MIT descobre o papel do clima no desencadeamento de “enxames de terremotos”

MIT pesquisadores relacionaram fortes nevascas e chuvas a enxames de terremotos no norte do Japão, sugerindo que eventos climáticos extremos podem desencadear atividades sísmicas ao alterar as pressões subterrâneas.

Este estudo inovador destaca o potencial do clima para impactar eventos geológicos, com implicações para a compreensão dos desencadeadores de terremotos em todo o mundo à medida que as mudanças climáticas avançam.

Descobrindo os gatilhos do terremoto: além da superfície

Quando os cientistas procuram a causa de um terremoto, a busca normalmente começa no subsolo. Como séculos de estudos sísmicos deixaram claro, um tremor é desencadeado principalmente pela colisão de placas tectônicas e pelo movimento de falhas e fissuras subterrâneas.

Mas os cientistas do MIT descobriram agora que certos eventos climáticos também podem desempenhar um papel no desencadeamento de alguns terremotos.

Pesquisa inovadora: o papel do clima na indução de terremotos

Em um estudo publicado recentemente na revista Avanços da Ciência, os pesquisadores relatam que episódios de fortes nevascas e chuvas provavelmente contribuíram para um enxame de terremotos nos últimos anos no norte do Japão. O estudo é o primeiro a mostrar que as condições climáticas podem iniciar alguns terremotos.

“Vemos que a queda de neve e outras cargas ambientais na superfície impactam o estado de tensão no subsolo, e o momento dos eventos de precipitação intensa está bem correlacionado com o início deste enxame de terremotos”, diz o autor do estudo William Frank, professor assistente no Departamento do MIT. de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS). “Portanto, o clima obviamente tem um impacto na resposta da terra sólida, e parte dessa resposta são os terremotos.”

Atividade Sísmica e Informações Climáticas

O novo estudo concentra-se em uma série de terremotos em curso na Península de Noto, no Japão. A equipe descobriu que a atividade sísmica na região está surpreendentemente sincronizada com certas mudanças na pressão subterrânea, e que essas mudanças são influenciadas por padrões sazonais de queda de neve e precipitação. Os cientistas suspeitam que esta nova ligação entre os terramotos e o clima pode não ser exclusiva do Japão e pode desempenhar um papel no abalo de outras partes do mundo.

Olhando para o futuro, prevêem que a influência do clima nos terramotos poderá ser mais pronunciada com o aquecimento global.

“Se entrarmos num clima em mudança, com eventos de precipitação mais extremos, e esperarmos uma redistribuição da água na atmosfera, nos oceanos e nos continentes, isso mudará a forma como a crosta terrestre é carregada”, acrescenta Frank. “Isso certamente terá um impacto e é um elo que poderíamos explorar ainda mais.”

O autor principal do estudo é o ex-pesquisador associado do MIT Qing-Yu Wang (agora na Universidade de Grenoble Alpes), e também inclui o pós-doutorado da EAPS Xin Cui, Yang Lu da Universidade de Viena, Takashi Hirose da Universidade de Tohoku e Kazushige Obara da Universidade de Tóquio.

Analisando Padrões Sísmicos

Desde o final de 2020, centenas de pequenos terramotos abalaram a Península de Noto, no Japão – uma faixa de terra que faz uma curva para norte desde a ilha principal do país até ao Mar do Japão. Ao contrário de uma sequência típica de terremoto, que começa como um choque principal que dá lugar a uma série de tremores secundários antes de morrer, a atividade sísmica de Noto é um “enxame de terremotos” – um padrão de terremotos múltiplos e contínuos sem nenhum choque principal óbvio ou gatilho sísmico .

A equipa do MIT, juntamente com os seus colegas no Japão, pretendiam detectar quaisquer padrões no enxame que pudessem explicar os sismos persistentes. Eles começaram examinando o catálogo de terremotos da Agência Meteorológica Japonesa, que fornece dados sobre a atividade sísmica em todo o país ao longo do tempo. Eles se concentraram nos terremotos na Península de Noto nos últimos 11 anos, durante os quais a região sofreu atividades sísmicas episódicas, incluindo o enxame mais recente.

