D8 Modelagem Numérica Geológica

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A modelagem numérica geológica resolve as equações diferenciais que governam os processos físicos da Terra sólida em uma grade que divide o domínio espacial em um grande número de elementos discretos, usando o método dos elementos finitos, o método das diferenças finitas ou o método dos elementos de contorno, dependendo do problema. A modelagem numérica geológica é o único método capaz de integrar a complexidade geométrica real da Terra com a física não linear de seus processos internos, permitindo a exploração de todo um espaço de parâmetros possíveis e o teste de hipóteses que não poderiam ser verificadas diretamente de outra forma.

Um modelo de fluxo do manto resolve as mesmas equações que governam o fluxo de um fluido viscoso incompressível, com uma viscosidade que não é constante, mas depende exponencialmente da temperatura e da pressão em cada ponto do manto. Dentro desse tipo de modelo, o gradiente de pressão em cada ponto é equilibrado pela resistência viscosa que o próprio manto oferece ao movimento, enquanto a conservação da massa exige que o fluxo do manto não comprima nem expanda o material em nenhum ponto ao longo de seu caminho. A escala de tempo viscosa do manto terrestre é enormemente longa, da ordem de um bilhão a cem bilhões de anos, tão longa que a própria inércia do manto é completamente irrelevante em comparação com essa resistência viscosa. É por isso que o manto flui no que é conhecido como regime de rastejamento, o mesmo regime em que o mel frio se move quando derramado muito lentamente.

A modelagem dinâmica de ruptura sísmica resolve as equações de ondas elásticas dentro do meio rochoso, juntamente com uma lei de atrito constitutivo no próprio plano da falha. Essa lei torna o atrito da falha dependente da velocidade de deslizamento e do estado interno da falha ou, alternativamente, uma lei na qual o atrito diminui à medida que o deslizamento progride. Qualquer uma das leis determina como o atrito da falha evolui à medida que a falha desliza durante um terremoto.

A modelagem de transporte sedimentar usa uma lei que relaciona a erosão fluvial ao fluxo de água e à inclinação do canal, juntamente com a difusão, que suaviza as inclinações ao longo do tempo, e modelos que descrevem como o sedimento é depositado dentro de uma bacia, para simular como uma paisagem inteira evolui ao longo de milhões de anos.

A aprendizagem de máquina, utilizando redes neurais convolucionais e transformadoras, é agora aplicada tanto à detecção de fases sísmicas em sismogramas contínuos, com precisão superior à capacidade humana, quanto à classificação litológica automática de imagens de testemunhos de rocha. Isso, juntamente com os modelos de fluxo do manto, ruptura sísmica e transporte sedimentar descritos anteriormente, completa o conjunto de ferramentas com as quais a modelagem numérica geológica explora hipóteses que seriam impossíveis de verificar de outra forma — a ferramenta com a qual esta descrição começou.

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