se propaga em ondas).
A pressão do barulho decresce rapidamente de acordo com o aumento da
distância da fonte. Os níveis em dB obtêm valores máximos 1m abaixo de cada
bomba de ar e, a partir daí, seus valores costumam ser de 6 a 10 dB menores.
Esta focalização da energia é porque a inspeção sísmica tenta obter a imagem
da parte mais profunda da terra ao invés da fatia correspondente à interface
solo-coluna d’água, necessitando de uma grande liberação de energia inicial.
2) Os valores calculados (dB) do nível de energia que retorna aos hidrofones na
produção sísmica dos cabos não possuem valor em discussões sobre seu
efeito em animais marinhos já que tais estruturas não são fontes pontuais, e
não podem ser tratadas como tais, quando, na verdade, a emissão é a
produção de amplitude máxima.
Em distâncias de, no máximo, 250m (conhecida como a maior distância entre as
bombas) bombas individuais nos cabos vão ser olhadas como apenas uma fonte,
pois os picos de pressão individual estarão coalescentes com algum pulso amplo
relativo. O cabo então poderá ser considerado como uma “fonte pontual”. Em
distâncias menores do que esses 250m (aproximadamente 75 m é o mais
comum), particularmente com cabos de 2 ou 3 dimensões, o pico de pressão
individual das bombas não chegam simultaneamente devido o ponto de
observação não ser eqüidistante para cada bomba. O efeito é uma interferência
destrutiva na produção de cada bomba, assim, o pico de pressão nessa região
será significantemente menor do que a produção individual da maior bomba de
ar. Sendo o cabo uma fonte pontual, as medidas podem ser feitas algumas
centenas de metros mais distantes e calcular na energia de volta (da terra) o
nível de pressão sonora no local exato desta fonte pontual.
Devido ao fato do cabo não ser uma fonte pontual, o valor da energia que
retorna da terra é bastante incerto em termos de pressão sonora.Atualmente,
tais valores são encontrados em, mais ou menos, 75 metros do centro do cabo.
3) Modelagens mais sofisticadas estão sendo empregadas pela indústria sísmica
para aperfeiçoar e pontuar a produção dos cabos atuais.
A indústria sísmica pode calcular com segurança a atual amplitude que uma
fonte irá gerar em algum ponto além de 1 metro de distância da bomba de ar.
Porém, o método de calcular não é através do simples valor de retorno da
energia que assume uma fonte pontual, e sim,a aproximação através de um
complexo matemático que não assume uma fonte pontual. Esta capacidade está
sendo refinada para o ponto em que é essencialmente sem diferença dos valores
calculados e os medidos atualmente. Os valores medidos atualmente mostram
que a pressão máxima real do zero ao pico verificado em qualquer lugar mesmo
fora do campo de trabalho é menor do que 13 bars.
4) Apesar das incontáveis geometrias de cabo desenvolvidas pela indústria de
sísmica (principalmente cilíndrico x esférico), o nível total de produção
verticalmente para baixo tende a ser entre 240 e 260 dB. Esta produção total
representa o somatório das amplitudes extremas, ou seja, de pico a pico
devido ao caráter de emissão tanto para baixo quanto para cima (toda ação
leva a uma reação). As amplitudes emitidas horizontalmente tendem a ser
entre 220 e 230 dB.
Os autores fizeram algumas observações comparando dois cabos de 30 e 465
polegadas:
a) a produção dos cabos é muito similar;
b) bombas de ar distintas com o mesmo tamanho obtiveram produção
semelhante, e;
c) a produção máxima medida atualmente em qualquer lugar é menos do
que 11 bars (do zero ao pico).
Foi mostrado, também, um declínio na amplitude na difusão cilíndrica na pressão
do pulso de energia; este decréscimo é proporcional a : 1 mais a raiz quadrada da
distância da fonte.
O declínio para a difusão esférica é proporcional a: 1 mais distância da fonte (não
esquecer que o local de captação está há 1 metro da verdadeira fonte, por isso o
somatório de 1).
