Engenharia como principal previsão de terremotos

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

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

Dinâmica do terremoto revisitada

A pesquisa, descrita em artigo publicado recentemente na revista naturezaRevela que a forma como as redes de falhas estão alinhadas desempenha um papel crucial na determinação de onde ocorre um terremoto e quão forte é. Estas descobertas desafiam a ideia tradicional de que é o tipo de atrito que ocorre nessas falhas que determina principalmente se os terremotos ocorrem ou não, e poderia melhorar a compreensão atual de como funcionam os terremotos.

“Nosso artigo pinta um quadro muito diferente sobre por que os terremotos acontecem”, disse Victor Tsai, geofísico da Universidade Brown e um dos principais autores do artigo. “Isso tem implicações muito importantes para onde se pode esperar que os terremotos ocorram versus onde os terremotos não podem ser esperados, e também para prever onde os terremotos serão mais prejudiciais.”

Visões tradicionais sobre a mecânica dos terremotos

As linhas de falha são os limites visíveis na superfície do planeta, onde as placas sólidas que constituem a litosfera da Terra colidem umas com as outras. Durante décadas, os geofísicos interpretaram os terramotos como ocorrendo quando a tensão se acumula nas falhas até ao ponto em que as falhas deslizam rapidamente ou se quebram umas sobre as outras, libertando a tensão reprimida numa acção conhecida como comportamento de deslizamento, diz Tsai.

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

Novas perspectivas sobre o comportamento da linha de falha

“As pessoas tentam medir essas propriedades de atrito, como se uma zona de falha tem atrito instável ou atrito estável, e então, com base em medições de laboratório disso, tentam prever se haverá ou não um terremoto ali”, disse Cai. Ele disse. “Nossas descobertas sugerem que pode ser mais importante 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 pós-graduação da Brown University, Jaesuk Lee, e o geofísico Greg Hirth, fornece um exemplo mais detalhado para ilustrar como ocorrem os terremotos. Dizem que imagine defeitos colidindo uns com os outros como se tivessem dentes serrilhados como o fio de uma serra.

Quando há menos dentes ou dentes rombos, as pedras deslizam umas sobre as outras com mais suavidade, permitindo o rastejamento. Mas quando as estruturas rochosas nestas falhas são mais complexas e ásperas, estas estruturas unem-se e colam-se. Quando isso acontece, eles aumentam a pressão e, eventualmente, à medida que puxam e empurram com mais força, quebram, separando-se e causando terremotos.

Efeitos da complexidade geométrica

O novo estudo é baseado em trabalho anterior Considere por que alguns terremotos geram maior movimento do solo em comparação com outros terremotos em diferentes partes do mundo, e às vezes até mesmo aqueles da mesma magnitude. 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 levantou a ideia de que talvez a complexidade geométrica do subsolo também desempenhe um papel em onde e por que os terremotos ocorrem.

Desequilíbrio e intensidade do terremoto

Analisando dados de falhas na Califórnia – que inclui a conhecida falha de San Andreas – os pesquisadores descobriram que zonas de falha que tinham geometria complexa por baixo, o que significa que as estruturas não eram paralelas, revelaram ter movimentos de solo mais fortes do que movimentos menos geométricos. complexo. Zonas de erro. Isto também significa que algumas destas áreas terão terremotos mais fortes, outras terão terremotos mais fracos e algumas não terão terremotos.

Os pesquisadores determinaram isso com base no desequilíbrio médio dos erros analisados. Esta taxa de desalinhamento mede o quão próximas as falhas estão em uma determinada área e todas vão na mesma direção versus indo em direções diferentes. A análise revelou que zonas de falha onde as falhas são mais oblíquas causam episódios de deslizamento na forma de terremotos. As zonas de falha onde a geometria da falha 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 ocorrem os terremotos”, disse Lee, o estudante de pós-graduação que liderou o trabalho. “Nossa pesquisa sugere que a complexidade da arquitetura da rede de erros é o fator chave e cria 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 preliminar sugere que a ideia é promissora, especialmente porque o desalinhamento ou desalinhamento é mais fácil de medir do que as propriedades do desalinhamento. Se este trabalho for válido, poderá um dia ser incorporado em modelos de previsão de terremotos.

Isso ainda está muito distante no momento, à medida que os pesquisadores começam a determinar 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 maneira de entender como ocorrem os terremotos.”

Referência: “A geometria da rede de falhas influencia o comportamento de fricção dos terremotos” por Jaesuk Lee, Victor C. Tsai, Greg Hirth, Avigyan Chatterjee e Daniel T. Trugman, 5 de junho de 2024, natureza.
doi: 10.1038/s41586-024-07518-6

A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation. Além de Li, Tsai e Hirth, a equipe também incluiu Avighyan Chatterjee e Daniel T. Trugman, da Universidade de Nevada, Reno.