Os EUA estão "encolhendo", enquanto os cartógrafos correm para acompanhar.

Escrito por Alanna Mitchell, dia 22 de maio de 2020

(New York Times – online)

Altura é altura, certo? Olhe para um arranha-céu de Manhattan, ou para o Monumento de Washington, ou para um pico de montanha na Califórnia, e você imagina que amanhã terá a mesma altura de hoje.

Mas nos Estados Unidos, as alturas das estruturas, pontos de referência, vales, colinas e quase tudo estão prestes a mudar, pelo menos no que diz respeito ao nível médio do mar. A maioria ficará menor. Partes do noroeste do Pacífico encolherão cerca de um metro e meio e partes do Alasca um metro e oitenta centímetros, de acordo com Juliana P. Blackwell, diretora do National Geodetic Survey. Seattle será um metro e vinte e nove centímetros mais baixo do que é agora.

Isso porque a altura é apenas a altura em comparação com um ponto de referência - e os geodesistas, que calculam a forma, o tamanho, o campo gravitacional e a orientação da Terra no espaço ao longo do tempo, estão redefinindo o ponto de referência ou Datum vertical, do qual a altura é derivada. É uma tarefa difícil de matemática e física que, quando concluída, terá levado uma década e meia para ter sido realizada.

"Na escala em que os EUA estão trabalhando nisso, isso será muito importante", disse Chris Rizos, presidente eleito da União Internacional de Geodésia e Geofísica e professor emérito de geodésia na Universidade de New South Wales, em Sydney, Austrália.


A stereograph of the Washington Monument in 1901. The monument’s height, for now, is 555 feet.
Figura 1: Um estereógrafo do monumento de Washington em 1901. A altura dos monumentos, por enquanto, é de 169 metros. Créditos ... Biblioteca do Congresso.

A grande recalibração, chamada “modernização da altura”, faz parte de um esforço mais amplo da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA) para estabelecer com mais precisão onde e como os Estados Unidos estão fisicamente no planeta. Espera-se que este novo Sistema Nacional de Referência Espacial, incluindo altura, latitude, longitude e tempo, seja lançado no final de 2022 ou 2023, disse Blackwell. Ele substituirá os sistemas de referência da década de 1980 que estão um pouco torcidos, tendo sido derivados de cálculos feitos antes do advento de supercomputadores ou sistemas globais de navegação por satélite, como GPS.

Os erros de altura são ampliados à medida que se move diagonalmente pelo país, do sudeste ao noroeste. Uma das poucas áreas dos Estados Unidos que se espera manter a mesma altura ou subir muito pouco será a parte baixa da Flórida.

"Existe realmente evidências que mostram que todos os erros acumulados em nossa rede vertical são empurrados para o noroeste", disse Blackwell.


Modernização da altimetria

Uma recalibração do sistema para medir a altitude encolherá oficialmente grande parte dos Estados Unidos, especialmente o noroeste do Pacífico.

Figura 2: Por Jonathan Corum | Fontes: Administração Nacional Oceânica e Atmosférica; Pesquisa Geodésica Nacional.


Mas a altura há muito está ligada ao ego. Alguns coloradenses temem que se houver a mudança para o novo sistema de altura alguns de seus picos de montanhas caiam abaixo do limiar para continuar se gabando de quão alto são, disse Blackwell. "Eles estão muito orgulhosos de quão alto essas montanhas são, e eu sei que será um pouco chato se começarem a ser um pouco mais ‘baixos’ do que se pensava anteriormente", disse ela. Ela acrescentou que ainda não tem certeza de quais serão as novas medidas dos picos do Colorado.

E perto de Beaumont, no Texas, os cidadãos estão enfrentando as notícias indesejadas de que certas áreas diminuíram tanto desde dos últimos cálculos de altura, que essas regiões agora ficam na planície de inundação. Como resultado, alguns proprietários de terras podem agora precisar se segurar contra perdas de inundações, disse Daniel R. Roman, geodesista chefe da NOAA. "Eles não queriam saber se as alturas haviam mudado", disse ele, "porque quando eles fazem o mapeamento de várzeas, eles pensam: 'Bem, eu estou nessa altura - ela não mudou.'"


