Beach and Coastal Structure Impacts of Infragravity Waves During the Late December 2023 Swells in Southern California

O oceano raramente está parado, mesmo quando a superfície parece calma. Embora a maioria das pessoas pense nas ondas como os rolos rítmicos, impulsionados pelo vento, que quebram na praia, o mar também contém um movimento oculto e mais lento que se move sob a superfície. Os cientistas chamam essas ondas longas e ondulantes de "ondas de infragravidade". Diferente das ondas de vento familiares que quebram a cada poucos segundos, essas ondas mais lentas podem levar de alguns minutos a meia hora para passar por um único ponto. Elas são frequentemente invisíveis a olho nu porque não parecem água quebrando; em vez disso, agem como um chão que sobe e desce lentamente, elevando toda a superfície do oceano. Quando uma tempestade massiva envia um swell poderoso em direção à costa, essas ondas lentas podem ficar presas em baías e portos, acumulando energia como a água em uma banheira sendo sacudida. Essa energia pode, de repente, elevar o nível da água muito mais do que o esperado, permitindo que as ondas de vento mais rápidas e quebras corram sobre esse piso elevado e alcancem o interior, causando inundações e erosão que as previsões padrão podem não detectar.

No final de dezembro de 2023, uma tempestade poderosa no Pacífico Norte enviou um swell massivo em direção ao sul da Califórnia, criando um caso de teste perfeito para entender como essas ondas ocultas se comportam. Uma equipe de pesquisadores, incluindo cientistas do Exército dos EUA (U.S. Army Corps of Engineers) e da Universidade do Sul da Califórnia, partiu para investigar por que essa tempestade específica causou danos tão dramáticos e inesperados ao longo do Canal de Santa Bárbara. Eles queriam saber se as ondas lentas de longo período foram responsáveis por transformar uma grande tempestade em um desastre localizado. Ao combinar dados de boias em alto-mar, medidores de maré, filmagens de vídeo e simulações computacionais detalhadas, a equipe reconstruiu a história de como a energia do oceano profundo viajou para dentro do porto, amplificada pela forma da costa, e resultou em uma onda errante repentina que inundou uma rua e remodelou a praia.

A tempestade, que atingiu a região de 28 a 31 de dezembro de 2023, foi parte de um padrão climático maior associado às condições de El Niño. Embora as ondas fossem grandes, elas não eram as maiores já registradas no oceano aberto ao largo da costa da Califórnia. No entanto, uma vez que o swell alcançou a geografia complexa do Canal de Santa Bárbara, a situação mudou. O canal é uma bacia longa e curva, protegida por ilhas e pontas de terra, o que faz com que as ondas se curvem, reflitam e se concentrem em áreas específicas. Os pesquisadores descobriram que, embora as ondas no oceano aberto fossem significativas, o perigo real veio do que aconteceu em seguida. À medida que as ondas da tempestade entravam no canal, elas geraram um forte pulso de energia de infragravidade. Essa energia não chegou como uma única onda, mas como uma oscilação rítmica e sustentada do nível da água que durou horas.

A evidência mais marcante desse fenômeno ocorreu na cidade de Ventura, na manhã de 28 de dezembro. Por volta das 10h50, justamente quando a maré estava alta, uma enorme "onda de assalto" (sneaker wave) surgiu subitamente sobre a praia e um muro de contenção de concreto baixo. Não era uma onda de quebra típica; era um avanço de água súbito e poderoso que inundou um estacionamento e uma rua próximas, atingindo profundidades de cerca de um metro acima da superfície da estrada. Vídeos de testemunhas oculares e levantamentos pós-tempestade mostraram que a água espirrou a uma altura de 5,5 metros acima do nível normal da água. Os pesquisadores observaram que este evento foi altamente localizado; embora toda a costa tenha sido castigada, este ponto específico foi atingido com uma força que parecia desproporcional à altura da onda em alto-mar. O tempo deste evento coincidiu com um período de intensa energia de baixa frequência no porto, sugerindo que as ondas lentas haviam acumulado impulso suficiente para elevar o nível da água, permitindo que as ondas da tempestade corressem sobre o muro de contenção com efeitos devastadores.

