p Conhecimento em nanoescala das relações entre a água, a fricção e a química mineral podem levar a uma melhor compreensão da dinâmica dos terremotos, pesquisadores disseram em um novo estudo. Engenheiros da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign usaram medições microscópicas de fricção para confirmar que, sob as condições certas, algumas rochas podem se dissolver e fazer com que as falhas escorreguem. p O estudo, publicado no jornal Nature Communications , examina de perto como a água e a calcita - um mineral muito comum na crosta terrestre - interagem em várias pressões e composições da água subterrânea para influenciar as forças de atrito ao longo das falhas.

p "A água está em toda parte nesses sistemas, "disse Rosa Espinosa-Marzal, professor de engenharia civil e ambiental e coautor do estudo. "Há água na superfície dos minerais e nos espaços dos poros entre os grãos minerais nas rochas. Isso é especialmente verdadeiro com rochas contendo calcita por causa da afinidade da água com o mineral."

p De acordo com os pesquisadores, outros estudos correlacionaram a presença de água com o movimento de falhas e terremotos, mas o mecanismo exato permaneceu indefinido. Essa observação é particularmente prevalente em áreas onde operações de fracking estão ocorrendo - um processo que envolve muita água.

p O estudo se concentra em rochas ricas em calcita na presença de salmoura - água salgada subterrânea que ocorre naturalmente - ao longo das superfícies de falha. As superfícies das rochas que deslizam umas sobre as outras ao longo das falhas não são lisas. Os pesquisadores analisaram as pequenas imperfeições naturais ou irregularidades nas superfícies das rochas, chamadas asperezas, no qual o atrito e o desgaste se originam quando as duas superfícies deslizam uma sobre a outra.

p "As propriedades químicas e físicas das rochas defeituosas e as condições mecânicas desses sistemas são variáveis ​​e complexas, tornando difícil levar todos os detalhes em consideração ao tentar responder a esses tipos de perguntas, "Disse Espinosa-Marzal." Então, para ajudar a entender o papel da água na dinâmica da falha, olhamos para uma escala reduzida, modelo simplificado examinando asperezas únicas em cristais de calcita individuais. "

p Para os experimentos, a equipe submergiu cristais de calcita em soluções de salmoura em várias concentrações e os sujeitou a diferentes pressões para simular uma configuração de falha natural. Uma vez que os cristais estavam em equilíbrio com a solução, eles usaram um microscópio de força atômica para arrastar um braço minúsculo com uma ponta de silicone - para simular a aspereza - através do cristal para medir as mudanças na fricção.

p Na maioria dos experimentos, os pesquisadores descobriram o que esperavam:à medida que a pressão aplicada nos cristais aumentava, ficou mais difícil arrastar a ponta pela superfície do cristal. Contudo, quando eles aumentaram a pressão até um certo ponto e a ponta foi movida devagar o suficiente, a ponta começou a deslizar mais facilmente pelo cristal.

p "Isso nos diz que algo aconteceu a essa minúscula aspereza sob altas pressões que causou uma diminuição no atrito, "disse o estudante de graduação e co-autor Yijue Diao." O microscópio de força atômica também nos permite obter imagens da superfície do cristal, e podemos ver que o sulco aumentou de tamanho, confirmando que a calcita havia se dissolvido sob pressão. O mineral dissolvido e a água agiram como um bom lubrificante, causando assim o enfraquecimento observado do contato de aspereza única. "

p "Isso mostra que estudos como esses justificam uma consideração séria em trabalhos futuros, "Disse Espinosa-Marzal. Os pesquisadores reconhecem que ainda há muitas questões a serem abordadas relacionadas a essa pesquisa. No entanto, seu trabalho demonstra que certas interações salmoura-calcita, sob estresse aplicado, induzir a dissolução e diminuir a resistência ao atrito na escala de aspereza única.

p "Nossa pesquisa também sugere que pode ser possível mitigar o risco de terremotos alterando propositalmente as composições de salmoura em áreas que contêm rochas ricas em calcita. Essa consideração pode ser benéfica em áreas onde o fraturamento está ocorrendo, mas este conceito requer uma investigação muito mais cuidadosa, "Disse Espinosa-Marzal.

p "Como um jovem cientista que trabalha em nanoescala, Nunca pensei que a dinâmica de terremotos seria o tipo de coisa que eu estaria pesquisando, "Diao disse." No entanto, aprendemos tanto sobre as coisas em macroescala que estudos em nanoescala como os nossos podem revelar novos insights críticos sobre muitos fenômenos naturais em grande escala. "