Os cientistas do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) criaram um novo modelo de tomografia de forma de onda adjacente que simula com mais precisão os movimentos do solo de terremotos e explosões. O artigo, publicado no Journal of Geophysical Research:Solid Earth , foi selecionado para um Destaque do Editor.
A tomografia sísmica é um método para estimar as propriedades de materiais sísmicos tridimensionais (3D) inacessíveis da Terra, especificamente as velocidades de composição e variações de temperatura relacionadas às ondas de compressão e cisalhamento. Ele fornece imagens de estruturas 3D relacionadas a processos tectônicos de placas, bem como modelos para melhor representar a propagação de ondas sísmicas através da estrutura complexa da Terra.

Ao contrário dos modelos típicos de tomografia sísmica, este modelo utiliza simulações de propagação de ondas totalmente tridimensionais para calcular a sensibilidade dos sismogramas observados à estrutura da Terra, permitindo simulações mais precisas e melhores estimativas das propriedades da fonte sísmica.

Na nova pesquisa, os cientistas criaram um novo modelo da estrutura sísmica 3D para os 400 km superiores da Terra no oeste dos Estados Unidos usando tomografia de forma de onda adjunta (AWT). O modelo é produzido por um processo de inversão de forma de onda computacionalmente intensivo que atualiza o modelo de subsuperfície para melhorar a correspondência com os sismogramas observados. Para triangular características no modelo, o AWT também é intensivo em dados, exigindo muitos sismogramas cruzando a região alvo.

A equipe - composta por cientistas do Programa de Monitoramento Geofísico (GMP) do LLNL e pesquisadores da Mondaic, uma pequena empresa incubadora do Instituto Federal Suíço de Tecnologia - usou mais de 60.000 simulações de HPC no supercomputador Lassen do LLNL para executar 256 iterações de modelos para 72 terremotos para caber quase 100.000 sismogramas.

“Embora existam outros modelos do oeste dos EUA, este modelo é único, pois é baseado em muito mais iterações de inversão do que os modelos anteriores e fornece ajustes muito melhores aos sismogramas registrados”, disse o cientista do LLNL Artie Rodgers, principal autor do artigo. “Ele também pode fornecer estimativas mais precisas das características da fonte sísmica, removendo a distorção devido à estrutura 3D da Terra desconhecida em modelos anteriores”.

Os pesquisadores descobriram que a estrutura sísmica é composta de variações 3D nas velocidades e densidade das ondas sísmicas de compressão e cisalhamento, e as ondas polarizadas horizontal e verticalmente têm velocidades diferentes.

Enquanto muitos estudos de tomografia sísmica se concentram em imagens de estruturas subsuperficiais, a principal motivação no novo trabalho foi o desenvolvimento de um modelo 3D para ajustes aprimorados de formas de onda de períodos de 20 a 120 segundos após um movimento da Terra.

“Produzimos uma estrutura 3D mais detalhada da crosta e do manto superior com o objetivo de melhorar as capacidades preditivas de simulações de formas de onda 3D para aplicações como caracterização de fontes e/ou simulações de movimento terrestre de terremotos de longo período”, disse Rodgers. "Os ajustes de forma de onda são notavelmente melhores com nosso modelo final em comparação com modelos anteriores da mesma região."

Os métodos de monitoramento de explosões nucleares podem se beneficiar de modelos 3D que podem simular com precisão formas de onda de curto período (20 s), que são fortemente impactadas pela estrutura da crosta e do manto superior. Da mesma forma, os estudos de risco e perigo de movimento do solo em terremotos exigem simulações de formas de onda de período muito mais curto (menos de 5 a 10 s) do que as encontradas no novo modelo. No entanto, Rodgers disse que a estrutura em grande escala deve primeiro ajustar os dados de período mais longo antes de detalhar as ondas de período mais curto. O trabalho para resolver a estrutura de escala mais fina está em andamento.

Este novo método permite ao LLNL explorar mais informações de forma de onda sísmica para apoiar o monitoramento nacional e internacional de testes nucleares. A estudante de pós-graduação da UC Berkeley Claire Doody e os cientistas do LLNL Andrea Chiang e Nathan Simmons também contribuíram para a pesquisa. + Explorar mais

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