D8 Modelado Numérico Geológico

Tópico

El modelado numérico geológico resuelve las ecuaciones diferenciales que gobiernan los procesos físicos de la Tierra sólida, sobre una malla que divide el dominio espacial en un gran número de elementos discretos, usando el método de elementos finitos, el método de diferencias finitas o el método de elementos de contorno según convenga a cada problema. El modelado numérico geológico es el único método capaz de integrar la complejidad geométrica real de la Tierra con la física no lineal de sus procesos internos, y permite explorar todo un espacio de parámetros posibles y poner a prueba hipótesis que de otro modo no podrían verificarse de forma directa.

Un modelo de flujo del manto resuelve las mismas ecuaciones que gobiernan el flujo de un fluido viscoso incompresible, con una viscosidad que no es constante sino que depende de forma exponencial de la temperatura y de la presión en cada punto del manto. Dentro de este tipo de modelo, el gradiente de presión en cada punto se equilibra con la resistencia viscosa que el propio manto opone al movimiento, mientras que la conservación de masa exige que el flujo de manto no comprima ni expanda el material en ningún punto de su recorrido.

La escala de tiempo viscosa del manto terrestre es enormemente larga, del orden de mil millones a cien mil millones de años, tan larga que la inercia del propio manto resulta completamente irrelevante frente a esa resistencia viscosa; por eso el manto fluye en lo que se conoce como un régimen reptante, el mismo régimen en el que se mueve la miel fría cuando se vierte muy lentamente.

El modelado de ruptura sísmica dinámica resuelve las ecuaciones de onda elástica dentro del medio rocoso junto con una ley constitutiva de fricción sobre el propio plano de falla, una ley que hace depender la fricción de la falla de la velocidad de deslizamiento y del estado interno de esa falla, o alternativamente una ley en la que la fricción disminuye a medida que el deslizamiento avanza; cualquiera de las dos leyes determina cómo evoluciona la fricción de la falla mientras esa falla se desliza durante el terremoto.

El modelado de transporte sedimentario usa una ley que relaciona la erosión fluvial con el caudal de agua y con la pendiente del cauce, junto con la difusión que suaviza las laderas con el tiempo y con modelos que describen cómo se deposita el sedimento dentro de una cuenca, para simular cómo evoluciona un paisaje entero a lo largo de millones de años.

El aprendizaje automático, mediante redes neuronales convolucionales y redes neuronales de tipo transformador, se aplica hoy tanto a la detección de fases sísmicas dentro de sismogramas continuos, con una precisión que supera a la humana, como a la clasificación litológica automática de imágenes de núcleos de roca, completando así, junto con los modelos de flujo del manto, de ruptura sísmica y de transporte sedimentario descritos antes, el conjunto de herramientas con las que el modelado numérico geológico explora hipótesis que de otro modo serían imposibles de verificar, con el que empezó esta descripción.

ID:1496