As vibrações viajam pelo nosso planeta em ondas, como acordes ecoando de uma guitarra dedilhada. Terremotos, vulcões e a agitação da atividade humana estimulam algumas dessas ondas sísmicas. Muitos mais reverberam das tempestades oceânicas causadas pelo vento.

Enquanto as tempestades agitam os mares do mundo, ondas chicoteadas pelo vento na superfície interagem de uma maneira única que produz batidas de pressão semelhantes a pistão no fundo do mar, gerando uma torrente de tremores fracos que ondulam pela Terra em todos os cantos do globo.

"Há uma marca desses três sistemas terrestres nos dados sísmicos ambientais:atmosfera, As camadas externas rochosas da Terra e o oceano, "disse a geofísica da Universidade de Stanford Lucia Gualtieri, autor principal de um artigo em Proceedings of the National Academy of Sciences isso ajuda a resolver um enigma de décadas sobre a física das ondas sísmicas relacionadas às tempestades oceânicas.

Conhecidos como microssismos secundários, as pequenas ondas sísmicas excitadas por oceanos agitados são tão onipresentes e caóticas que os sismólogos há muito colocam os dados de lado. "Quando você grava essas ondas, o registro sísmico parece ruído aleatório porque existem tantas fontes, um perto do outro na extensa área de uma tempestade. Eles estão todos agindo ao mesmo tempo, e os campos de onda resultantes interferem uns com os outros, "Gualtieri disse." Você quer apenas descartá-lo. "

Ainda assim, nos últimos 15 anos, pesquisadores descobriram uma maneira de extrair significado desses dados barulhentos. Ao analisar a rapidez com que pares de ondas viajam de uma estação sísmica para outra, eles começaram a colher insights sobre os materiais pelos quais estão se movendo. "Usamos ondas sísmicas como raios-X em imagens médicas para escanear a Terra, "disse Gualtieri, que é professor assistente de geofísica na Escola da Terra de Stanford, Energia e Ciências Ambientais (Stanford Earth).

Amo ondas do fundo do oceano

Ao contrário de uma única onda do oceano rolando pela superfície, que morre antes de chegar ao fundo do mar, as interações caóticas de ondas viajando em direções opostas durante uma tempestade podem criar um movimento oscilante para cima e para baixo na superfície que pulsa todo o caminho até a Terra sólida abaixo. Vibrações conhecidas como ondas Rayleigh viajam para fora do pulso, movendo o solo para cima e para baixo à medida que avançam.

Por décadas, cientistas entenderam o componente vertical dos microssismos de tempestade oceânica, onde as ondas Rayleigh dominam. Mas há outro conjunto de vibrações registradas durante as tempestades oceânicas que são inexplicáveis ​​nas teorias aceitas de como os mares tempestuosos geram movimentos na Terra sólida. Essas vibrações, chamado ondas de amor em homenagem a seu descobridor do século 20, empurrar partículas de rocha subterrânea lado a lado - perpendicular ao seu caminho para a frente - como uma cobra deslizando. "Essas ondas não deveriam estar lá, "Gualtieri disse." Não sabíamos de onde eles vinham. "

Os cientistas apresentaram duas explicações plausíveis. Uma ideia é que, quando a força vertical que bombeia da colisão das ondas do oceano encontra um declive no fundo do mar, ele se divide e forma os dois tipos diferentes de ondas de superfície:Rayleigh e Love. "Nesse caso, a fonte das ondas do amor estaria muito perto da fonte das ondas Rayleigh, se não for o mesmo local, "Gualtieri disse.

Mas a pesquisa de Gualtieri, em coautoria com geocientistas da Universidade de Princeton, descobre que as encostas e inclinações do fundo do mar não são íngremes o suficiente para gerar a forte força horizontal necessária para produzir as ondas de Love captadas pelos gravadores sísmicos. Seus resultados, publicado em 9 de novembro, apoiar uma teoria alternativa, em que as ondas de Amor se originam dentro da própria Terra. Acontece que quando os mares varridos pelo vento reduzem a pressão para o fundo do mar, a estrutura de retalhos da Terra sólida por baixo responde com um estrondo próprio.

"Entendemos como os terremotos criam ondas de amor, mas nunca descobrimos exatamente como as ondas do oceano os criam, "disse o especialista em ruído sísmico ambiente Keith Koper, professor de geologia e geofísica e diretor de estações sismográficas da Universidade de Utah, que não estava envolvido com o estudo. "Isso é um pouco embaraçoso porque ondas de amor geradas pelo oceano foram observadas por mais de 50 anos." O jornal liderado por Gualtieri, ele disse, "fornece evidências conclusivas" de como as ondas do oceano geram esse tipo particular de vibração na Terra.

Simulando a Terra

Usando o supercomputador Summit no Oak Ridge National Laboratory, os pesquisadores simularam as complexas interações que ocorrem entre as tempestades, ondas do oceano e da Terra sólida em períodos de três horas. Preciso de até quatro segundos, cada simulação incluiu 230, 400 fontes de pressão espalhadas por todo o globo. "Estamos usando o computador como um laboratório, para permitir que as ondas sísmicas se propaguem de fontes realistas em todos os oceanos do mundo com base na física conhecida sobre como e onde as ondas sísmicas são geradas por tempestades oceânicas, bem como como eles se movem pela Terra, "Gualtieri disse.

Uma versão do modelo da Terra representava o planeta como um mundo estratificado simplista, onde as propriedades variam apenas com a profundidade, como um bolo de camadas. O outro, modelo mais realista capturou mais da variação tridimensional em seu terreno subterrâneo, como um biscoito de chocolate. Para cada versão, os pesquisadores ligaram e desligaram os dados de profundidade subaquática para testar se o fundo do mar apresenta, como desfiladeiros, ravinas e montanhas - em oposição à estrutura mais profunda - poderiam produzir ondas de Amor.

Os resultados mostram que as ondas de amor são mal geradas no bolo de camadas, Terra unidimensional. Dado cerca de 30 minutos e um oceano estrondoso, Contudo, Ondas de amor emanaram do fundo do mar no modelo tridimensional. Quando as ondas Rayleigh e outras ondas sísmicas geradas por tempestades oceânicas encontram zonas mais quentes ou mais frias e diferentes materiais em sua jornada lateral pela Terra, o estudo sugere que sua energia se dispersa e reorienta. No processo, uma parte do campo de ondas se converte em ondas de Amor. "Se você aplicar essas fontes de pressão de ondas oceânicas interferentes e esperar, a Terra lhe dará todo o campo de ondas, "Gualtieri disse." É a própria Terra que vai gerar as ondas de Amor. "

De acordo com Gualtieri, uma melhor compreensão de como essas vibrações surgem e se propagam pela Terra poderia ajudar a preencher as lacunas no conhecimento não apenas do interior de nosso planeta, mas também de suas mudanças climáticas. As gravações sísmicas analógicas datam de antes da era dos satélites, e dados digitais de alta qualidade foram registrados por várias décadas.

“Este banco de dados contém informações sobre processos ambientais, e é virtualmente inexplorado, " ela disse.