Em uma manhã ensolarada de setembro de 1985, um grande terremoto matou mais de 9.000 pessoas na Cidade do México, embora o epicentro do terremoto estivesse a cerca de 320 quilômetros de distância.
O pior dano aconteceu na própria cidade – em parte, porque a Cidade do México foi construída sobre uma antiga bacia cercada por montanhas. Acredita-se que a base macia tenha amplificado o tremor, fazendo com que as ondas sísmicas ricocheteassem no solo.
Os cientistas estão preocupados porque muitas cidades populosas do mundo, como Los Angeles, são construídas em bacias semelhantes, e tem sido difícil para os pesquisadores entender como o solo se move em tais terremotos. Mas uma técnica inovadora usando impressão 3D e lasers pode ajudar a melhorar nosso conhecimento sobre o que acontece durante o tremor do solo e como diferentes formações e camadas abaixo do solo diminuem ou aumentam os danos em terremotos.
“Sabemos que você experimentaria o mesmo terremoto de maneira diferente se estivesse em uma bacia ou em uma montanha, mas prever ou simular isso é realmente difícil, em parte porque é difícil obter o nível de detalhe necessário”, disse Sunyoung Park. , geofísico da Universidade de Chicago e principal autor de um estudo que descreve o processo publicado na Scientific Reports. “Com esses modelos 3D, você pode obter um nível de granularidade que realmente ajuda a ver padrões que você não veria de outra forma. É uma técnica muito legal.”
Verdade do terreno
Sob nossos pés, o solo é composto de diferentes camadas estabelecidas ao longo de eras. Estes podem variar de argila mole a xisto quebradiço. Cada uma reage de forma diferente durante um terremoto – por exemplo, camadas mais flexíveis podem absorver algum movimento, enquanto outras o amplificam. A profundidade e a intensidade de um terremoto, bem como a geografia ao redor, também podem desempenhar um papel, fazendo com que as ondas ricocheteem. Todos esses fatores se combinam para tornar extremamente difícil prever os danos causados por terremotos.
Os cientistas podem usar computadores para tentar modelar o que acontece, mas é imperfeito. “Simular tudo isso é muito difícil de fazer, não apenas porque é computacionalmente intensivo, mas não sabemos o suficiente sobre a física em pequenas escalas – ou seja, até o nível de uma milha ou menos”, explicou Park. “Por exemplo, se há aquíferos cheios de água ou câmaras de magma, como isso afeta as ondas? Não sabemos muito bem.”
Datando da década de 1920 no Japão, os cientistas experimentaram a construção de modelos físicos reais do solo para entender o que acontece nos terremotos. Mas eles são extremamente trabalhosos e limitados. “Você tem que esculpir muitas camadas individuais e tentar colá-las perfeitamente, e há tantos tipos diferentes de rocha que é difícil obter replicações precisas”, disse Park.
Park e seus colaboradores, portanto, acharam que seria um aplicativo perfeito para impressão 3D.
Com uma impressora 3D especial de metal, eles podiam criar quantas camadas quisessem, perfeitamente encaixadas umas nas outras. Começa com pó de metal, que é aquecido por um laser para formar uma camada de cada vez; variando a intensidade e a velocidade de varredura do laser, eles podem tornar cada camada mais porosa ou mais densa, para simular diferentes tipos de rocha.
Com esse método, os cientistas criaram uma réplica exata (na escala de 250.000 para 1) da rocha sob a cidade de Los Angeles, que media apenas 20 centímetros de comprimento.
Em seguida, eles usam lasers e equipamentos de laboratório para simular um terremoto e monitoram o modelo para ver como as ondas se movem através de diferentes camadas.
Parecia extremamente semelhante aos dados registrados em terremotos da vida real, disse Park. Eles puderam observar vários tipos de ondas sísmicas viajando pelo modelo como em observações reais de terremotos.
Para este estudo em particular, eles queriam observar como as ondas sísmicas com diferentes frequências se propagam pelo solo. As ondas de baixa frequência são mais fáceis de detectar e estudar, por isso foram muito mais estudadas do que as ondas de alta frequência. Mas acredita-se que as ondas de alta frequência sejam as principais culpadas por danos a edifícios e infraestrutura. Com o modelo impresso, os cientistas puderam simular mais diretamente as ondas de alta frequência.
Algumas de suas descobertas foram surpreendentes. “Esse resultado realmente mostra que dentro da bacia, as ondas de alta frequência estão mais diminuídas, o que é quase exatamente o oposto do que se pensava anteriormente”, disse Park.
Os cientistas já haviam visto que as ondas de baixa frequência estavam sendo amplificadas dentro da bacia, então eles assumiram que o mesmo pode ser verdade para as ondas de alta frequência. Em vez disso, parece que as ondas de alta frequência são refletidas na borda da bacia. Como resultado, eles são diminuídos dentro da bacia, enquanto amplificados perto das bordas da bacia.
“Parece implicar que o que temos entendido para ondas de baixa frequência não se sustenta para ondas de alta frequência, e que podemos precisar de uma estrutura diferente para entender esses tremores”, disse ela.
Os modelos de metal podem ser feitos em questão de horas e podem ser reutilizados muitas vezes, disse Park. Eles já realizaram mais de 2.000 experimentos usando o modelo L.A..
Park pode pensar em muitos usos diferentes para a técnica, não apenas em terremotos. Nossa compreensão das camadas mais profundas da Terra é limitada e talvez os modelos 3D possam preencher algumas lacunas. Além disso, a nova técnica também pode detectar ondas de ar. Então Park e seu grupo estão examinando o efeito de características geográficas como montanhas de vales na propagação de ondas de ar, o que pode melhorar nossa compreensão de explosões vulcânicas ou provocadas pelo homem.
“Poderíamos até fazer outros planetas; por exemplo, sabemos por sensores sísmicos na Lua e em Marte que eles experimentam terremotos e terremotos lunares, mas suas gravações parecem bem diferentes das dos terremotos”, disse Park. “Você pode imaginar criar modelos em escala da lua ou de Marte para tentar entender.”
Publicado em 28/05/2022 19h52
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