Em junho de 2019, um terremoto de magnitude 4,0 ocorreu sob o Lago Erie, perto da costa de Ohio, cerca de 32 quilômetros a nordeste de Cleveland.
Embora nenhum dano tenha sido relatado, o terremoto subaquático foi amplamente sentido até 60 milhas de distância - em todo o nordeste de Ohio e em partes da Pensilvânia, Ontário e sudeste de Michigan.

O terremoto e vários tremores secundários ocorreram perto do final de um período de aumentos recordes nos níveis de água dos Grandes Lagos e coincidiram com o nível de água mais alto já registrado no Lago Erie. Poderia haver uma conexão entre a sismicidade do Lago Erie e os níveis de água flutuantes no lago?

Para descobrir, pesquisadores da Universidade de Michigan e seus colegas compilaram um novo catálogo de 437 terremotos relativamente pequenos na área do Lago Erie que ocorreram entre 2013 e 2020 – o catálogo mais completo já obtido. Todos os terremotos foram menores do que o evento de junho de 2019 e a maioria provavelmente não foi percebida pelos moradores da região.

Em seguida, os pesquisadores calcularam as tensões que a mudança dos níveis de água do Lago Erie transmitiria às falhas nas rochas sob o lago e usaram vários métodos estatísticos para procurar uma correlação entre as taxas de terremotos e os níveis de água.

O veredicto deles?

"Nenhuma correlação conclusiva pode ser estabelecida entre a taxa de terremoto e o nível da água ou a taxa de mudança do nível da água", disse o geofísico da U-M Yihe Huang, coautor de um estudo publicado on-line em 9 de maio na revista Seismological Research Letters .

A falta de uma arma fumegante pode ser em parte devido ao número limitado de terremotos no novo catálogo, de acordo com os pesquisadores. Além disso, as mudanças de estresse induzidas pelo Lago Erie em falhas de terremoto próximas são provavelmente 10 ou 100 vezes menores do que as vistas em lugares - como o reservatório atrás da enorme barragem de Koyna, na Índia - onde os terremotos foram atribuídos à mudança dos níveis de água.

“Não podemos descartar totalmente o impacto do aumento do nível da água na reativação das falhas que abrigaram a sequência do terremoto de Ohio de 2019”, disse o principal autor do estudo, Dongdong Yao, ex-pesquisador de pós-doutorado da U-M que agora está na Universidade de Geociências da China.

“Nossos resultados destacam a necessidade de um monitoramento mais denso e mais próximo da sismicidade do lago para investigar melhor o impacto da mudança da carga de água na reativação de falhas rasas nesta região”.

Para acompanhar suas descobertas, Huang e seus colegas usarão novas técnicas para monitorar a sismologia regional dos Grandes Lagos e realizarão simulações baseadas em física. Especificamente:

• Huang e o sismólogo da U-M Zack Spica estão planejando um experimento de campo neste verão para converter um cabo de fibra ótica existente no Lago Ontário em sensores que podem monitorar melhor a sismicidade e outros fenômenos como seiches, correntes de fundo ou mudanças no nível da água. Estudos anteriores em outras partes do país demonstraram o potencial de usar as redes existentes de cabos de fibra óptica (as mesmas fibras ópticas que fornecem internet de alta velocidade e vídeo HD para nossas casas) para estudar terremotos.
• Huang e seus colegas irão simular as tensões adicionais nas falhas de terremotos na área do Lago Erie causadas por altos níveis de água, bem como o grau em que a água do lago que percola no leito rochoso pode ajudar a lubrificar essas falhas. "Esses dois efeitos podem estar competindo entre si na natureza, e as simulações baseadas em física podem nos ajudar a determinar qual efeito é mais importante", disse ela.

Além disso, Huang e sua equipe ainda estão analisando dados de uma rede de oito sismógrafos, conhecida como projeto LEEP para o experimento do terremoto do Lago Erie, que eles operaram no canto oeste do Lago Erie de outubro de 2018 a julho de 2021.

A região dos Grandes Lagos é geralmente considerada sismicamente inativa, e terremotos de magnitude 5 ou maior são raros. No entanto, terremotos com magnitudes superiores a 2 ocorrem duas ou três vezes por ano na região, principalmente ao redor dos lagos Erie e Ontário. Terremotos com magnitudes de 2,5 a 3 são os menores geralmente sentidos pelas pessoas.

"Não temos certeza se as falhas na área do Lago Erie podem produzir terremotos destrutivos ou mortais", disse Huang, professor assistente do Departamento de Ciências da Terra e Ambientais da UM. "É por isso que os sismólogos estão interessados ​​em estudar uma sequência de terremotos de magnitude 4 nesta região."

Desde o início de 2010, o leste de Ohio viu um aumento significativo na frequência de terremotos relativamente pequenos. As origens desses terremotos são pouco compreendidas, mas alguns estudos anteriores sugeriram que eles podem ser atribuídos às atividades de injeção de águas residuais e fraturamento hidráulico.

A sismicidade induzida por injeção também foi sugerida como o gatilho para o último terremoto de magnitude 5 da região, que ocorreu em janeiro de 1986 no nordeste de Ohio, a leste de Cleveland, no sul do condado de Lake.

No novo estudo, que abrange o período de 2013 a 2020, a equipe liderada pela U-M encontrou um conjunto de terremotos nas proximidades do tremor de 1986 e perto de poços de descarte de águas residuais que estavam operando durante o período de estudo. Eles concluíram que esse conjunto de terremotos "pode ​​ser potencialmente induzido pelo descarte de águas residuais".

“Mais intrigante, o terremoto de 1986 também estava acontecendo durante outro período de níveis de água altos registrados nos Grandes Lagos”, escreveram os autores. "No entanto, devido a uma grande distância em relação ao Lago Erie, seria difícil avaliar o impacto da mudança de estresse induzida pelo lago no desencadeamento do terremoto de 1986."

Para criar seu novo catálogo de 437 terremotos na área do Lago Erie, os pesquisadores começaram com 27 terremotos relatados anteriormente listados no Catálogo Abrangente de Terremotos do Sistema Sísmico Nacional Avançado, conhecido como catálogo ComCat.

As redes de sismógrafos dos EUA capturaram gravações contínuas de movimentos do solo na região durante o período de estudo. Usando as formas de onda produzidas pelos 27 terremotos conhecidos como modelos, a equipe escaneou as gravações contínuas em busca de terremotos não detectados anteriormente com formas de onda semelhantes. O processo é chamado de correspondência de modelo.

A maioria dos terremotos no novo catálogo não teria sido sentida pelos moradores da área e só são detectáveis ​​por sismômetros próximos sensíveis a pequenas quantidades de tremores de solo.

O novo catálogo revelou de 20 a 40 pequenos terremotos por ano durante o período de estudo, levando ao evento de junho de 2019. Uma alta taxa de sismicidade em 2019 foi dominada por tremores secundários após o terremoto de magnitude 4,0.

Além de compilar o novo catálogo abrangente, a equipe também foi a primeira a mapear a falha que se rompeu para produzir o terremoto de 2019, que ocorreu a uma profundidade de aproximadamente 2 quilômetros (1,2 milhas).