Na edição do mês passado da TERRA, explorámos o que se sabe sobre a actividade solar, o sol e a sua interacção com a Terra. Este mês, examinamos os possíveis efeitos da actividade solar e a vulnerabilidade das redes e satélites de energia, bem como o que está a ser feito para reduzir essa vulnerabilidade.
Se uma enorme tempestade solar atingir a Terra, os impactos poderão rivalizar ou exceder os piores desastres naturais que os humanos alguma vez enfrentaram.
“Vamos posar para o momento em que perdemos energia numa grande região dos Estados Unidos durante alguns meses ou anos. Imediatamente, a maioria do comércio fecha-se. Algumas lojas podem estar abertas e usar dinheiro, mas como regra geral o comércio pára imediatamente”, diz Richard Andres, director do programa de Política de Segurança Energética e Ambiental da Universidade Nacional de Defesa em Washington, D.C.
alguns estados têm legislação que obriga as bombas de gasolina a manter geradores de reserva, mas a maioria das bombas de gasolina dos EUA parariam assim que a energia fosse perdida. Da mesma forma, as condutas de combustível parariam, na sua maioria, de funcionar. As caixas automáticas parariam. Algumas horas mais tarde, tanto as linhas telefónicas terrestres como os telemóveis falhariam. “A maioria das cidades bombeiam agora água em vez de usar o fluxo por gravidade, por isso, em poucas horas ou mais, a água pararia de bombear”. O tratamento de águas residuais também pararia, e os esgotos poderiam transbordar para a água potável. Este é apenas o início do pior cenário que Andrés e outros prevêem, e estão a tentar evitar.
Sobre três dias de apagão, as despensas domésticas começariam a desbastar, tal como a paciência da população. As pessoas tentariam abandonar as áreas afectadas, mas não seriam capazes de abastecer os seus carros. As pessoas com problemas de saúde em breve perderiam o acesso aos medicamentos. “As instalações de emergência têm sobretudo geradores, por isso os hospitais têm energia durante alguns dias”, diz Andres, mas acabariam também por perder electricidade, quando os seus limitados abastecimentos de combustível se esgotassem.
“Cerca de cinco dias após a situação, a polícia, bombeiros e outras equipas de emergência começam a deixar os seus empregos para ir para casa e proteger as suas famílias – foi o que nos disseram a guarda nacional e as autoridades policiais – e as pessoas tentam encontrar comida e água onde quer que possam alimentar as suas famílias, por isso pensamos que haveria uma quebra da ordem social”, diz Andres. Os trabalhadores que operam a rede eléctrica também poderiam afastar-se dos seus empregos, tornando a restauração ainda mais difícil.
E depois há a preocupação nuclear. “Centenas de Fukushimas”, diz John Kappenman, um engenheiro eléctrico que passou décadas a estudar a vulnerabilidade da rede de energia eléctrica dos EUA à actividade geomagnética. Os reactores nucleares seriam desligados, e eventualmente derreteriam porque até os seus sistemas de água de arrefecimento precisam de electricidade para continuar a operar as grandes bombas necessárias para arrefecer as cubas dos reactores e as piscinas de combustível usado. “Quem me dera poder pintar um quadro mais rosado, mas estas são o tipo de consequências de catástrofe sobre as quais precisamos de ser honestos e tentar fazer o que podemos para evitar”, diz Kappenman.
Atrás da história, a humanidade tem aumentado constantemente a sua dependência da tecnologia. Embora a tecnologia tenha melhorado consideravelmente a qualidade de vida de milhares de milhões de pessoas, também abriu a humanidade a novos riscos e vulnerabilidades.
Terrorismo e catástrofes naturais podem estar na vanguarda das mentes dos decisores políticos e da população dos EUA, mas uma ameaça significativa espreita sobre as nossas cabeças: o sol. Uma enorme tempestade solar, do tamanho da última vez vista há um século e meio atrás, poderia facilmente deixar centenas de milhões de pessoas na escuridão durante dias, semanas ou mesmo meses.
