Oklahomans não são estranhos aos caprichos da Mãe Natureza. De tornados e inundações a incêndios florestais e tempestades de inverno, o estado vê mais do que sua cota de perigos naturais. Mas antes de 2009, "terra firme" em Oklahoma significava exatamente isso - terremotos raramente abalavam o estado.

Então, depois de décadas de silêncio sísmico, onde o estado teve em média menos de dois terremotos de magnitude 3 ou mais por ano, Oklahoma de repente viu um aumento acentuado, para 20 desses terremotos em 2009. Em 2013, havia 109 desses terremotos. Desde então, os números dispararam, chegando a 903 em 2015 antes de cair no ano passado para 623. No processo, Oklahoma ultrapassou a Califórnia para se tornar o mais sismicamente ativo dos 48 estados dos EUA.

Em 2011, um terremoto de magnitude 5,7 e dois terremotos de magnitude 5,0 ocorreram perto da cidade de Praga, em Oklahoma, causando danos e ferimentos. Então, no último dia 3 de setembro, um terremoto de magnitude 5,8 atingiu alguns quilômetros a noroeste da cidade de Pawnee, população 2, 200. Aquele terremoto, que ocorreu em uma falha não mapeada anteriormente, foi o mais forte já medido por instrumentos em Oklahoma. Ele abalou uma grande área do centro-norte de Oklahoma e foi sentido em todo o meio-oeste e em lugares tão distantes quanto Phoenix e Pittsburgh.

Uma história de detetive sísmica, Com Satélites

Mesmo antes de a NASA estudar o terremoto Pawnee, estudos publicados desde o final do ano passado pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos e outras instituições sugeriram que o terremoto foi causado pelo homem devido ao aumento na injeção de água residual relacionada às operações petrolíferas. Poços de injeção colocam fluidos no subsolo em formações geológicas porosas, que os cientistas acreditam que às vezes podem inserir falhas ocultas que estão prontas para escorregar.

Para lançar luz adicional sobre a origem do terremoto Pawnee, uma equipe liderada pelo geofísico Eric Fielding do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, usaram dados sísmicos aprimorados e análise de imagens de satélite para estimar com mais precisão a localização e a extensão da falha responsável pelo terremoto, seu hipocentro (o ponto abaixo da superfície da Terra onde o terremoto começou) e seus tremores secundários, e para medir como a falha se moveu. Os resultados de seu estudo foram publicados recentemente em Cartas de pesquisa sismológica .

Para ajudar a identificar qual falha foi rompida e onde o terremoto principal começou, A equipe de Fielding atualizou os locais dos terremotos publicados em um catálogo de tremores secundários do Oklahoma Geological Survey. O catálogo incluiu quase 2, 200 terremotos de magnitude maior que 1,0 dentro de cerca de 31 milhas (50 quilômetros) do choque principal de 3 de setembro.

Perto de Pawnee, as principais falhas são orientadas na direção nordeste ou norte. Mas a maioria das réplicas do terremoto de 3 de setembro ocorreu ao longo de uma linha tendendo a leste-sudeste a partir do epicentro. Conforme relatado em estudos anteriores e confirmado pela equipe de Fielding, isso disse aos cientistas que o choque principal não ocorreu em uma falha mapeada anteriormente, mas em uma nova falha chamada Falha do Lago Sooner.

Para determinar quais partes da falha escorregaram no terremoto, A equipe de Fielding analisou dados de radar de abertura sintética interferométrica (InSAR) dos satélites Copernicus Sentinel-1A e Sentinel-1B operados pela Agência Espacial Europeia e McDonald, Dettweiler and Associates Ltd satélite RADARSAT-2. A equipe comparou os dados InSAR de vários viadutos de satélite antes e depois do choque principal para criar imagens de deformação do solo conhecidas como interferogramas. O terremoto Pawnee é o primeiro terremoto de Oklahoma a ser observado usando dados de satélite de radar.

"Os satélites de radar nos permitem estudar detalhes de terremotos em falhas que não foram mapeadas anteriormente e não atingem a superfície, "Fielding disse." Isso nos permite aprender mais sobre os processos que causam terremotos. "

Os interferogramas criados pela equipe a partir dos dados do InSAR mostraram o solo deformado em um padrão consistente com deslizamento ao longo de uma falha de tendência leste-sudeste. Os interferogramas também mostraram que o terremoto não rompeu a superfície da Terra, consistente com os relatórios de campo.

Vendo o Invisível:Criando Modelos de Computador de uma Falha Enterrada

Em seguida, a equipe de Fielding inseriu os dados do tremor posterior e do InSAR em um computador para criar modelos da localização provável da falha e de quais partes da falha escorregaram durante o terremoto.

Seu modelo preferido de Sooner Lake Fault calcula que ela mergulha verticalmente e tem 11 milhas (18 quilômetros) de comprimento e 9 milhas (15 quilômetros) de largura. O modelo também calcula que o movimento na falha ocorreu a mais de 2,3 quilômetros abaixo da superfície, e que as partes que mais se moveram estavam localizadas a mais de 4,5 quilômetros. Essas descobertas são consistentes com a ruptura de uma falha principal ocorrendo na rocha do embasamento cristalino abaixo de camadas de rocha sedimentar mais rasas.

Pistas apontam para um terremoto induzido por humanos

Os resultados da equipe mostram que o choque principal começou a uma profundidade de cerca de 2,8 milhas (4,5 quilômetros) abaixo da superfície e se moveu para baixo a uma profundidade de pelo menos 6,2 milhas (10 quilômetros) e talvez até 8,7 milhas (14 quilômetros), nas rochas do embasamento abaixo da camada sedimentar. Essa direção de ruptura para baixo é incomum para terremotos naturais. A falha caiu horizontalmente cerca de 2 pés (60 centímetros) a uma profundidade de 7,5 milhas (12 quilômetros).

"Nossos resultados mostrando uma ruptura de falha descendente são consistentes com um terremoto induzido pelo homem resultante da injeção de águas residuais, em vez de um terremoto causado naturalmente, "disse Fielding.

Fielding disse que a pesquisa pode ajudar a gerenciar melhor a sismicidade induzida. "Ao compreender como e onde os terremotos são induzidos pela injeção de águas residuais, podemos ser capazes de mitigar o risco identificando zonas que devem ser evitadas para injeção, " ele disse.

A missão NASA-ISRO SAR (NISAR), planejado para lançamento em 2021, pode ajudar os cientistas a identificar falhas responsáveis ​​por terremotos e aprender mais sobre suas causas, tanto natural quanto induzido pelo homem. Irá fornecer cobertura frequente de todas as áreas de terra duas vezes a cada 12 dias.