Impressões digitais acústicas: pesquisadores do MIT investigam o subsolo da Terra por meio do som

por Liam O’Connor
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Geological Acoustics

Rachaduras e vazios que permeiam as rochas, estendendo-se desde a crosta terrestre até seu manto derretido, servem como condutos e espaços que podem propagar ondas sonoras.

Cientistas do MIT descobriram que os sinais auditivos que emanam abaixo da superfície da Terra servem como indicadores da estabilidade das formações geológicas.

Se alguém fosse capaz de descer através da crosta terrestre, provavelmente seria ouvida uma sinfonia de sons explosivos e crepitantes. Esses ruídos resultam de canais, lacunas e imperfeições nas rochas que agem de forma semelhante a cordas ressonantes quando submetidas a pressão e tensão. Uma equipa de investigação geológica do MIT descobriu que a frequência e o ritmo destes sons podem oferecer informações sobre as qualidades geológicas, tais como profundidade e resistência, das rochas circundantes.

Matěj Peč, geólogo do MIT, observa: “À medida que você se aprofunda na Terra, os sons ressonantes das rochas aumentam gradualmente de tom”.

Peč e a sua equipa estão a concentrar a sua investigação na escuta destes sons geológicos para identificar quaisquer assinaturas acústicas consistentes que surjam sob condições de pressão variáveis. Seus experimentos de laboratório demonstraram que amostras de mármore emitem ruídos de baixa frequência a baixas pressões e uma série de estalos de alta frequência quando submetidas a pressões elevadas.

Utilização Prática

Segundo Peč, compreender o comportamento sonoro das rochas pode ajudar os cientistas a avaliar as variedades de fraturas e lacunas que a crosta terrestre sofre em diferentes profundidades. Esta informação pode ser usada para identificar regiões subterrâneas propensas a desastres naturais como terremotos e erupções vulcânicas. As descobertas, publicadas no Proceedings of the National Academy of Sciences em 9 de outubro, também têm potencial para auxiliar na perfuração de energia geotérmica.

Peč, que atua como professor assistente no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT, diz: “Se pretendemos explorar reservas geotérmicas de alta temperatura, devemos compreender como perfurar rochas que não são nem totalmente frágeis nem totalmente dúcteis. ”

Transformações Estruturais

As rochas próximas à superfície da Terra são geralmente frágeis e facilmente fraturadas, enquanto as rochas em maiores profundidades são mais maleáveis devido ao intenso calor e pressão a que estão expostas. A crosta terrestre representa apenas uma fração do diâmetro total do planeta e varia significativamente em sua estabilidade estrutural. O ponto em que as rochas passam de frágeis a dúcteis, caracterizado por atributos de ambos os tipos, não é bem compreendido, mas acredita-se que seja o ponto onde as rochas atingem o seu pico de resistência dentro da crosta.

Matěj Peč observa: “O estado das rochas parcialmente frágeis e parcialmente dúcteis é particularmente significativo porque é onde acreditamos que a litosfera está mais forte e onde se originam os grandes terremotos”.

Técnicas e descobertas avançadas

Para compreender a composição estrutural das rochas com base nos seus defeitos microscópicos, os investigadores do MIT implantaram a tecnologia de ultrassom. Essa abordagem permite avaliar o tamanho, a densidade e a distribuição de imperfeições, como rachaduras microscópicas e vazios nas rochas, o que, por sua vez, informa o quão frágil ou dúctil uma rocha pode ser.

Utilizando métodos de ultrassom semelhantes aos empregados pelos sismólogos, mas em frequências muito mais altas, eles conseguiram compreender melhor as deformações que ocorrem nas rochas em escala microscópica.

Nos testes de laboratório, a equipe utilizou cilindros de mármore de Carrara, um material bem caracterizado. Esses cilindros foram colocados em um dispositivo feito de alumínio, zircônio e pistões de aço capaz de gerar extrema pressão. Os investigadores descobriram que as emissões acústicas das rochas variavam amplamente dependendo das condições de pressão, ajudando-os a compreender as complexidades das formações geológicas e os riscos associados.

“Pela primeira vez, conseguimos registar os sons que as rochas emitem nesta transição de frágil para dúctil, revelando complexidades surpreendentes no seu comportamento”, afirma Peč.

A sua investigação poderá oferecer informações sobre o comportamento geológico da Terra em diferentes profundidades, impactando o comportamento das rochas durante um terramoto ou uma erupção vulcânica.

Referência: “Dinâmica de defeitos microscópicos durante uma transição frágil para dúctil” por Hoagy O'Ghaffari, Matěj Peč, Tushar Mittal, Ulrich Mok, Hilary Chang e Brian Evans, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences em 9 de outubro de 2023 .
DOI: 10.1073/pnas.2305667120

O apoio financeiro para esta pesquisa foi parcialmente fornecido pela National Science Foundation.

Perguntas frequentes (FAQs) sobre acústica geológica

Qual é o foco principal da pesquisa do MIT mencionada no texto?

O foco principal da pesquisa do MIT é usar ondas sonoras para investigar a subsuperfície da Terra, particularmente na compreensão de como os padrões acústicos nas rochas podem fornecer informações sobre a estabilidade geológica e a profundidade.

Que aplicações práticas estão associadas a esta pesquisa?

Esta pesquisa tem aplicações práticas na avaliação de riscos de terremotos, identificando regiões geológicas instáveis abaixo da superfície da Terra. Além disso, pode auxiliar na perfuração de fontes de energia geotérmica.

Como os pesquisadores estudam os defeitos microscópicos nas rochas?

Os pesquisadores empregam tecnologia de ultrassom para estudar os defeitos microscópicos nas rochas. Esse método permite avaliar o tamanho, a densidade e a distribuição de imperfeições, como fissuras microscópicas e vazios, o que, por sua vez, informa a fragilidade ou ductilidade da rocha.

Qual é o significado da transição do comportamento frágil para o dúctil nas rochas?

A transição do comportamento frágil para o dúctil nas rochas é crucial porque se acredita ser o ponto onde as rochas atingem a sua resistência máxima dentro da crosta terrestre. Compreender esta transição pode ajudar a prever o comportamento dos terremotos e erupções vulcânicas.

Que tipo de rocha os pesquisadores usaram em seus experimentos?

Os pesquisadores usaram cilindros de mármore de Carrara em seus experimentos. Este material foi escolhido devido às suas propriedades bem caracterizadas, tornando-o adequado para estudar emissões acústicas sob diversas condições de pressão.

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