O sol segue um ciclo de actividade de cerca de 11 anos, medido pelo número de manchas solares na sua superfície. O máximo solar – quando a actividade solar atinge o seu pico, com um aumento correspondente das erupções solares e de biliões de toneladas de plasma solar gerador de campos magnéticos conhecidos como ejectos de massa coronal (CMEs) lançados da superfície do sol – está previsto que ocorra mais tarde este ano. Um aumento do clima espacial coincide tipicamente com o máximo solar, trazendo alterações para a magnetosfera, ionosfera e termosfera da Terra devido à actividade solar.
Superstormenta de Vulnerabilidade
Quando a Superstormenta Sandy arou em Nova Jersey e Nova Iorque em Outubro passado, encravou um pé-de-cabra na delicada maquinaria de alta velocidade de uma das regiões urbanas mais densamente povoadas do país. Durante a tempestade, os túneis do metro foram inundados, incêndios massivos queimaram dezenas de casas, e o vento, as ondas e uma vaga de tempestades que ajudaram a arrasar as propriedades e a erodir as costas. Milhões de pessoas em vários estados ficaram sem energia ou serviço de telemóvel durante dias.
Sandy é um lembrete de como os cortes maciços de energia limitam o acesso aos recursos normalmente tomados como garantidos. As estações de serviço, por exemplo, podem ter bastante combustível, mas não podem ser bombeadas sem electricidade. Na esteira de Sandy, os motoristas em Nova Iorque e Nova Jersey passaram horas em filas para abastecer as poucas estações de área com electricidade. A paciência escasseava, os temperamentos fervilhavam e a polícia era chamada para manter a ordem. Entretanto, as lojas sem electricidade foram fechadas, alguns hospitais sem electricidade tiveram de mover os pacientes, e as torres de telemóveis ficaram inactivas sem electricidade. Uma semana mais tarde, a energia foi restaurada na sua maioria, e para aqueles que não tinham sofrido danos nas suas casas ou familiares perdidos, a vida começou a coxear de volta ao normal.
“O furacão Sandy proporciona uma demonstração do que poderia correr mal”, diz Kappenman, que trabalhou na indústria energética durante 20 anos, depois para a Metatech Corporation, uma empresa de consultoria científica e de engenharia, e é agora um consultor independente. Depois de um furacão, as pessoas nas regiões afectadas dependem da assistência de regiões vizinhas, não afectadas. No caso de uma forte tempestade geomagnética, pode não haver uma região vizinha não afectada, diz Kappenman. “Estamos a falar de algo que poderia varrer todo o continente, não poucos condados próximos de aterros sanitários”, diz ele.
O evento de referência contra o qual o clima espacial severo é medido ocorreu há 150 anos. Em 1859, o Evento Carrington iluminou os céus tropicais com auroras, que normalmente só ocorrem em regiões de alta latitude. Também induziu correntes ao longo de cabos telegráficos, a única tecnologia eléctrica de longa distância na altura, causando faíscas, incêndios e sinais de má qualidade que atormentavam os operadores telegráficos.
O Evento Carrington é a tempestade geomagnética mais severa a atingir o planeta na história registada. Se tal evento ocorresse hoje – com a escassa teia de linhas telegráficas dos E.U.A. a crescer para uma enorme rede de 160.000 quilómetros de linhas eléctricas de alta tensão – o que poderia acontecer?
A Costly Hole in the Data
A compreensão do tempo espacial não é apenas uma busca de conhecimento, mas um desejo de previsão, de acordo com Therese Moretto Jorgensen, uma física magnetosférica e directora do Programa de Instrumentação e Investigação Meteorológica Espacial da National Science Foundation (NSF). Por exemplo, diz ela, “não queremos que os cientistas atmosféricos apenas compreendam os tornados, queremos que eles façam previsões: Que pista vai ser necessária? Qual vai ser a velocidade do vento”? Precisamos do mesmo tipo de informação para as tempestades solares, diz ela. Essa informação pode então ser utilizada para endurecer os pontos fracos em infra-estruturas vulneráveis.
