Engenheiros da Duke University desenvolveram um modelo que pode prever os primeiros comportamentos mecânicos e as origens de um terremoto em vários tipos de rocha. O modelo fornece novos insights sobre fenômenos inobserváveis ​​que ocorrem quilômetros abaixo da superfície da Terra sob incríveis pressões e temperaturas, e poderia ajudar os pesquisadores a prever melhor os terremotos - ou mesmo, pelo menos teoricamente, tente detê-los.

Os resultados aparecem online no dia 17 de janeiro na revista Nature Communications .

"Terremotos se originam ao longo de linhas de falha no subsolo, onde condições extremas podem causar reações químicas e transições de fase que afetam o atrito entre as rochas à medida que se movem umas contra as outras, "disse Hadrien Rattez, um cientista pesquisador em engenharia civil e ambiental na Duke. "Nosso modelo é o primeiro que pode reproduzir com precisão como a quantidade de atrito diminui à medida que a velocidade do deslizamento da rocha aumenta e todos esses fenômenos mecânicos são desencadeados."

Por três décadas, pesquisadores construíram máquinas para simular as condições de uma falha empurrando e torcendo dois discos de rocha um contra o outro. Esses experimentos podem atingir pressões de até 1450 libras por polegada quadrada e velocidades de um metro por segundo, que é a rocha subterrânea mais rápida que pode viajar. Para um ponto de referência geológico, a placa tectônica do Pacífico se move a cerca de 0,00000000073 metros por segundo.

“Em termos de movimento do solo, essas velocidades de um metro por segundo são incrivelmente rápidas, "disse Manolis Veveakis, professor assistente de engenharia civil e ambiental na Duke. "E lembre-se de que atrito é sinônimo de resistência. Portanto, se a resistência cair para zero, o objeto se moverá abruptamente. Este é um terremoto. "

Nestes experimentos, a superfície das rochas começa a se transformar em uma espécie de gel ou a derreter, diminuindo o coeficiente de atrito entre eles e facilitando seu movimento. Está bem estabelecido que à medida que a velocidade dessas rochas em relação umas às outras aumenta para um metro por segundo, o atrito entre eles cai como uma rocha, pode-se dizer, não importa o tipo. Mas até agora, ninguém havia criado um modelo que pudesse reproduzir com precisão esses comportamentos.

No papel, Rattez e Veveakis descrevem um modelo computacional que leva em consideração o balanço de energia de todos os processos mecânicos complicados que ocorrem durante o movimento da falha. Eles incorporam mecanismos de enfraquecimento causados ​​pelo calor que são comuns a todos os tipos de rocha, como a decomposição mineral, lubrificação e fusão de nanopartículas à medida que a rocha passa por uma mudança de fase.

Depois de executar todas as suas simulações, os pesquisadores descobriram que seu novo modelo prevê com precisão a queda no atrito associada a toda a gama de velocidades de falha de experimentos em todos os tipos de rocha disponíveis, incluindo halita, silicato e quartzo.

Como o modelo funciona bem para tantos tipos diferentes de rocha, parece ser um modelo geral que pode ser aplicado à maioria das situações, que pode revelar novas informações sobre as origens dos terremotos. Embora os pesquisadores não consigam recriar totalmente as condições de uma falha, modelos como esse podem ajudá-los a extrapolar para pressões e temperaturas mais altas para obter uma melhor compreensão do que está acontecendo quando uma falha se forma em um terremoto.

"O modelo pode dar significado físico a observações que geralmente não conseguimos entender, "Rattez disse." Fornece muitas informações sobre os mecanismos físicos envolvidos, como a energia necessária para diferentes transições de fase. "

"Ainda não podemos prever terremotos, mas esses estudos são passos necessários que precisamos tomar para chegar lá, "disse Veveakis." E, em teoria, se pudéssemos interferir com uma falha, poderíamos rastrear sua composição e intervir antes que se tornasse instável. Isso é o que fazemos com deslizamentos de terra. Mas, claro, as linhas de falha estão a 20 milhas subterrâneas, e atualmente não temos capacidade de perfuração para chegar lá. "