Com os dados sísmicos do catálogo, a equipe contou o número de eventos sísmicos que ocorreram na região ao longo do tempo e descobriu que o momento dos terremotos anteriores a 2020 parecia esporádico e não relacionado, em comparação com o final de 2020, quando os terremotos se tornaram mais intensos e agrupados. com o tempo, sinalizando o início do enxame, com terremotos que estão de alguma forma correlacionados.

Mudanças Sazonais e Respostas Sísmicas

Os cientistas analisaram então um segundo conjunto de dados de medições sísmicas realizadas por estações de monitorização durante o mesmo período de 11 anos. Cada estação registra continuamente qualquer deslocamento ou agitação local que ocorra. A agitação de uma estação para outra pode dar aos cientistas uma ideia da rapidez com que uma onda sísmica se propaga entre as estações. Esta “velocidade sísmica” está relacionada com a estrutura da Terra através da qual a onda sísmica se propaga. Wang usou as medições da estação para calcular a velocidade sísmica entre cada estação dentro e ao redor de Noto nos últimos 11 anos.

Os investigadores geraram um quadro evolutivo da velocidade sísmica abaixo da Península de Noto e observaram um padrão surpreendente: em 2020, por altura em que se pensa que o enxame de terramotos começou, as mudanças na velocidade sísmica pareciam estar sincronizadas com as estações.

“Tivemos então que explicar porque estávamos a observar esta variação sazonal”, diz Frank.

Modelagem Hidromecânica e Análise Sísmica

A equipe se perguntou se as mudanças ambientais de uma estação para outra poderiam influenciar a estrutura subjacente da Terra de uma forma que desencadeasse um enxame de terremotos. Especificamente, eles analisaram como a precipitação sazonal afetaria a “pressão do fluido dos poros” subterrâneo – a quantidade de pressão que os fluidos nas rachaduras e fissuras da Terra exercem dentro da rocha.

“Quando chove ou neva, isso adiciona peso, o que aumenta a pressão dos poros, o que permite que as ondas sísmicas se desloquem mais lentamente”, explica Frank. “Quando todo esse peso é removido, por evaporação ou escoamento, de repente, a pressão dos poros diminui e as ondas sísmicas são mais rápidas.”

Wang e Cui desenvolveram um modelo hidromecânico da Península de Noto para simular a pressão dos poros subjacente ao longo dos últimos 11 anos em resposta às mudanças sazonais na precipitação. Eles alimentaram o modelo com dados meteorológicos desse mesmo período, incluindo medições diárias de neve, precipitação e mudanças no nível do mar. A partir do seu modelo, eles foram capazes de rastrear mudanças no excesso de pressão dos poros abaixo da Península de Noto, antes e durante o enxame de terremotos. Eles então compararam esta linha do tempo de evolução da pressão dos poros com a evolução da imagem da velocidade sísmica.

“Tivemos observações de velocidade sísmica e o modelo de excesso de pressão nos poros e, quando os sobrepusemos, vimos que se ajustavam extremamente bem”, diz Frank.

Em particular, descobriram que quando incluíam dados de queda de neve e, especialmente, eventos extremos de queda de neve, o ajuste entre o modelo e as observações era mais forte do que se considerassem apenas a precipitação e outros eventos. Por outras palavras, o contínuo enxame de terramotos que os residentes de Noto têm vivido pode ser explicado em parte pela precipitação sazonal e, particularmente, por fortes nevascas.

“Podemos ver que o momento desses terremotos se alinha extremamente bem com vários momentos em que vemos nevascas intensas”, diz Frank. “Está bem correlacionado com a atividade sísmica. E achamos que há uma ligação física entre os dois.”

A equipa de investigação suspeita que fortes nevascas e precipitações extremas semelhantes possam desempenhar um papel nos terramotos noutros locais, embora enfatizem que o gatilho primário terá sempre origem no subsolo.

“Quando queremos entender como funcionam os terremotos, olhamos para as placas tectônicas, porque essa é e sempre será a principal razão pela qual um terremoto acontece”, diz Frank. “Mas quais são as outras coisas que podem afetar quando e como um terremoto acontece? É aí que você começa a recorrer a fatores de controle de segunda ordem, e o clima é obviamente um deles.”

Referência: “Desembaraçando os fatores ambientais e tectônicos do enxame de terremotos de Noto no Japão” por Qing-Yu Wang, Xin Cui, William B. Frank, Yang Lu, Takashi Hirose e Kazushige Obara, 8 de maio de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.ado1469

Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela National Science Foundation.