Configuração experimental e superação de tensão no início de fluxos granulares. (A) Usamos um reômetro para girar um tubo cilíndrico que repousa sobre uma camada granular em torno de seu eixo de simetria. A inserção mostra uma imagem das microesferas obtidas por um perfilômetro óptico Keyence. (B) O material granular começa a partir de uma configuração de repouso aleatória (inserção inferior esquerda). A aplicação de uma taxa de cisalhamento constante faz com que ele comece a fluir. Após uma ampla ultrapassagem de tensão contínua, ele chega a um estado estacionário com uma configuração alinhada (inserção superior direita). Crédito:Avanços da Ciência (2024). DOI:10.1126/sciadv.adi7302 Terremotos e deslizamentos de terra são notoriamente difíceis de prever e de se preparar. Ao estudar uma versão em miniatura do solo em laboratório, os cientistas do Instituto de Física UvA demonstraram como estes eventos podem ser desencadeados por uma pequena onda de choque externa. Traga um dispositivo de flutuação:ele faz com que o solo se transforme brevemente em líquido.
Ao contrário de um verdadeiro sólido, o solo em que pisamos é geralmente feito de grânulos, como grãos de areia ou pedaços de rocha. Mais profundamente na crosta terrestre, o mesmo se aplica às falhas geológicas onde duas placas tectônicas se encontram. Esses tipos de materiais granulares desordenados nunca são totalmente estáveis. E quando falham, podem ter efeitos catastróficos para nós, que vivemos na superfície da Terra.
O problema é:não é fácil prever ou controlar quando exatamente as forças de atrito que resistem a um deslizamento de terra ou a um terremoto deixarão de ser suficientes para manter o solo no lugar. Felizmente, a física funciona exatamente da mesma forma em sistemas menores que você pode estudar em laboratório. Para reproduzir um terremoto, os físicos Kasra Farain e Daniel Bonn, da Universidade de Amsterdã, usaram uma camada de pequenas esferas com 1 mm de espessura, cada uma com a largura de um fio de cabelo humano.
Sua configuração experimental permitiu-lhes acompanhar com precisão a resposta dos grânulos às forças externas. Para simular as forças que estariam presentes numa encosta íngreme de uma montanha ou numa falha tectónica, eles pressionaram um disco na superfície e rodaram-no lentamente com uma velocidade constante. Ao quicar posteriormente uma bola perto da configuração experimental, desencadeando uma pequena onda sísmica, eles viram como todos os grânulos se deslocaram rapidamente em resposta:eles desencadearam um terremoto em miniatura.
“Descobrimos que uma perturbação muito pequena, uma pequena onda sísmica, é capaz de fazer com que um material granular se reestruture completamente”, explica Farain. Um exame mais aprofundado revelou que, por um breve momento, os grânulos se comportam como um líquido e não como um sólido. Após a passagem da onda desencadeadora, o atrito assume novamente o controle e os grânulos ficam presos novamente, em uma nova configuração.
O mesmo acontece em eventos sísmicos reais. "Terremotos e fenômenos tectônicos seguem leis invariantes à escala, portanto, as descobertas de nossa configuração de fricção em escala laboratorial são relevantes para a compreensão de terremotos remotos desencadeados por ondas sísmicas em falhas de escala muito maior na crosta terrestre", diz Farain.
Em seu artigo, publicado na revista Science Advances , os pesquisadores mostram que o modelo matemático que deduziram de seus experimentos explica quantitativamente como o terremoto Landers de 1992, no sul da Califórnia, desencadeou remotamente um segundo evento sísmico, 415 km ao norte. Além disso, mostram que o seu modelo descreve com precisão o aumento da pressão dos fluidos observado na zona de subducção de Nankai, perto do Japão, após uma série de pequenos terramotos em 2003.
Inspirado em uma mesa instável
Curiosamente, todo este projeto de pesquisa poderia não ter sido concretizado se não fosse pelos colegas de Farain. "Inicialmente, minha configuração experimental estava apenas em uma mesa normal, sem todo o isolamento de vibração sofisticado necessário para medições precisas. Logo, percebi que coisas simples, como alguém passando ou o fechamento da porta, poderiam afetar o experimento. Devo ter sido um um pouco incômodo para meus colegas, sempre pedindo passos mais silenciosos ou fechamentos de portas mais suaves."
Inspirado pela forma como os movimentos dos seus colegas perturbavam a sua configuração, Farain começou a investigar a física em funcionamento. "Depois de algum tempo, atualizei para uma mesa óptica adequada para a configuração, e as pessoas podiam pular ou fazer o que quisessem sem atrapalhar meu trabalho. Mas, fiel às minhas tendências problemáticas, isso não foi tudo. Um pouco mais tarde, voltei ao laboratório com um alto-falante para gerar ruído e ver os efeitos de perturbações controladas."
