Uma figura que ilustra como fatias de tomografia computadorizada permitem a visualização detalhada e investigação de grãos de amostra de rocha. Crédito:Eric Goldfarb
Depois de esmagar, cortar ou fraturar uma rocha, não há reformulações. É um fato que significa que os geocientistas devem ser particularmente cuidadosos sobre quais amostras de rocha podem sacrificar para experimentos de física e quais devem permanecer na plataforma.
Uma equipe de pesquisadores de geociências da Universidade do Texas em Austin está trabalhando para mudar isso com um novo método de criação de réplicas digitais de amostras de rocha que é mais preciso e simples de usar do que outras técnicas.
As réplicas digitais podem tomar o lugar da coisa real em certos experimentos, permitindo que os cientistas aprendam sobre amostras de rochas sem ter que tocá-las. Eles também permitem que os cientistas coletem dados de amostras que são muito pequenas para realizar determinados experimentos, como cascalhos trazidos durante a perfuração de petróleo.
"Agora não temos que levar uma pedra para o laboratório, "disse Ken Ikeda, um estudante de pós-graduação na Escola de Geociências UT Jackson. "Não temos que arriscar uma amostra, não há como estragar tudo. "
Ikeda é o autor principal de um artigo publicado no Journal of Geophysical Research - Solid Earth em 14 de abril, 2020, que descreve o novo método. A pesquisa foi conduzida inteiramente por pesquisadores da Jackson School do Departamento de Ciências Geológicas, com os outros dois autores sendo o estudante de graduação Eric Goldfarb, e Nicola Tisato, professor assistente do Departamento de Ciências Geológicas da Jackson School.
Um diagrama que mostra como uma tomografia computadorizada de uma fatia de amostra de rocha é convertida de uma imagem tomográfica em matrizes de propriedades elásticas. Essas matrizes fornecem valores-chave na construção de modelos digitais de rocha. Crédito:Ikeda et al.
Em seu estudo, os pesquisadores testaram seu método contra dois outros, comparar como as três técnicas se saíram no cálculo da velocidade com que as ondas sísmicas podem se mover através de uma amostra. O novo método foi o que mais se aproximou das velocidades medidas na amostra real, com o cálculo sendo desviado em 4,5%. Os outros métodos apresentaram desvios de 4,7% e 29%.
Os dados de velocidade sísmica são uma ferramenta fundamental usada por geocientistas para aprender sobre as formações rochosas subterrâneas. Mas os pesquisadores disseram que seu método poderia ser usado para calcular uma série de outras propriedades importantes da rocha, como permeabilidade ou condutividade elétrica.
Todas as réplicas digitais de rocha são construídas usando dados coletados de uma tomografia computadorizada de uma amostra de rocha, que fornece um registro de alta resolução de como a rocha interage com os raios-X. Ao analisar essas informações, os pesquisadores podem determinar as propriedades físicas da amostra.
Os outros dois métodos vieram com compensações de processamento. Um desses métodos pode levar em conta poros e fraturas na amostra de rocha - características que têm uma grande influência na elasticidade geral - mas requer um alvo, uma amostra pura do mineral que constitui a maior parte da rocha, para ser escaneado ao mesmo tempo que a rocha. O outro método não requer um alvo, mas não pode explicar os poros e fraturas.
A nova técnica contorna esses trade-offs por meio de amostragem para alvos, usando extremos nos dados de raios-X para encontrar pedaços de mineral puro - algo que os pesquisadores chamam de "pseudotarget" - bem como fraturas e poros.
A figura à esquerda mostra uma imagem de TC de uma fatia de amostra de rocha. A imagem à direita mostra a mesma imagem com pontos extremos locais (vermelho) e mínimos locais (verde). Esses pontos servem como "pseudodestinos" e permitem aos pesquisadores determinar as principais propriedades sobre a amostra de rocha inteira em um ambiente digital. Crédito:Ikeda et al.
"Uma rocha tem certas áreas que são intocadas, grãos de quartzo imaculados, e espaço, poros, que estão totalmente vazios, "Tisato disse." Então, se você encontrar esses pontos, você tem pontos de calibração. "
Sem a necessidade de um alvo mineral puro para acompanhar uma amostra, a técnica simplifica o processo de varredura por TC. O estudo também mostra que, quando se trata de calcular a velocidade sísmica, a técnica é mais precisa do que os outros dois métodos.
Gary Mavko, um professor emérito em geofísica da Universidade de Stanford que não participou da pesquisa, disse que o estudo ajuda no avanço da pesquisa em um campo de rápido crescimento.
"Este trabalho representa uma nova abordagem promissora para a física digital de rocha elástica - o problema muito estudado de prever propriedades elásticas efetivas de materiais terrestres porosos a partir de imagens de TC de alta resolução, " ele disse.
Atualmente, a nova técnica só pode ser aplicada a amostras feitas principalmente de um único mineral - como o núcleo de Berea Sandstone usado no estudo. No entanto, há uma abundância de pedras fascinantes que se encaixam no projeto. Goldfarb disse que aplicou a técnica a três meteoritos de Marte, amostras atualmente sendo estudadas por Scott Eckley, aluno de pós-graduação da Jackson School.
O exemplo do meteorito destaca o valor da técnica como uma forma de tornar espécimes raros mais acessíveis para pesquisa, Goldfarb disse. Uma réplica de rocha de alta qualidade significa que você não precisa de um meteorito em seu laboratório para poder estudá-lo.
