Madeira e carvão são bons modelos em escala para o estudo de terremotos

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Traduzido de: Wood And Charcoal Cut Earthquake Research Down To Size

Crédito da Imagem: Zyan via flickr | http://bit.ly/1Jng6al
Informações sobre direitos: http://bit.ly/NL51dk
Produtos de madeira podem se comportar como mini-terremotos.
Original publicado pelo ISNS em 17/07/2015
AutorBy: Michael Greshko, Contribuidor do ISNS.

(Inside Science) — As mesmas regras que governam o rangido de um piso de tábuas corridas ou os estalos de uma pilha de carvão seco, podem ser aquelas que governam as fraturas da crosta terrestre durante um terremoto. Dois estudos recentes, publicados em Physical Review Letters descobriram que todos esses eventos de estresse partilham os mesmos padrões matemáticos.

As descobertas podem ajudar a modelagem de terremotos e, talvez, permitir que pesquisadores no futuro possam replicar o “big one” em um computador pessoal.

Há muito tempo os sismologistas sabem que as relações entre os tamanhos e as frequências dos terremotos podem ser descritas pela matemática. Entretanto, mesmo após décadas de estudos, eles não são capazes de descrever quais processos físicos estão subjacentes a essas tendências.

Experimentos em escala reduzida demonstraram que os terremotos não podem ser inteiramente explicados pela fricção de rochas individuais. Comprima e faça romper uma rocha, como se ela estivesse a doze quilômetros de profundidade durante um terremoto e ela vai reagir de maneira extremamente violenta – tão violenta que, se a escala for ampliada para a de um terremoto, ela iria “literalmente arrancar sua cabeça enfiando suas pernas nela”, disse Thomas Heaton, um sismologista do Instituto de Tecnologia da Califórnia em Passadena. Algo torna os terremotos mais “suaves” do que a soma de suas partes – um persistente “paradoxo de estresse” que vem assolando a sismologia pelos últimos quarenta anos.

Para ajudar a responder essas questões irritantes, os cientistas têm procurado por sistemas de escala reduzida que possam imitar de maneira realística as revoluções intestinas da crosta terrestre em laboratóio. A ideia geral é que estresse é estresse e todos os materiais têm alguma maneira de se deformar para compensá-lo – o que inclui o carvão, como Haroldo Ribeiro¹, um físico da Universidade Estadual de Maringá, PR, Brasil, descobriu em seu estudo, publicado em 7 de julho.

Por incrível que pareça, tudo começou com um churrasco. Ribeiro percebeu que a prática comum de regar os tocos de carvão com álcool dava ao carvão uma carga elástica. O líquido evapora em taxas diferentes dentro e fora dos carvões, fazendo com que as pressões e estresses se acumulassem. À medida em que os carvões secavam, produziamm ruídos audíveis e Ribeiro começou a gravar essas “emissões acústicas” com um microfone.

Os padrões matemáticos que ele encontrou em suas gravações, reproduziam os padrões que haviam sido descobertos em terremotos. Em 1894, Fusakichi Omori, um pesquisador da Universidade Imperal de Tóquio, mostrou que o número de réplicas – os tremores que se seguem a um terremoto, às vezes mais suaves, outras menos – decaem de maneira previsível após o primeiro e maior tremor. Se ocorrerem 120 réplicas no primeiro dia após o terremoto, então haverá cerca de 60 no segundo dia e 40 no terceiro. Os “cracks” do carvão eram consistentes com a lei de Omon.

Separadamente, a frequência relativa entre os pipocos maiores e menores do carvão seguiam um padrão ordenado consistente com outro padrão de terremoto descoberto nos anos 1950 por Beno Gutenberg e Charles Francis Richter, sismologistas do Instituto de Tecnologia da Calfórnia. A lei de Gutenberg-Richter diz que terremotos 10 vezes mais poderosos do que um dado terremoto, ocorrem 10  vezes menos frequentemente.

E quando os “cracks” no carvão eram suficientemente grandes, suas maiores réplicas ficaram em niveis de energia cerca de 16 vezes mais fracos do que os iniciais. Exatamente como uma réplica de um terremoto real, tal como descoberto pelo sismologista sueco Markus Båth também nos anos 1950.

“A Terra não é tão diferente de um toco de carvão nesse particular”, diz Ribeiro. “Há a tensão, há os ‘cracks’ – de forma que é algo de se esperar”.

A 13 mil quilômetros de distância, perto de Helsinki, Finlândia, o físico Mikko Alava da Universdade de Helsinki e sua equipe de pesquisa trabalhavam em um problema semelhante. Como a madeira dobra e se quebra quando é comprimida? Eles examinaram os sons produzidos pela madeira quando colocada sob estresse.

“É um fatro conheicdo que a madeira estala quando se anda sobre um piso de tábuas ou se senta em uma cadeira”, diz Alava, “mas sempre ficou a questão: o que pode realmente afirmar no fim das contas?”

A equipe de Alava comprimiu blocos de pinho em tornos. Um microfone gravou cada gemido e estalo dos blocos, enquanto câmeras registravam sinais de estresse em suas superfícies. Embora a madeira parecesse se dobrar suavemente, as medições revelaram que ela na verdade reagia ao estresse em espasmos puntuais e intensos, tal como ocorre em avalanches e terremotos. Os “madeiremotos”, da mesma forma que os estalos dos carvões de Ribeiro, também seguiam as leis de Gutenberg-Richter e de Omori. A Physical Review Letters publicará o estudo de Alava em 20 de julho.

O fato de que materiais tão diferentes como o quebradiço carvão e a flexível madeira compartilhem reações similares ao estresse, segundo o físico da Univesidade de Cornell, James Sethna, nos diz que não devemos nos preocupar com “o que acontece ao nível das células da madeira ou ao nível de pedregulhos na falha sísmica”. Ao inves disso, deveríamos nos preocupar mais com o comportamento desses materiais em larga escala, por exemplo como eles, como um todo, lidam com os estresses na ponta de uma rachadura. O que faz com que uma pequena rachadura se torne uma rachadura de tamanho médio? E como rachaduras médias se transformam em grandes rachaduras?

Ribiero e Alava disseram estar planejando futuros estudos sobre a física universal das rachaduras, o que pode nos ajudar a compreender com perturbar uma área propensa a tremores de terra – quem sabe bombeando água em uma zona de fratura – e os impactos que isso pode ter na atividade sísmica. No entanto predizer exatamente quando e onde vai acontecer um grande terremoto vai continuar sendo cabulosamente difícil. É a mesma coisa que saber quantos gols o artilheiro do campeonato já fez em cada partida e predizer quando ele fará o próximo…


Michael Greshko é um escritor de ciências de Washington, D.C. que já escreveu para NOVA Next, the National Academies e para o NYTimes.com, entre outros. Seu Tweeter é @michaelgreshko.


Nota do Traduor:
1 – O nome correto é Haroldo Ribeiro e não “Ribiero” como grafado no original em inglês. Para sanar dúvidas, siga o link para o estudo.

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