Assim, foi indicado que a maioria dos traços sísmicos irá decair em algum lugar
entre a difusão esférica e a difusão cilíndrica. Isto é verdade para a energia que
propaga na parte sólida do substrato, ou seja, abaixo da coluna d’água. Além disso,
são mostrados alguns pontos de referência:
a) o nível de ruído sonoro dos cabos a 1 m da fonte é 260 dB;
b) o nível máximo de produção atual do cabo é entre 240 e 246 dB
(correspondente a 10-20 bar; do pico ao pico);
c) o atual nível de alerta indicado por especialistas em mamíferos é 180
dB, e;
d) o nível do estalido que marca o início do tiro da bomba de ar é 160 dB.
5) O tempo de pulsação da energia para a excursão positiva próxima da fonte é
entre 5 e 10 ms e; normalmente nas operações, os cabos (bombas de ar)
atiram a cada 10 ou 15 segundos.
A maioria da energia emitida ocorre entre 10 e 20 ms (da fonte de tiro), e o cabo é
então carregado, e o tiro seguinte ocorre normalmente entre 10 e 15 segundos
depois. Foi notado que um valor de amplitude pode ser calculado para uma banda
de freqüência específica e que uma freqüência de 125 Hz causa um menor ruído
associado (jamais mais do que 3 dB).
Nos registros atuais de dados sísmicos, a pressão sonora da energia inicial de cada
tiro para alcançar os sensores nos cabos serão normalmente entre 40 e 60 milibars.
Isto acontece devida a longa distância relativa (tipicamente a algumas centenas de
metros) percorrida pela energia até chegar aos sensores. Em boas condições, o
ruído ambiental (em ruídos verificados nos cabos como vibrações, ondas e ventos)
será algo entre 2 e 3 microbars.
6) A profundidade na qual os cabos são rebocados afetam fortemente o espectro
da produção, havendo variação de acordo com a profundidade do reboque;
geralmente a profundidade dos cabos é por volta dos 6 m, fato observado nos
navios operantes da CGG.
A indústria sísmica normalmente arrasta seus cabos de 5 a 10 metros abaixo da
superfície do mar para assegurar que os tiros das bombas serão abaixo da
superfície d’água, o que pode levar a uma certa dissonância algumas vezes.
Estando as bombas atuando dentro e fora d’água quando atiram, a energia
transmitida para dentro da terra será variável e é particularmente inadequado
atirar acima da superfície d’água. Outro motivo dos cabos serem rebocados em
uma profundidade particular é devido à posição do que é chamado “entalhe
fantasma”, sendo injetado dentro da terra fora da banda de freqüência. A “fonte
fantasma” é o pulso de energia que vai acima da bomba. Isto é quase
perfeitamente refletido pela superfície d’água com uma polaridade inversa
(“aparecendo” a fonte do pulso). Tal aparição irá interagir com o pulso de energia
para baixo em uma freqüência particular que depende da profundidade da fonte em
relação à superfície da água. Normalmente, a terra recebe e retorna energia entre
as bandas 3 e 100 Hz de freqüência. Freqüências exatas dependem das
características do equipamento e sua localização. Porém, freqüentemente, se o
“entalhe fantasma” está acima de 100 ou 125 Hz todo mundo fica feliz. O artigo
mostrou que os cabos em 6 m de profundidade criam um entalhe de 125 Hz.
Comentários finais:
O artigo apresentou algumas características interessantes sobre a indústria
sísmica e que foram aqui resumidas. O conceito chave é que um cabo não é uma
fonte pontual, mas a medida de uma pequena área. O projeto do cabo é baseado
no desafio de ter uma fonte que emita um pacote de energia bastante simétrica em
muito pouco tempo, e com uma freqüência que penetre bem na terra. Assim, o
artigo provou que os estudos estão se aprofundando nessa área e que de acordo
com as características dos cabos sísmicos e da área de atuação, a avaliação do
impacto previsto no ambiente poderá ser inferida.
Sugestão da próxima leitura:
Frantzis, A. 1998. Does acoustic testing strand whales? Nature, 392(5): 29.