Embora a NSF e outros grupos financiem a investigação meteorológica espacial, há uma armadilha ao longo do caminho para a melhoria: A ciência tem uma falta assombrosa de dados sobre o pior que o tempo espacial pode desvendar, diz Moretto Jorgensen. O estudo da actividade solar e do tempo espacial não se intensificou até há cerca de 50 anos e o pior evento conhecido continua a ser o Evento Carrington. Qual é o risco de outro Evento de Carrington – ou uma tempestade solar mais intensa – ser atingido? “Essa é a questão dos 100 milhões de dólares”, diz ela. “Temos um bom controlo sobre” as chamas mais pequenas e as EMCs, mas os modelos não representam bem os eventos extremos, diz ela.
O Evento Carrington foi “pré-histórico, num certo sentido”, diz Karel Schrijver, um físico solar e heliosférico do Centro de Tecnologia Avançada da Lockheed Martin, em Palo Alto, Califórnia. Nos 154 anos desde a tempestade, a rede eléctrica cresceu imensamente, tal como a nossa confiança nela, e não sabemos como é que a rede seria afectada por uma tempestade solar extrema, diz Schrijver. Juntando forças com a engenheira Lockheed Martin Sarah D. Mitchell, Schrijver estudou o clima espacial de rotina para ter uma noção do seu impacto económico na rede eléctrica dos EUA. Embora o seu estudo ainda não tenha sido publicado, os números preliminares da equipa sugerem que o tempo espacial cria pelo menos 3 mil milhões de dólares por ano em custos de reparação, apenas a partir de eventos de rotina. “É um número substancial – é mais do que a nação gasta na compreensão do tempo espacial”, diz Schrijver.
Schrijver e o relatório de Mitchell não abordou o provável impacto financeiro de condições meteorológicas espaciais severas, mas um relatório de 2008 do Conselho Nacional de Investigação ofereceu alguns números espantosos: custos de 1 trilião a 2 triliões de dólares só no primeiro ano, com a recuperação a demorar entre quatro a 10 anos, na sequência de uma tempestade geomagnética tão forte como o Evento Carrington.
Vulnerável em Casa
A preocupação com a rede eléctrica dos EUA centra-se largamente nos transformadores de extra-alta tensão (EHV). Os transformadores EHV pesam centenas de toneladas cada um. O seu tamanho e peso dificultam o seu transporte, requerendo por vezes vagões de comboio especialmente fabricados para o efeito. Muitos dos transformadores existentes estão a aproximar-se do fim da sua vida útil de 30 a 40 anos. Ao todo, a rede dos EUA tem cerca de 2.000 transformadores MAT.
p>Em 2010, enquanto que na Metatech Corporation, Kappenman redigiu um relatório para o Laboratório Nacional de Oak Ridge no Tennessee avaliando a ameaça de tempestades geomagnéticas na rede eléctrica dos EUA. As correntes eléctricas induzidas pela actividade geomagnética nas linhas de energia MAT poderiam provocar o sobreaquecimento dos transformadores MAT, derretendo bobinas de cobre e condutores.
Kappenman estima que uma severa tempestade geomagnética eliminaria mais de 350 transformadores MAT – “um pedaço considerável no grande esquema das coisas”, diz ele. “Outros dados sugerem que poderia ser muito pior do que isso”
Os transformadores teriam de ser substituídos, mas o tempo necessário para construir e testar um único transformador de substituição pode ser de 12 a 15 meses, ou mesmo mais, dependendo do tamanho e do fabricante, informou Kappenman. A maior parte dos fabricantes estão no estrangeiro, e o transporte dos transformadores de behemoth requer uma viagem marítima e uma logística especial para o transporte terrestre por comboio ou camião. Além disso, a instalação de transformadores MAT é complexa, e geralmente levaria vários dias mais, “com uma tripulação grande e treinada, na melhor das circunstâncias”, escreveu Kappenman.
