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Os vulcões são compostos por um arranjo complexo de rochas fraturadas, bolsas de líquido e gás tão heterogêneas que sua visualização é particularmente complicada. A tomografia sísmica explora os terremotos para sondar suas propriedades mecânicas, mas requer uma atividade sísmica significativa, e a resolução das imagens obtidas é apenas da ordem de alguns quilômetros.
Pesquisadores e pesquisadoras do Instituto Langevin (CNRS/ESPCI Paris - PSL University) e do Instituto de Física do Globo de Paris (Université Paris Cité/CNRS) desenvolveram um novo método de imageamento, chamado matricial passivo, que penetra nas entranhas do vulcão até uma profundidade de dez quilômetros e resolve sua infraestrutura interna com uma precisão da ordem de centenas de metros, usando apenas o ruído sísmico.
Esses resultados foram obtidos no vulcão da La Soufrière, na Guadalupe. Eles revelam a forma tortuosa da chaminé do vulcão em sua parte superior. Sobretudo, confirmam a existência de uma grande zona de armazenamento de magma em profundidade e sua estruturação em uma rede de lentes de magma horizontais conectadas entre si. Além de confirmar alguns modelos conceituais propostos na literatura, tais imagens oferecem uma perspectiva única sobre os vulcões, capaz de revolucionar o campo da vulcanologia.
Para alcançar esses resultados, os cientistas, em colaboração com o Observatório Vulcanológico e Sismológico da Guadalupe (OVSG-IPGP), implantaram uma rede esparsa de geofones, que captam não apenas os fortes tremores de terremotos, mas também o ruído sísmico induzido pelo vento, pelo oceano e pela atividade humana.
a) Vista tridimensional do vulcão obtida por uma migração confocal da matriz de reflexão. A imagem está completamente distorcida pelas distorções das ondas sísmicas induzidas pelas heterogeneidades do vulcão.
b) Imagem matricial do vulcão obtida por aprendizado das leis de focalização que compensam as heterogeneidades do vulcão. Até 5 km, a imagem revela o conduto tortuoso da Soufrière. Além disso, uma zona de armazenamento de magma é iluminada com um complexo arranjo de lentes de magma horizontais conectadas entre si.
© Elsa Giraudat
Esse ruído sísmico, medido durante dois meses, serviu para construir uma matriz de reflexão, inspirada em estudos anteriores da mesma equipe sobre ultrassom e microscopia óptica recentemente publicados na Nature Communications.
Esta matriz é utilizada para compensar finamente as distorções que as ondas sísmicas sofrem ao atravessar as diferentes estruturas geológicas e as bolsas de magma de um vulcão. Essas heterogeneidades deixam de ser um obstáculo, e uma imagem da estrutura interna do vulcão é obtida como se ele tivesse se tornado transparente.
Esta técnica de imageamento matricial passivo pode ser aplicada a qualquer vulcão, desde que nele seja instalada uma rede densa de geofones. Ela abre, assim, um vasto campo de aplicações em vulcanologia, para melhor compreender a estrutura interna dos vulcões e os movimentos de magma em profundidade, permitindo, deste modo, antecipar de maneira mais eficaz as erupções vulcânicas.
Referências:
E. Giraudat, A. Burtin, A. Le Ber, M. Fink, J-C. Komorowski & A. Aubry.
Matrix imaging as a tool for high-resolution monitoring of deep volcanic plumbing systems with seismic noise.
Commun Earth Environ 5, 509 (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01659-2.