Para entender como isso aconteceu, a equipe analisou dados de medidores de maré tanto em Santa Bárbara quanto em Ventura. Eles utilizaram um método que decompõe o movimento da água em diferentes velocidades, revelando que os portos estavam vibrando em ritmos naturais específicos. É semelhante a como uma nota específica pode fazer um copo estilhaçar, mas, neste caso, o oceano estava ressonando com as ondas lentas e longas. A análise mostrou que os portos estavam amplificando ondas com períodos entre 16 e 21 minutos. Quando a energia da tempestade coincidiu com esses ritmos naturais, o nível da água no porto começou a oscilar com intensidade crescente. Em Ventura, essa amplificação criou um "ponto crítico" onde a água estava sendo empurrada para cima constantemente, preparando o cenário para a onda de assalto.

O dano físico no solo confirmou o poder dessas interações. Após a tempestade, os pesquisadores examinaram a linha costeira e descobriram que a praia havia recuado cerca de 25 metros em algumas áreas, com um penhasco de areia íngreme de dois metros de altura esculpido nas dunas. Essa erosão não foi causada apenas pelas ondas de vento quebrando; ela foi impulsionada pelos níveis de água elevados e sustentados causados pelas ondas de infragravidade, que mantiveram a água contra as dunas por períodos mais longos, lavando a areia que, de outra forma, estaria segura. O dano estendeu-se também às estruturas do porto. O quebra-mar externo, uma parede de grandes rochas projetada para proteger o porto, sofreu danos significativos. Grandes pedras foram deslocadas e a inclinação da estrutura tornou-se perigosamente acentuada. Os pesquisadores observaram que, embora as ondas de infragravidade em si não tenham esmagado as rochas, elas elevaram o nível da água o suficiente para permitir que as ondas menores e mais rápidas da tempestade atingissem partes da parede que costumam ser seguras, desgastando-as ao longo do tempo.

Usando um modelo computacional sofisticado, a equipe simulou a tempestade para ver como as ondas interagiam com o formato do porto. Eles testaram ondas de diferentes comprimentos para ver quais causariam mais problemas. O modelo confirmou que o Canal de Santa Bárbara possui modos de ressonância específicos, ou frequências naturais, que podem aprisionar e amplificar ondas longas. Quando simularam as condições reais de 28 de dezembro, o modelo mostrou que ondas com um período de cerca de 120 segundos estavam concentrando energia exatamente no local da onda de assalto. Essa simulação sugeriu que a onda de assalto foi o resultado de uma "tempestade perfeita" de condições: maré alta, um swell de tempestade forte e um ritmo específico de onda longa amplificado que concentrou a energia naquele trecho específico da costa.

O estudo também destacou que nem todas as partes da costa reagem da mesma forma. Enquanto o Canal de Santa Bárbara experimentou condições recordes, áreas próximas como a Baía de Santa Mônica foram amplamente poupadas do pior do evento devido à forma da costa e à direção das ondas, que as protegeram. Essa descoberta é crucial para a segurança costeira. Ela sugere que eventos de ondas extremas não são uniformes; uma tempestade que é perigosa em um porto pode ser inofensiva em outro a apenas alguns quilômetros de distância. Os pesquisadores enfatizaram que confiar apenas na altura das ondas no oceano aberto não é suficiente para prever riscos costeiros. As ondas lentas de longo período podem transformar uma tempestade gerenciável em um desastre local ao elevar o nível da água e permitir que as ondas alcancem o interior mais longe do que se esperaria.

Em última análise, esta pesquisa fornece um quadro mais claro de como as comunidades costeiras podem estar vulneráveis a forças que nem sempre conseguimos ver. As ondas de infragravidade atuaram como um amplificador oculto, transformando um swell grande em um evento localizado de inundação e erosão. Ao identificar os ritmos específicos que fazem os portos entrarem em ressonância, os cientistas podem prever melhor quando e onde essas condições perigosas podem ocorrer. O trabalho não afirma ter resolvido o problema da erosão costeira, mas oferece uma peça vital do quebra-cabeça: entender que os ritmos lentos e profundos do oceano podem ser tão destrutivos quanto as ondas visíveis e quebras. Para os residentes de Ventura e outras cidades costeiras, isso significa que os planos de segurança futuros devem considerar essas ondas de longo período, garantindo que muros de contenção e praias sejam projetados para resistir não apenas à altura da tempestade, mas ao chão subjacente e ascendente do oceano.