Além dos desafios logísticos que poderiam surgir, não é além de imaginar, diz ele, que as poucas nações que fabricam grandes transformadores MAT possam precisar deles para a sua própria restauração de energia, no caso de uma tal tempestade derrubar transformadores em todo o planeta. Se um continente ou hemisfério inteiro fosse atingido por uma tempestade geomagnética, a procura de substitutos poderia ser esmagadora. “A capacidade de adaptação, de trazer peças sobressalentes, de resolver os problemas, seria absolutamente afogada”, diz Andres.
Vulnerável em Órbita
Humans também têm outra grande fraqueza tecnológica: os satélites. Os satélites em órbita terrestre baixa ainda se encontram na atmosfera terrestre, e o clima espacial pode causar a expansão da atmosfera. Isto significa que a atmosfera mais baixa e mais densa pode inchar para onde os satélites orbitam, aumentando assim o arrastamento atmosférico e enviando naves espaciais que regressam à Terra, diz Antti Pulkkinen, um modelador do tempo espacial no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA. Além disso, um perigo mais frequente, diz Pulkkinen, é a radiação electromagnética das erupções solares; a radiação de raios X e radiação ultravioleta extrema das grandes erupções aumenta a ionização na ionosfera terrestre, impedindo a transmissão de sinais de rádio entre satélites e estações terrestres. Tais erupções podem também perturbar ou danificar a electrónica nas naves espaciais.
Alguns satélites têm uma forma de protecção. As naves espaciais da NASA observam o sol em tempo real, e o Centro de Previsão do Tempo Espacial da NOAA, o exército dos EUA e outras agências governamentais observam também o sol. Quando esses observadores observam a actividade solar que parece uma ameaça para os satélites, avisam os operadores de satélites. ” podem usar essa informação para desligar alguns dos seus instrumentos de alta tensão”, diz Pulkkinen.
Satélites do Sistema de Posicionamento Global (GPS) estão em órbita média-Terra parcialmente para minimizar o risco de arrasto atmosférico. De facto, são menos vulneráveis do que outros satélites em geral, diz Tony Russo, director do Gabinete de Coordenação Nacional para o Posicionamento, Navegação e Tempos Espaciais, um gabinete inter-agências financiado através do Departamento de Transportes. Mas os satélites GPS ainda são vulneráveis aos outros perigos do tempo espacial.
p>vinte e quatro satélites são necessários para que o sistema funcione eficazmente, mas 35 estão em órbita (31 satélites activos e quatro de reserva). “O GPS é aquilo a que chamamos uma constelação robusta”, diz Russo. A questão é que a extrema precisão do GPS depende das comunicações por rádio, que podem ser perturbadas por uma perturbação na ionosfera. “A hora exacta da chegada do sinal é o que lhe dá a sua precisão”, diz ele. “Essa é uma das razões pelas quais o GPS é sensível a alterações na ionosfera”. Normalmente, tais perturbações duram apenas uma questão de minutos, diz ele.
P>O percurso seria mais preocupante se os satélites GPS fossem danificados e a constelação se tornasse inutilizável. A radiação e as partículas carregadas das chamas e das EMCs podem corromper a memória do satélite ou danificar painéis solares, instrumentos e outros componentes electrónicos. O GPS é imensamente importante: a rede energética, o transporte e os sectores comerciais dependem todos dele, diz Russo. “Até a agricultura o está a utilizar para agricultura 24 horas por dia”, diz ele. “Voamos aviões antes do GPS, e poderíamos amanhã, mas não tão eficientemente”, diz Russo. Os viajantes aéreos provavelmente sofreriam mais atrasos e cancelamentos, diz ele.
No comércio, o GPS é utilizado como um sincronizador de tempo para sistemas automatizados, diz Russo. “Se passar o seu cartão multibanco pela bomba na estação de serviço, está a usar o GPS para sincronizar – é uma forma barata e eficiente de o fazer”, diz ele. O GPS também ajuda os navios oceânicos a evitar águas perigosas, as locomotivas a evitar colisões, e os helicópteros a evitar terrenos, diz ele.