Uma breve história sobre altitude

Os Estados Unidos medem sua própria altitude desde 1807, quando Thomas Jefferson, então presidente, estabeleceu o Survey of the Coast, precursor do National Geodetic Survey, para mapear as águas e costas da costa leste. A pesquisa foi a primeira agência científica civil do país e tinha o objetivo de tornar o transporte mais seguro.

À medida que o país se expandia para o oeste ao longo do século XIX, o mesmo aconteceu com a medição, usando a costa ou o nível do mar, como ponto de referência para a elevação zero. Os topógrafos fixaram pontos de referência de metal na terra enquanto viajavam, descrevendo a altitude de cada ponto acima do nível do mar, geralmente quilômetro por quilômetro. Qualquer pessoa que quisesse medir a altura de um edifício ou colina a media em relação à referência e, indiretamente, ao nível do mar.

O nivelamento geodésico, como era chamado o processo, era meticuloso e caro. A lógica era garantir que as alturas fossem medidas da mesma maneira em todo o país ao longo do tempo, em vez de cada município ou estado ter seu próprio sistema. Por exemplo, se engenheiros de dois estados estavam construindo uma ponte através das fronteiras estaduais, eles precisavam saber que ela se encontraria no meio.

Ferdinand Hassler, author of “Triangles of the Survey of the Coast,” introduced new surveying methods to North America in the early 19th century.
Figura 3: Ferdinand Hassler, autor de “Triângulos da Pesquisa da Costa”, introduziu novos métodos de pesquisa na América do Norte no início do século XIX.Crédito ... NOAA Biblioteca de fotos.

From a U.S. Coast Survey report of 1872, an illustration of a dip circle, an instrument used to measure the angle between the horizon and Earth’s magnetic field.
Figura 4: De um relatório da US Coast Survey de 1872, uma ilustração de um Dip Circle, um instrumento usado para medir o ângulo entre o horizonte e o campo magnético da Terra. Crédito ... NOAA Biblioteca de fotos. 

E em 1900, a geodésia tornou-se ainda mais sofisticada. Em vez de usar o litoral como substituto do nível do mar, os geodesistas desenvolveram um modelo matemático que representa o nível do mar com base nas leituras das marés. Eles ajustaram a referência de altura cinco vezes desde então, em 1903, 1907, 1912, 1929 e 1988. O modelo de 1988 continua sendo o padrão nos Estados Unidos e no México.

Mas a versão de 1988 tinha poucas informações precisas para a Califórnia e partes do Texas e da Carolina do Norte, disse David B. Zilkoski, geodesista que é ex-diretor do National Geodetic Survey. Isso ocorre porque a crosta se moveu para cima ou para baixo consideravelmente, como resultado da atividade das placas tectônicas e da remoção de óleo, gás e água de baixo do solo.

Zilkoski decidiu que a solução seria usar as tecnologias globais do sistema de navegação por satélite, como GPS, que estavam começando a proliferar. O GPS é excelente para identificar onde você está em um sistema bidimensional plano - por exemplo, na esquina da Bank Street e da Garden Avenue. Mas também é capaz de dizer onde você está em um mundo tridimensional: Bank Street e Garden Avenue a 12 metros acima do nível do mar. Em meados da década de 90, disse Zilkoski, o objetivo de usar o GPS para modernizar a altura havia dado certo.

Tinha a vantagem de ser barato e fácil. Os satélites e, portanto, os sistemas de posicionamento global, medem a altura em relação a uma aproximação matemática suavizada da forma da Terra chamada elipsóide. (Imagine uma bola de basquete esmagada na parte superior e inferior.)

Mas houve um grande problema. "O GPS não leva em conta a gravidade", disse James L. Davis, geofísico do Observatório da Terra Lamont-Doherty da Universidade de Columbia, em Nova York.


Os efeitos da gravidade

A gravidade é importante para um geodesista. Altura é a distância medida ao longo da direção em que a gravidade aponta, e a força e a direção da tração da gravidade, variam de acordo com a densidade do que está abaixo do terreno e próximo a ele. Em outras palavras, a altura não é meramente a distância ou elevação acima do solo; está ligado à gravidade. A gravidade, por sua vez, está relacionada à distribuição de massa. Os geodesistas, portanto, usam o termo "altura" em vez de "elevação".

