Agitando a Sismologia: A Geometria como o Preditor Inovador de Terremotos

Pesquisadores da Brown University descobriram que a geometria da falha, incluindo desalinhamentos e estruturas complexas dentro das zonas de falha, desempenha um papel crucial na determinação da probabilidade e força do terremoto. Esta descoberta, baseada em estudos das falhas geológicas da Califórnia, desafia as visões tradicionais que se concentram principalmente na fricção.

Ao observar de perto a composição geométrica das rochas onde os terremotos se originam, os pesquisadores da Universidade Brown estão acrescentando uma nova ruga a uma crença de longa data sobre o que causa os terremotos em primeiro lugar.

Repensando a dinâmica dos terremotos

A pesquisa, descrita em um artigo recém-publicado na revista Natureza, revela que a forma como as redes de falhas estão alinhadas desempenha um papel crítico na determinação de onde ocorrerá um terremoto e sua intensidade. As descobertas desafiam a noção mais tradicional de que é principalmente o tipo de atrito que ocorre nessas falhas que determina se os terremotos acontecem ou não, e podem melhorar a compreensão atual de como funcionam os terremotos.

“Nosso artigo pinta um quadro muito diferente sobre por que os terremotos acontecem”, disse o geofísico de Brown, Victor Tsai, um dos principais autores do artigo. “E isto tem implicações muito importantes sobre onde esperar terremotos versus onde não esperar terremotos, bem como para prever onde ocorrerão os terremotos mais prejudiciais.”

Visões tradicionais sobre a mecânica dos terremotos

As linhas de falha são os limites visíveis na superfície do planeta, onde as placas rígidas que constituem a litosfera da Terra roçam umas nas outras. Tsai diz que durante décadas, os geofísicos explicaram os terremotos como acontecendo quando a tensão nas falhas aumenta até o ponto em que as falhas deslizam rapidamente ou se rompem, liberando a pressão reprimida em uma ação conhecida como comportamento stick-slip.

Os pesquisadores teorizaram que o deslizamento rápido e os movimentos intensos do solo que se seguem são resultado do atrito instável que pode ocorrer nas falhas. Em contraste, a ideia é que quando o atrito é estável, as placas deslizam umas contra as outras lentamente, sem ocorrer um terremoto. Este movimento constante e suave também é conhecido como fluência.

Novas perspectivas sobre o comportamento da linha de falha

“As pessoas têm tentado medir essas propriedades de atrito, como se a zona de falha tem atrito instável ou atrito estável e então, com base em medições de laboratório disso, tentam prever se haverá um terremoto lá ou não”, disse Tsai. disse. “Nossas descobertas sugerem que pode ser mais relevante observar a geometria das falhas nessas redes de falhas, porque pode ser a geometria complexa das estruturas em torno desses limites que cria esse comportamento instável versus estável.”

A geometria a considerar inclui complexidades nas estruturas rochosas subjacentes, como curvas, lacunas e degraus. O estudo é baseado na modelagem matemática e no estudo de zonas de falhas na Califórnia usando dados do banco de dados de falhas quaternárias do US Geological Survey e do California Geological Survey.

Exemplos detalhados e pesquisas anteriores

A equipe de pesquisa, que também inclui o estudante de graduação da Brown, Jaeseok Lee, e o geofísico da Brown, Greg Hirth, oferece um exemplo mais detalhado para ilustrar como os terremotos acontecem. Dizem que devemos imaginar as falhas que se tocam como se tivessem dentes serrilhados, como o fio de uma serra.

Quando há menos dentes ou dentes que não são tão afiados, as rochas deslizam umas pelas outras com mais suavidade, permitindo o deslizamento. Mas quando as estruturas rochosas nestas falhas são mais complexas e irregulares, estas estruturas prendem-se umas às outras e ficam presas. Quando isso acontece, eles aumentam a pressão e, eventualmente, à medida que puxam e empurram com cada vez mais força, eles quebram, afastando-se um do outro e causando terremotos.

Implicações da Complexidade Geométrica

O novo estudo baseia-se em trabalhos anteriores que analisam por que alguns terremotos geram mais movimento do solo em comparação com outros terremotos em diferentes partes do mundo, às vezes até mesmo aqueles de magnitude semelhante. O estudo mostrou que a colisão de blocos dentro de uma zona de falha durante um terremoto contribui significativamente para a geração de vibrações de alta frequência e gerou a noção de que talvez a complexidade geométrica abaixo da superfície também desempenhasse um papel no local e no porquê dos terremotos acontecerem.

Desalinhamento e intensidade do terremoto

Analisando dados de falhas na Califórnia – que incluem a conhecida falha de San Andreas – os pesquisadores descobriram que zonas de falha com geometria complexa por baixo, o que significa que as estruturas não estavam tão alinhadas, revelaram ter movimentos de solo mais fortes do que zonas menos complexas geometricamente. zonas de falha. Isto também significa que algumas destas zonas teriam terremotos mais fortes, outras teriam terremotos mais fracos e algumas não teriam terremotos.

Os pesquisadores determinaram isso com base no desalinhamento médio das falhas analisadas. Esta taxa de desalinhamento mede o quão próximas as falhas em uma determinada região estão alinhadas e todas indo na mesma direção versus indo em muitas direções diferentes. A análise revelou que zonas de falha onde as falhas estão mais desalinhadas causam episódios de stick-slip na forma de terremotos. As zonas de falha onde a geometria das falhas estava mais alinhada facilitaram o deslizamento suave da falha, sem terremotos.

“Compreender como as falhas se comportam como um sistema é essencial para compreender por que e como acontecem os terremotos”, disse Lee, o estudante de pós-graduação que liderou o trabalho. “Nossa pesquisa indica que a complexidade da geometria da rede de falhas é o fator chave e estabelece conexões significativas entre conjuntos de observações independentes e os integra em uma nova estrutura.”

Direções Futuras na Pesquisa de Terremotos

Os pesquisadores dizem que mais trabalho precisa ser feito para validar totalmente o modelo, mas este trabalho inicial sugere que a ideia é promissora, especialmente porque o alinhamento ou desalinhamento das falhas é mais fácil de medir do que as propriedades de atrito das falhas. Se for válido, o trabalho poderá um dia ser integrado em modelos de previsão de terremotos.

Isso permanece distante por enquanto, à medida que os pesquisadores começam a delinear como desenvolver o estudo.

“A coisa mais óbvia que vem a seguir é tentar ir além da Califórnia e ver como esse modelo se comporta”, disse Tsai. “Esta é potencialmente uma nova forma de compreender como acontecem os terremotos.”

A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation. Junto com Lee, Tsai e Hirth, a equipe também incluiu Avigyan Chatterjee e Daniel T. Trugman da Universidade de Nevada Reno.