Perda de GPS, seja breve ou a longo prazo, teria impactos na segurança, conveniência e economia. Mas a rede eléctrica continua a ser a infra-estrutura mais vulnerável devido à sua integração em quase todos os aspectos da sociedade moderna.
Preparação para um Evento de Baixa Probabilidade e Alto Impacto
As regiões de maior risco nos EUA são o Alasca, o Noroeste Pacífico e o Nordeste porque são o Norte mais distante, onde as tempestades solares são provavelmente mais severas, diz Andres. “Também tem a ver com a geologia – como a energia é transmitida através do solo”, diz ele. A rocha ígnea em particular é altamente resistente à electricidade, o que significa que o caminho de menor resistência às correntes geomagneticamente induzidas está em qualquer infra-estrutura eléctrica próxima e não na própria rocha.
As hipóteses de outro Evento Carrington não são elevadas, diz Andres. “Em qualquer ano, talvez 2 ou 3 por cento”, diz ele. O impacto, contudo, pode ser assustador. É possível, diz Andres, que toda a América do Norte possa perder a capacidade de transmitir electricidade. Ou no mínimo, é possível que uma tal tempestade deixe “mais de 100 milhões de pessoas cortadas de energia eléctrica durante talvez semanas, meses, prolongando-se por anos”, diz Kappenman. “Não estamos preparados para lidar com isso, e … realmente não queremos encontrar estas coisas em primeira mão”, acrescenta ele.
Uma das primeiras coisas que devem ser feitas é construir a resiliência da comunidade, diz Andres. A nível local, é necessário agir para encontrar fontes alternativas de energia para manter hospitais e esquadras de bombeiros e de polícia a funcionar no caso de uma severa tempestade geomagnética, diz Andres. Sempre que possível, os geradores a diesel no local deveriam ser abastecidos com combustível que poderia durar semanas a meses, acrescenta Kappenman. Os governos locais também precisam de encontrar um local onde as famílias do pessoal de emergência possam ser mantidas em segurança, diz ele, mantendo assim as equipas de intervenção em serviço e mantendo a ordem e a segurança. As pessoas precisam então de agir por si próprias: Quanto ao abastecimento doméstico de alimentos, água e medicamentos, “três dias provavelmente não é suficiente”, diz Andres. Um fornecimento de três semanas seria melhor, diz ele. A única coisa a ter em mente é que “o medo e o pânico nunca são produtivos”, diz Andres. A preparação é a chave.
Rattling Sabers Against Space Weather
Algumas regiões existem procedimentos para prevenir o colapso da rede ou para voltar a colocar as redes em linha rapidamente, diz Kappenman. Por exemplo, a Interconexão PJM é uma organização regional de transmissão que coordena o movimento de electricidade e as actividades grossistas em 13 estados e no Distrito de Columbia. A PJM tem um procedimento para prevenir o colapso da rede, tal como as organizações de transmissão de Nova Iorque e Nova Inglaterra, diz Kappenman. Os planos envolvem a redução da transferência de longa distância através da rede, e o cancelamento das interrupções programadas para a manutenção do transformador, diz ele. “Muito poucos tipos de coisas”, diz Kappenman. Nenhum destes procedimentos foi testado para eventos do tipo Carrington ou pior, acrescenta ele.
Teóricamente, partes da rede eléctrica poderiam ser desligadas para que a corrente induzida não atingisse alguns transformadores EHV. Mas os produtores de energia e os operadores da rede estão “contratualmente proibidos” de interromper a distribuição de electricidade, diz Andres. Além disso, há questões de responsabilidade. Se uma empresa de electricidade encerrar ou desligar segmentos da rede, mesmo para proteger os transformadores, a empresa de electricidade seria legalmente responsável se, digamos, pessoas em hospitais ou lares de idosos morressem, diz ele. Se, por outro lado, a companhia de electricidade se mantivesse em funcionamento e perdesse os seus transformadores, pelo menos eles não poderiam ser processados, acrescenta ele. Claro que a perda dos transformadores poderia significar que uma enorme região dos EUA (ou do mundo) poderia ficar sem energia durante meses ou mais. Andrés sugere que tais políticas precisam de ser alteradas, provavelmente a nível federal. “É uma responsabilidade primária do governo federal ajudar a preparar um evento como este e mitigá-lo se ocorrer”, diz ele.
