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Novos cálculos de terremoto prevêem sua provável destrutividade

O modelo de slide de falha de pinball adota técnicas da matemática de avalanche




Tremores repetidos sacudiram o centro de Taiwan por muitos dias e semanas após o terremoto de magnitude 7,7, que ocorreu em 1999. O novo modelo de terremoto foi capaz de explicar o poder diferenciado desses choques.

Quando uma falha desliza , ela gera uma sequência inteira de diferentes ondas sísmicas. Ondas longas de baixa frequência podem se espalhar por uma grande distância da fonte e influenciar edifícios altos, como arranha-céus. As ondas de alta frequência sacudem perfeitamente casas e pontes e, às vezes, as destroem completamente. Durante a maior parte dos últimos cinquenta anos, os sismólogos assumiram que todo o conjunto dessas ondas gera atrito que ocorre quando a falha desliza.

Agora, alguns geólogos da Brown University divulgaram sua própria história da origem das ondas. Usando modelos matemáticos inspirados na contagem de deslizamentos de terra e avalanches, os pesquisadores argumentam que essas ondas destrutivas de alta frequência são geradas não pelo escorregamento em si, mas pelos processos geológicos que ocorrem dentro da falha, remanescentes de um jogo de pinball .

"Eles ficam bem bonitos", disse Elizabeth Cochran , uma sismóloga do US Geological Survey. "Certamente não teria me ocorrido descrever a falha como eles fizeram".

O novo modelo, publicado no mês passado na revista Geophysical Research Letters, ainda precisará ser testado em terremotos futuros para ver com que precisão ele prevê suas propriedades. No entanto, se confirmado, reverterá nossa compreensão do potencial destrutivo dos terremotos e talvez ajude a salvar vidas.

Pinball geológico


De acordo com os modelos tradicionais de terremotos, quando um bloco da crosta terrestre começa a deslizar e esfregar contra outro, o atrito entre eles gera ondas sísmicas. Os sismólogos reconhecem a simplicidade desses modelos em comparação com processos reais que ocorrem na área da linha de falha. No entanto, eles descrevem com precisão o componente de baixa frequência de um conjunto de ondas de terremoto - um indicador crítico inicial da magnitude do terremoto e informações vitais.

No entanto, os modelos tradicionais não conseguem explicar o grande número de ondas de alta frequência geradas pelo terremoto, disse Lucille Bruhat., especialista em física de terremotos da Escola Normal Superior de Paris, que não participou deste estudo. Isso se torna um problema quando você tenta descobrir por que certas rachaduras são mais prejudiciais.

Cochran argumenta que os modelos tradicionais associam essas ondas de alta frequência a oscilações de falhas - movimentos imprevisíveis de trinca, às vezes surgindo e depois decaindo. No entanto, como a física do cracking é muito difícil de estudar, essas suposições não são fáceis de confirmar. "Você não pode fazer um terremoto em um laboratório", disse Robert Graves , geofísico do US Geological Survey, que não participou do estudo.


Nos modelos tradicionais, as ondas de alta frequência estão associadas a oscilações de falhas - movimentos imprevisíveis de trinca, às vezes surgindo e depois amortecendo.
O novo modelo de "pinball" fala da colisão de pedras diferentes entre si, gerando ondas de alta frequência. O tamanho das pedras varia de alguns metros de diâmetro ao campo de futebol.
Ondas longas de baixa frequência podem percorrer uma longa distância da fonte e influenciar edifícios altos como arranha-céus.
As ondas de alta frequência sacudem perfeitamente casas e pontes e, às vezes, as destroem completamente.

Para entender melhor essas ondas, Victor Tsai e Greg Hirth, dois geólogos da Universidade Brown, estudaram a matemática dos fluxos de detritos - quando pedras de vários tamanhos colidem periodicamente entre si. Então eles aplicaram às falhas emergentes. Não há muito espaço livre dentro da falha, então o que está acontecendo é uma reminiscência de uma "máquina de pinball cheia de bolas", disse Tsai. Bolas são pedras de vários tamanhos, de vários metros de diâmetro a um campo de futebol.

Quando Tsai e Hirt adicionaram essa multidão aos modelos tradicionais, a combinação resultante descreveu ondas de baixa frequência e suas contrapartes de alta frequência.

Até certo ponto, o mecanismo de pinball pode ser considerado uma extensão das idéias tradicionais de que saliências e protuberâncias localizadas em paredes de falta são responsáveis ​​por ondas de alta frequência. No entanto, Tsai e Hirth desenvolveram essa idéia, desenvolveram um mecanismo especial de pinball e estudaram a matemática exata que a descreve. Eles transformaram a suposição em algo tangível e verificável. Eles não estão apenas "tentando fazer ciência abstrata", disse Bruhat. "Eles estão realmente tentando testar uma idéia física e ver como ela funciona".

Pedras e superfícies duras


Esse novo modelo pode ajudar a resolver quebra-cabeças sismológicos de longa data. Por exemplo, em 1999, Taiwan sofreu um terremoto de magnitude 7,7. Durante choques repetidos, algumas partes da falha se quebraram novamente e cada vez que a Terra se movia na mesma direção. No entanto, a magnitude desses choques estava constantemente mudando por algum motivo.

Os modelos tradicionais não fornecem explicações satisfatórias para esse fato. Mas, de acordo com o novo modelo de "pinball", todos esses choques repetitivos estão relacionados ao fato de que "bolas" do mesmo tamanho atingem o mesmo ponto de falha, fazendo com que a Terra se mova em uma direção. No entanto, alguns dos choques repetitivos provavelmente ocorreram como resultado de um número maior de ocorrências simultâneas, razão pela qual sua magnitude foi maior.

O novo modelo também pode explicar por que os terremotos causados ​​por falhas maduras - os antigos que escorregaram muitas vezes - geralmente resultam em menos danos do que os terremotos de mesma magnitude em falhas recentes. Terremotos da primeira categoria, com uma longa história de tremores, aterram constantemente seus grandes fragmentos, devido aos quais ocorrem menos colisões, e as ondas de alta frequência geradas se tornam mais fracas.

Graves diz que, se o modelo for confirmado, os cientistas poderão estudar cuidadosamente as zonas de falha e usar sua geometria para prever as ondas destrutivas de alta frequência de futuros terremotos. Além disso, essa idéia pode funcionar em outra direção: se o modelo fornecer uma descrição mais precisa do componente de alta frequência do terremoto, os cientistas provavelmente poderão determinar com mais precisão as propriedades geométricas responsáveis ​​pelos choques, disse Bruhat.

Serão necessárias muito mais cascatas de terremotos observadas em Taiwan - bem como choques de falhas maduras e imaturas - para avaliar os prós e contras relativos dos modelos antigos e novos. Os sismólogos vão querer ver qual deles descreve melhor as observações que eles receberão na superfície.

No entanto, o novo modelo parece "definitivamente intrigante", disse Graves. "Eu acho que é crível e digno de testes adicionais."

"Eu mesmo admito imediatamente que não há evidências de que esse modelo esteja definitivamente correto e que o antigo esteja definitivamente errado", disse Tsai. No entanto, se novas idéias provarem sua superioridade, forçará os sismólogos a "repensar sua compreensão dos terremotos".

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