Tecnologia Científica

Desembaraçando o paradoxo do calor ao longo das falhas principais
Um novo artigo explora a física que impulsiona grandes terremotos ao longo dos limites das placas
Por Robert Perkins - 13/03/2021


Imagem: Vista aérea oblíqua da falha de San Andreas no sudeste do Coachella Valley, perto do Red Canyon; vista para o oeste. (Crédito: Michael Rymer, US Geological Survey)

Uma nova pesquisa da Caltech busca explicar o tamanho das forças que agem nas chamadas "falhas maduras" - falhas de longa duração ao longo dos limites das placas principais, como a Falha de San Andreas na Califórnia - em um esforço para compreender melhor a física que impulsiona os principais terremotos que ocorrem ao longo deles.

Grandes terremotos na faixa de magnitude 7,5 ou mais são relativamente raros, tornando-os difíceis para os cientistas estudarem. Usando modelagem por computador, uma equipe da Caltech examinou as relações entre o tamanho de um terremoto, a energia que ele irradia e o calor gerado pelo movimento ao longo da falha.

"Compreender a física que governa os principais terremotos em diferentes tipos de falhas nos ajudará a gerar previsões mais precisas para ameaças de terremotos", disse o estudante Valère Lambert da Caltech (BS '14, MS '17), principal e autor correspondente de um artigo sobre a pesquisa que foi publicada na revista Nature em 10 de março. Lambert colaborou com Nadia Lapusta , o Lawrence A. Hanson, Jr., Professor de Engenharia Mecânica e Geofísica, e Stephen Perry (MS '14, PhD '18) do Caltech Laboratório Sismológico.

Um desafio para entender as falhas maduras é o paradoxo do fluxo de calor: nos últimos 50 milhões de anos, a placa do Pacífico e a placa da América do Norte passaram uma pela outra ao longo da falha de San Andreas a uma taxa média de cerca de 2 polegadas por ano, uma tectônica moagem que deve produzir uma quantidade enorme de calor por atrito. No entanto, nenhum excesso de calor foi detectado.

Como tal, os sismólogos concluíram que, durante os terremotos, as falhas maduras ao longo dos limites das placas deslizam em níveis muito mais baixos de estresse do que seria esperado com base nos resultados de experimentos de laboratório.

Dois modelos concorrentes procuram explicar o paradoxo. Sugere-se que o atrito ao longo da falha é alto (impedindo o movimento) quando o solo está parado, mas, durante um terremoto, a falha se torna o que é conhecido como dinamicamente fraca. Isso pode acontecer durante um terremoto se, por exemplo, o fluido preso ao longo da falha vaporizar para criar uma força contrária àqueles que mantêm a falha fechada; isso permite que os dois lados da falha deslizem mais facilmente um sobre o outro.

O segundo modelo assume que o fluido pressurizado está sempre presente ao longo da falha, tornando-o fraco o tempo todo.

Embora esses dois modelos pintem imagens muito diferentes de como as falhas se movem durante grandes terremotos, é difícil distingui-las usando o movimento na superfície da Terra. A equipe do Caltech voltou-se para a modelagem por computador para examinar como as observações sismológicas podem ser usadas para diferenciar esses dois cenários possíveis.

A modelagem revelou que na ruptura de uma falha persistentemente fraca, faixas cada vez maiores da falha escorregariam conforme o terremoto progride, como ocorre na formação de uma rachadura.

Em contraste, a ruptura de uma falha dinamicamente fraca se propagaria como um "pulso de autocura" estreito viajando ao longo da falha; neste cenário, uma quantidade muito maior de energia irradiada seria liberada do que seria gerada por uma ruptura semelhante a uma fissura causando um terremoto do mesmo tamanho (conforme medido pela área total da falha que se rompe durante o terremoto e a quantidade de deslizamento de falha).

Uma comparação da quantidade de energia que seria liberada por esses dois cenários com as observações sismológicas mostrou que os pulsos de autocura são raros; uma explicação alternativa é que a quantidade de energia irradiada gerada por terremotos ao longo dos limites das placas foi dramaticamente subestimada.

A equipe também descobriu que a física de grandes terremotos em falhas crustais localizadas dentro de continentes, como a Falha de San Andreas, pode ser diferente daquela de falhas de megaterrustas em zonas de subducção, onde uma placa tectônica é forçada sob outra, como ao longo do Japão Trincheira.

Algumas medições de energia irradiada foram obtidas de terremotos em falhas da crosta continental. A energia liberada é comparável à energia estimada liberada nos modelos de pulsos de autocura, mas muito maior do que a energia liberada por terremotos de zona de subducção. Ambos os tipos de falhas geram grandes terremotos, mas as forças que os criam são diferentes - portanto, compreender as diferenças, em vez de agrupá-las, será a chave para desenvolver mapas de previsão de terremotos mais precisos.

"Temos muitos dados de grandes terremotos ao longo de zonas de subducção, mas os últimos grandes terremotos ao longo de San Andreas foram o terremoto de magnitude 7,9 no Forte Tejon em 1857 e o terremoto de magnitude 7,9 em San Francisco em 1906, ambos antes do era das redes sísmicas modernas ", diz Lapusta.

As descobertas irão informar os modelos baseados na física que estimam tremores e riscos sísmicos de futuros terremotos.

O artigo é intitulado "Propagação de grandes terremotos como pulsos de autocura ou rachaduras leves." Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, pelo US Geological Survey e pelo Southern California Earthquake Center (SCEC).

 

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