Federalmente, a acção mais significativa para reduzir a vulnerabilidade dos EUA ao clima espacial ocorreu em Outubro de 2012, quando a Comissão Federal de Regulamentação Energética (FERC) propôs um processo em duas etapas. Primeiro, a FERC quer que a North American Electric Reliability Corporation (NERC) crie normas que exijam aos proprietários e operadores da rede que desenvolvam procedimentos para mitigar o impacto das tempestades geomagnéticas. Segundo, a FERC propõe que o NERC exija aos proprietários e operadores que avaliem o impacto que a actividade geomagnética pode ter nos seus sistemas, e depois que tomem medidas para proteger a rede através do bloqueio automático de correntes induzidas geomagneticamente, isolamento de hardware difícil de substituir, e outras acções.
O período de comentários da proposta terminou em Dezembro, e se a proposta for aprovada pela FERC, o NERC terá 90 dias para implementar a primeira etapa, e seis meses para implementar a segunda etapa. Embora não haja um prazo para acção da parte do FERC, Kappenman vê uma urgência invulgar na proposta da comissão, e suspeita que o FERC aprovará a ordem no início de 2013. “A boa notícia é que há uma mudança na política”, diz Kappenman. “Dito isto, levámos 50 anos para nos metermos neste problema”, diz ele. “Não podemos sair dele da noite para o dia”
O que mais poderia o governo federal fazer num cenário pessimista? O Departamento de Segurança Interna dos EUA (DHS) tem um plano para as interrupções geomagnéticas da tempestade, diz Andres. O plano varia com base na situação específica, mas o quadro do plano é o seguinte: O DHS relata o incidente ao presidente, que depois desenvolve um plano de acção. “Isto envolve normalmente a coordenação com a indústria através do NERC e com várias agências federais e governamentais para responder”, diz ele. “O DHS desempenha principalmente um papel de coordenação, as unidades da FEMA e da Guarda Nacional fornecem serviços de emergência, e a indústria privada é responsável pela colocação em funcionamento do poder”. Tal plano, contudo, é para qualquer corte de energia causado por uma tempestade geomagnética, mas não existe qualquer plano para um corte de energia maciço e regional, diz Andres.
Para ser justo com a Segurança Nacional, Kappenman diz, “não há realmente nada que possamos fazer se ocorrer um evento a nível continental. Não há nenhum cenário de resposta a desastres que possamos pôr em prática que possa corrigir algo tão grande”. Assim, a importância da acção do FERC – prevenção de uma falha maciça da rede – seria muito melhor do que tentar recuperar de um, diz Kappenman.
Finalmente, a nível internacional, a vulnerabilidade das infra-estruturas ao clima espacial também não está a ser ignorada. O Presidente dos EUA Barack Obama e o Primeiro-Ministro do Reino Unido David Cameron cultivaram o que está a ser facturado como uma “parceria meteorológica espacial” através de reuniões entre os dois líderes em Maio de 2011 e Março de 2012. Em Junho de 2012, a NOAA e o Gabinete da Ciência do Governo do Reino Unido anunciaram conjuntamente um acordo para reforçar a colaboração entre as comunidades científicas das duas nações, num esforço para proteger ainda mais as suas infra-estruturas contra danos causados pelo tempo espacial.
Nigh is a Relative Term
What remains is an uphill race against the unknown. Embora cientistas, engenheiros e funcionários governamentais estejam a falar sobre a ameaça do tempo espacial e algumas acções estejam a ser tomadas, o perigo de uma tempestade geomagnética extrema é imenso e a capacidade científica para prever o tempo espacial é claramente limitada. Modelos e investigações individuais podem não prever perfeitamente os detalhes específicos do que irá acontecer exactamente e quando, mas o consenso científico é que a ameaça é real e que precisamos de agir imediatamente porque não temos ideia de quando a próxima grande tempestade poderá atingir.