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Desde a década de 1980, os pesquisadores observaram períodos significativos de agitação em uma região das montanhas de Sierra Nevada, no leste da Califórnia, caracterizada por enxames de terremotos, bem como o solo inflando e subindo quase meia polegada por ano durante esses períodos. A atividade é preocupante porque a área, chamada Long Valley Caldera, fica no topo de um enorme supervulcão adormecido. Há setecentos e sessenta mil anos, a Caldeira de Long Valley formou-se numa erupção violenta que lançou 650 quilómetros cúbicos de cinzas no ar – um volume que poderia cobrir toda a área de Los Angeles numa camada de sedimentos com 1 quilómetro de espessura.
O que está por trás do aumento da atividade nas últimas décadas? Será que a área está se preparando para entrar em erupção novamente? Ou poderá o aumento da atividade ser realmente um sinal de que o risco de uma erupção massiva está a diminuir?
Para responder a estas questões, os investigadores do Caltech criaram as imagens subterrâneas mais detalhadas até à data da Caldeira de Long Valley, atingindo profundidades de até 10 quilómetros dentro da crosta terrestre. Estas imagens de alta resolução revelam a estrutura da Terra por baixo da caldeira e mostram que a recente actividade sísmica é resultado da libertação de fluidos e gases à medida que a área arrefece e estabiliza.
O trabalho foi realizado no laboratório de Zhongwen Zhan (PhD ’14), professor de geofísica. Um artigo descrevendo a pesquisa aparece na revista Avanços da Ciência em 18 de outubro.
“Não acreditamos que a região esteja se preparando para outra erupção supervulcânica, mas o processo de resfriamento pode liberar gás e líquido suficientes para causar terremotos e pequenas erupções”, diz Zhan. “Por exemplo, em maio de 1980, ocorreram quatro terremotos de magnitude 6 somente na região”.
A imagem de alta resolução mostra que a câmara de magma do vulcão é coberta por uma tampa endurecida de rocha cristalizada, formada à medida que o magma líquido esfria e solidifica.
Para criar imagens subterrâneas, os pesquisadores inferem a aparência do ambiente subterrâneo medindo as ondas sísmicas dos terremotos. Os terremotos geram dois tipos de ondas sísmicas: primárias (ondas P) e secundárias (ondas S). Ambos os tipos de ondas viajam em velocidades diferentes através de materiais diferentes – as ondas são desaceleradas por materiais elásticos como líquidos, mas viajam rapidamente através de materiais muito rígidos como rochas. O uso de sismógrafos em vários locais permite medir discrepâncias no tempo das ondas e determinar as características dos materiais – quão elásticos ou rígidos – eles percorreram. Desta forma, os pesquisadores podem criar imagens do ambiente subterrâneo.
Embora existam várias dezenas de sismógrafos colocados em toda a região da Serra Oriental, a técnica de Zhan utiliza cabos de fibra óptica (como aqueles que fornecem internet) para fazer medições sísmicas num processo chamado detecção acústica distribuída (DAS). O trecho de 100 quilômetros de cabo usado para obter imagens da caldeira de Long Valley foi comparável a um trecho de 10.000 sismômetros de componente único. Ao longo de um ano e meio, a equipe usou o cabo para medir mais de 2.000 eventos sísmicos, a maioria pequenos demais para serem sentidos pelas pessoas. Um algoritmo de aprendizado de máquina processou essas medidas e desenvolveu a imagem resultante.
Este estudo é a primeira vez que imagens tão profundas e de alta resolução foram criadas com DAS. Imagens anteriores de estudos de tomografia local ou foram confinadas apenas ao ambiente subterrâneo raso, a profundidades de cerca de 5 quilómetros, ou cobriram uma área maior em resolução mais baixa.
“Esta é uma das primeiras demonstrações de como o DAS pode mudar a nossa compreensão da dinâmica da crosta”, diz Ettore Biondi, cientista do DAS no Caltech e primeiro autor do artigo. “Estamos entusiasmados em aplicar tecnologia semelhante a outras regiões onde temos curiosidade sobre o ambiente subterrâneo.”
Em seguida, a equipa planeia usar um cabo de 200 quilómetros para obter imagens ainda mais profundas da crosta terrestre, até cerca de 15 a 20 quilómetros de profundidade, onde a câmara de magma da caldeira – o seu “coração pulsante” – está a arrefecer.
O artigo é intitulado “Uma tampa da crosta superior sobre a câmara de magma de Long Valley”. Além de Biondi e Zhan, os coautores são o ex-bolsista de pós-doutorado da Caltech, Weiqiang Zhu, agora na UC Berkeley; Jiaxuan Li, bolsista de pós-doutorado da Caltech; e o ex-aluno de pós-graduação da Caltech Ethan Williams (MS ’19, PhD ’23), agora da Universidade de Washington. O financiamento foi fornecido pela National Science Foundation, pelo Resnick Sustainability Institute da Caltech e pela Gordon and Betty Moore Foundation.
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