As fraturas estão por toda parte.

Eles são as rachaduras na calçada. As fissuras nos cortes de estradas. As texturas de aranha em tijolos e pedras. E essas são apenas as fraturas visíveis na superfície. Debaixo da terra, as fraturas podem se espalhar pelas rochas, criando redes complexas que se estendem por quilômetros.

Entender como as fraturas se formam e onde estão localizadas são questões fundamentais em geociências com implicações importantes para a vida cotidiana. As fraturas influenciam a quantidade de petróleo e gás que pode fluir de um jogo de xisto. Eles podem controlar onde a água subterrânea é abundante ou difícil de obter, e se o dióxido de carbono injetado no subsolo permanecerá no mesmo lugar ou vazará de volta para a atmosfera, onde pode contribuir para a mudança climática.

A maioria dos cientistas buscou respostas para essas perguntas por meio de observações de subsuperfície e pesquisas baseadas em mecânica. Mas essas abordagens não têm tido sucesso em responder até mesmo às perguntas básicas sobre fraturas mais profundas, ambientes mais quentes. Responder a essas perguntas é vital para fazer previsões mais precisas dos padrões de fratura do subsolo e melhores decisões de engenharia.

Um grupo de pesquisa liderado pela Universidade do Texas em Austin está desafiando o paradigma científico atual, argumentando que a mecânica por si só não é suficiente. Para progredir na pesquisa de fraturas, os cientistas precisam começar a considerar o papel da química.

Os pesquisadores publicaram artigo em agosto de 2019 na revista Resenhas de Geofísica defendendo a adoção de uma perspectiva química para entender como os padrões de fratura se desenvolvem. Por exemplo, pesquisas publicadas recentemente mostram que os minerais que revestem o interior das fraturas podem registrar evidências importantes sobre quando e por que as fraturas se formam. Os revestimentos de cristal também podem influenciar o próprio processo de fraturamento. Análises químicas, experimentação, modelagem, e a teoria tem o potencial de aumentar a compreensão dos cientistas sobre como os padrões de fratura se desenvolvem em diferentes escalas de tempo geológicas, disse o autor principal Stephen Laubach, um cientista pesquisador sênior do UT Bureau of Economic Geology, uma unidade de pesquisa da Jackson School of Geosciences.

"Eles são rochas quentes com fluido quente nelas, então eles são ambientes enormemente reativos quimicamente, "Laubach disse.

Laubach é o líder do programa de fratura e diagênese do bureau e é coautor do artigo com 18 outros colaboradores. O artigo baseia-se nas ideias discutidas em um workshop de 2016 sobre a química do desenvolvimento de padrões de fratura patrocinado pelo Departamento de Energia do Escritório de Ciências Básicas de Energia.

De picos de montanhas a formações rochosas com quilômetros de profundidade, as fraturas são as estruturas rochosas mais comuns em muitos ambientes geológicos. Sua abundância influencia a força da rocha circundante e o fluxo do fluido. Contudo, a simplicidade superficial das fraturas também é o que as torna um problema tão difícil de resolver. Com a mecânica e a geometria sozinhas, é praticamente impossível separar os processos que levaram à formação de uma fratura versus outra. A química fornece o contexto necessário para fazer essas distinções.

"Com uma fratura de modo de abertura simples, poderia ter se formado por tantos processos diferentes, "Laubach disse." Quando você vê uma fratura em um pedaço de núcleo, você não pode dizer quando se formou ou por que se formou, especificamente. Você tem pouco para inferir quais padrões estão longe do poço. "

No papel, os autores explicam como a química pode oferecer mais especificidade nos fatores que moldam as fraturas, com a pesquisa se concentrando em fraturas que se formam de 1 a 10 quilômetros abaixo da superfície.

Fraturas nesses ambientes freqüentemente hospedam depósitos minerais dentro deles. Uma vez que diferentes minerais se formam sob condições específicas, os revestimentos minerais servem como um registro dos ambientes rochosos ao longo do tempo. Os próprios minerais também podem impactar o processo de fraturamento e a extensão em que o fluido pode fluir através das redes de fratura.

Laubach disse que a análise da química da fratura já levou a descobertas importantes. Por exemplo, A pesquisa do bureau descobriu que uma rede de fraturas no leste do Texas tem crescido lenta e continuamente por cerca de 50 milhões de anos - muito mais do que o esperado. E o ex-aluno da Jackson School of Geosciences, Abdulaziz Almansour (que obteve um mestrado do programa de Recursos da Terra e Energia da escola em 2017) publicou recentemente um artigo baseado em sua pesquisa de tese que usa análise química de rocha hospedeira para prever com sucesso como as fraturas podem aumentar ou bloquear a produção de petróleo com base no fato de eles serem selados por cimentos minerais ou abertos e capazes de servir como conduítes para hidrocarbonetos.

Contudo, apesar do grande potencial da química para esclarecer o comportamento da fratura, Laubach disse que uma abordagem química ainda é uma perspectiva relativamente incomum que precisa de mais pesquisas em toda a linha.

"Suspeitamos que provavelmente toda uma geração de trabalho observacional e experimental seja necessária, seja com materiais analógicos ou em temperaturas elevadas trabalhando com reações químicas onde reações como a precipitação estão acontecendo, "disse ele." Nos anos 60, houve um grande impulso para a mecânica de fratura relacionada ao laboratório. Acho que provavelmente temos outra rodada disso. "

Giovanni Bertotti, um pesquisador de fraturas que não estava envolvido com a publicação e chefe da seção de Engenharia Civil e Geociências da Delft University of Technology, chamou o jornal de um "marco" e disse que espera que o artigo seja lido por uma ampla gama de pessoas na academia e na indústria.

"O artigo de Laubach et al. É uma excelente visão geral do conhecimento atual sobre esses sistemas de fratura e uma visão inspiradora dos desafios futuros, " ele disse.