Cientistas encontram mecanismo oculto que poderia explicar como os terremotos ‘inflamam’
Um período de movimento lento e rastejante, sem qualquer tremor, pode ser um prelúdio necessário para terremotossugere um novo estudo.
A pesquisa, que tratou dos fundamentos de como os materiais se rompem, concentrou-se nas rachaduras que serpenteiam através de folhas de plástico em um laboratório. Mas as experiências revelaram alguma física básica de como funcionam as fracturas – particularmente como um aumento de fricção na interface de dois corpos se transforma numa ruptura súbita. E essas descobertas se aplicam a terremotos do mundo real, disse o autor do estudo Jay Finebergfísico da Universidade Hebraica de Jerusalém.
“O material que compõe as placas de contato não importa”, disse Fineberg à WordsSideKick.com. “O mesmo processo físico ocorrerá em ambos os casos – a mola explosiva das placas dobradas será liberada da mesma maneira”.
Os terremotos se formam quando duas placas tectônicas que se movem uma contra a outra ficam presas, permitindo que a falha aumente a tensão. “As placas estão cada vez mais estressadas pelas forças que tentam movê-las, mas ficam presas na parte frágil da interface que as separa”, disse Fineberg. Essa seção frágil, que não se deforma em resposta ao estresse, tem espessura finita e é o que quebra durante um terremoto.
“O processo de fratura não acontece de uma só vez. Primeiro, é preciso criar uma fissura”, disse Fineberg. Quando essa trinca atinge os limites da interface frágil, ela acelera rapidamente a velocidades próximas à velocidade do som. É isso que faz a terra tremer.
“A questão é como é que a natureza cria a fissura que depois se transforma num terramoto?” Fineberg.
Fineberg e seus colegas investigaram a questão com uma mistura de matemática teórica e experimentos de laboratório. Eles reproduzem fraturas semelhantes a terremotos em laboratório com blocos feitos de um termoplástico chamado polimetilmetacrilato, mais conhecido como plexiglass. Os pesquisadores prendem folhas de plexiglass e aplicam uma força de cisalhamento, ou lateral, semelhante àquelas encontradas em uma falha de deslizamento como a da Califórnia. Falha de Santo André. Embora os materiais sejam diferentes, a mecânica da fratura é a mesma.
Uma vez iniciada uma fissura, ela age como uma linha unidimensional rasgando o material. Fineberg e sua equipe já havia mostrado que antes da formação da fissura, porém, o material desenvolve uma espécie de fase precursora chamada frente de nucleação. Estas frentes de nucleação – as sementes das fissuras – movem-se através do material, mas muito mais lentamente do que as fissuras padrão. Não estava claro como esta semente poderia transitar rapidamente para uma fratura em rápido movimento.
Fineberg e seus colegas ficaram perplexos sobre como isso poderia acontecer. Com uma combinação de experimentos de laboratório e cálculos teóricos, eles perceberam que precisavam de uma atualização matemática: as frentes de nucleação precisam ser modeladas em 2D, não em 1D.
Em vez de pensar em uma rachadura como uma linha que separa o material quebrado do ininterrupto, disse Fineberg, imagine a rachadura como um remendo que começa dentro do plano onde duas “placas” de plexi-vidro se encontram. A energia necessária para quebrar o novo material na borda do remendo está ligada ao perímetro do remendo: à medida que o perímetro aumenta, também aumenta a energia necessária para o novo material rachar.
Isso significa que a mancha se move lentamente e ainda não causa uma fratura rápida que criaria as ondas sísmicas e o subsequente movimento de tremor associado a um terremoto. Enquanto a rápida aceleração de uma fissura rápida padrão libera energia cinética no material circundante, o movimento lento da mancha inicial não libera nenhuma energia cinética em seu entorno. Portanto, seu movimento é conhecido como “aseísmico”.
Eventualmente, porém, a mancha se expande para fora da zona frágil onde as duas placas se encontram. Fora desta zona, a energia necessária para quebrar novo material já não cresce com o tamanho da região quebrada e, em vez de um equilíbrio de energia, existe agora um excesso de energia que precisa de algum lugar para ir.
“Essa energia extra agora causa o movimento explosivo da fissura”, disse Fineberg.
As descobertas, publicadas em 8 de janeiro na revista Naturezamostram como um movimento lento antes de uma rachadura pode se transformar rapidamente em um terremoto, disse ele. Teoricamente, se pudéssemos medir o movimento sísmico antes de uma ruptura – numa falha geológica, por exemplo, ou mesmo num objecto mecânico como uma asa de avião – seria possível prever uma ruptura antes que ela acontecesse. Isto pode ser complicado em falhas do mundo real, muitas das quais sofrem fluência assísmica durante longos períodos de tempo sem liberar nenhum terremoto.
No entanto, Fineberg e a sua equipa estão agora a tentar detectar sinais da transição de anti-sísmico para sísmico nos seus materiais de laboratório.
“No laboratório, podemos observar o desenrolar dessa coisa e ouvir os ruídos que ela faz”, disse Fineberg. “Então, talvez possamos descobrir o que realmente não se pode fazer em uma falha real, porque não se tem informações detalhadas sobre o que um terremoto está fazendo até que ele exploda.”
