Os pesquisadores do Caltech usaram técnicas avançadas de imagem para investigar o aumento da atividade sísmica em Long Valley Caldera, na Califórnia, um supervulcão adormecido. As suas descobertas sugerem que a região não está à beira de uma grande erupção, mas está a sofrer atividade sísmica devido a processos de arrefecimento.
Os pesquisadores do Caltech usaram técnicas avançadas de imagem para investigar o aumento da atividade sísmica em Long Valley Caldera, na Califórnia, um supervulcão adormecido.
Desde a década de 1980, os pesquisadores observaram períodos significativos de agitação em uma região das montanhas de Sierra Nevada, no leste da Califórnia, caracterizada por enxames de terremotos, bem como o solo inflando e subindo quase meia polegada por ano durante esses períodos. A atividade é preocupante porque a área, chamada Long Valley Caldera, fica no topo de um enorme supervulcão adormecido. Há setecentos e sessenta mil anos, a caldeira de Long Valley formou-se numa erupção violenta que lançou 650 quilómetros cúbicos de cinzas no ar – um volume que poderia cobrir toda a área de Los Angeles numa camada de sedimentos com 1 quilómetro de espessura.
Imagens inovadoras revelam insights
O que está por trás do aumento da atividade nas últimas décadas? Será que a área está se preparando para entrar em erupção novamente? Ou poderá o aumento da atividade ser realmente um sinal de que o risco de uma erupção massiva está a diminuir?
Para responder a estas questões, os investigadores do Caltech criaram as imagens subterrâneas mais detalhadas até à data da Caldeira de Long Valley, atingindo profundidades de até 10 quilómetros dentro da crosta terrestre. Estas imagens de alta resolução revelam a estrutura da Terra por baixo da caldeira e mostram que a recente actividade sísmica é resultado da libertação de fluidos e gases à medida que a área arrefece e estabiliza.
O que está acontecendo sob a superfície da Caldeira de Long Valley, local de uma enorme erupção de supervulcão há 760 mil anos? Um novo estudo utiliza ondas sísmicas para obter imagens do ambiente subterrâneo da região e descobre que a câmara de magma está esfriando. No entanto, os terremotos ainda podem resultar dos gases e fluidos liberados pela cristalização do magma. Crédito: E. Biondi
O trabalho foi realizado no laboratório de Zhongwen Zhan (PhD ’14), professor de geofísica. Um artigo descrevendo a pesquisa foi publicado em 18 de outubro na revista Avanços da Ciência.
“Não acreditamos que a região esteja se preparando para outra erupção supervulcânica, mas o processo de resfriamento pode liberar gás e líquido suficientes para causar terremotos e pequenas erupções”, diz Zhan. “Por exemplo, em maio de 1980, ocorreram quatro terremotos de magnitude 6 somente na região.”
A imagem de alta resolução mostra que a câmara de magma do vulcão é coberta por uma tampa endurecida de rocha cristalizada, formada à medida que o magma líquido esfria e solidifica.
Técnicas de imagem inovadoras
Para criar imagens subterrâneas, os pesquisadores inferem a aparência do ambiente subterrâneo medindo as ondas sísmicas dos terremotos. Os terremotos geram dois tipos de ondas sísmicas: primárias (ondas P) e secundárias (ondas S). Ambos os tipos de ondas viajam em velocidades diferentes através de materiais diferentes – as ondas são desaceleradas por materiais elásticos como líquidos, mas viajam rapidamente através de materiais muito rígidos como rochas. A utilização de sismógrafos em vários locais permite medir discrepâncias no tempo das ondas e determinar as características dos materiais – quão elásticos ou rígidos – através dos quais elas viajaram. Desta forma, os pesquisadores podem criar imagens do ambiente subterrâneo.
Embora existam várias dezenas de sismógrafos colocados em toda a região da Serra Oriental, a técnica de Zhan utiliza cabos de fibra óptica (como aqueles que fornecem internet) para fazer medições sísmicas num processo chamado detecção acústica distribuída (DAS). O trecho de 100 quilômetros de cabo usado para obter imagens da caldeira de Long Valley foi comparável a um trecho de 10.000 sismômetros de componente único. Ao longo de um ano e meio, a equipe usou o cabo para medir mais de 2.000 eventos sísmicos, a maioria pequenos demais para serem sentidos pelas pessoas. Um algoritmo de aprendizado de máquina processou essas medidas e desenvolveu a imagem resultante.
Este estudo é a primeira vez que imagens tão profundas e de alta resolução foram criadas com DAS. Imagens anteriores de estudos de tomografia local ou foram confinadas apenas ao ambiente subterrâneo raso, a profundidades de cerca de 5 quilómetros, ou cobriram uma área maior em resolução mais baixa.
“Esta é uma das primeiras demonstrações de como o DAS pode mudar a nossa compreensão da dinâmica da crosta”, diz Ettore Biondi, cientista do DAS no Caltech e primeiro autor do artigo. “Estamos entusiasmados em aplicar tecnologia semelhante a outras regiões onde temos curiosidade sobre o ambiente subterrâneo.”
Empreendimentos futuros
Em seguida, a equipa planeia usar um cabo de 200 quilómetros para obter imagens ainda mais profundas da crosta terrestre, até cerca de 15 a 20 quilómetros de profundidade, onde a câmara de magma da caldeira – o seu “coração pulsante” – está a arrefecer.
Além de Biondi e Zhan, os coautores são o ex-bolsista de pós-doutorado da Caltech, Weiqiang Zhu, agora na UC Berkeley; Jiaxuan Li, bolsista de pós-doutorado da Caltech; e o ex-aluno de pós-graduação da Caltech Ethan Williams (MS ’19, PhD ’23), agora do universidade de Washington. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation, pelo Resnick Sustainability Institute da Caltech e pela Gordon and Betty Moore Foundation.