"Sempre que eu dou uma palestra pública sobre a gravidade, metade da conversa tento fazê-los pensar sobre isso de maneira diferente", disse Davis.
Pikes Peak, seen through the Gateway to the Garden of the Gods, elevation currently 14,115 feet, in Colorado in 1903.
Figura 5: Pikes Peak, visto através da porta de entrada para o Jardim dos Deuses, atualmente a altitude é de 4.302,25 metros, no Colorado, em 1903. Crédito ... Biblioteca do Congresso.

Como resultado, uma altura medida apenas pelo GPS pode ser muito imprecisa. Um engenheiro que instalou um tubo apenas usando GPS, sem medir variações locais no efeito da gravidade, pode não fazer a água fluir para onde deveria ir.

Mas fazer medições altamente detalhadas do campo gravitacional, a fim de utilizá-las para aumentar a precisão das alturas capturadas pelo GPS, não é uma tarefa fácil. Em 2007, o National Geodetic Survey lançou uma missão ambiciosa - GRAV-D, Gravidade para a Redefinição do Datum Vertical Americano - para realizar exatamente isso.

Os geodesistas usarão essas leituras de gravidade para criar um modelo que melhor represente o nível médio do mar em qualquer lugar do mundo, mesmo em terra. Como a força da gravidade varia em todos os lugares, esse modelo, chamado geóide, se assemelha a uma batata irregular. Todas as alturas serão medidas posteriormente, levando-as em consideração.

Quando o novo sistema de altura estiver em vigor, as pessoas encontrarão usos inesperados para ele, disse Blackwell, da National Geodetic Survey. Ela invocou "The Jetsons", a comédia futurista de televisão animada da década de 1960 que apresentava personagens de desenhos animados percorrendo suas cidades em minúsculas naves espaciais. A tecnologia subjacente - a capacidade de calcular alturas e outras coordenadas posicionais com rapidez e precisão - era inimaginável na época. Hoje, com a proliferação de drones, carros autônomos e sistemas aéreos operados remotamente, a capacidade de navegar com precisão em três dimensões está se tornando primordial. "Acho que será adotada muito rapidamente", disse ela.


Nossa forma mutável

A U.S. Coast Survey sketch from 1873. The errors of U.S. heights are magnified as one moves diagonally across the country from the southeast to the northwest.
Figura 6: Um esboço da US Coast Survey de 1873. Os erros das alturas dos EUA são ampliados à medida que se move diagonalmente pelo país, do sudeste ao noroeste. Crédito ... NOAA Biblioteca de fotos.

Mesmo com os geodesistas melhoram o cálculo da forma da Terra, os humanos continuarão afetando esse formato. Enquanto aquecemos o planeta, estamos derretendo geleiras e camadas de gelo. Sua massa muda da terra para o oceano, elevando o nível do mar e, eventualmente, alterando a altura, que usa o nível do mar como referência para a elevação zero. A mudança de massa também tem um impacto na configuração do planeta.

"Essa massa na superfície da Terra empurra a Terra e realmente muda de forma", disse o Dr. Davis, da Universidade de Columbia.

Com efeito, através da mudança climática, nossa espécie está alterando a gravidade em todo o planeta. "Estamos fazendo isso fazendo alterações químicas na atmosfera que fazem com que a massa seja movimentada", disse Davis. “E a quantidade de massa agora é tremenda. É perceptível na forma do geóide. Também é perceptível na rotação da Terra. "

Dr. Davis e outros cientistas estão se esforçando para descobrir com mais precisão como calcular o impacto humano nos próximos anos.

"Algumas centenas de anos atrás, era tudo sobre o que é a forma da Terra", disse ele. "E agora é: podemos medir a forma mutável da Terra, a quantidade de massa nas geleiras e de onde ela veio, bem o suficiente para dizer o que acontecerá neste local nos próximos anos? Estamos em uma corrida. "


The Flatiron Building, presently 285 feet tall, in Manhattan in 1904.
Figura 7: O edifício Flatiron, atualmente com 86,86 metros de altura, em Manhattan, em 1904. Crédito ... Biblioteca do Congresso.

O artigo original encontra-se no link: https://www.nytimes.com/2020/05/22/science/maps-elevation-geodetic-survey.html

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