A Terra é um planeta sismicamente ativo e os cientistas descobriram como usar as ondas sísmicas dos terremotos para sondar o seu interior. Usamos até ondas sísmicas criadas artificialmente para identificar formações subterrâneas contendo petróleo. Quando a sonda InSIGHT (Exploração Interior usando Investigações Sísmicas, Geodésia e Transporte de Calor) foi enviada a Marte, ela detectou terremotos marcianos para aprender mais sobre o interior do planeta.

Os investigadores pensam que podem usar os Marsquakes para responder a uma das questões mais prementes de Marte: o planeta retém água presa no seu subsolo?

O radar de penetração no solo pode nos dizer o que há no subsolo da Terra. No entanto, tem limitações. Pode atingir cerca de 30 metros de profundidade em materiais de baixa condutividade e tão superficial quanto um metro em materiais condutores. Os cientistas estão desenvolvendo outros métodos, incluindo interferômetros sismológicos, para usar a sismologia para detectar aquíferos mais profundos, mas esses métodos não estão totalmente desenvolvidos. Também há tanta água dentro da Terra que cria sinais ruidosos.

Estes métodos não são aplicáveis ​​a Marte, onde o equipamento é limitado.

No entanto, investigadores da Penn State University pensam que podem usar um tipo diferente de sismologia para detectar a água subterrânea de Marte. É chamado de método sismoelétrico e combina sismologia e eletromagnetismo. Ele detecta os sinais eletromagnéticos provenientes da propagação das ondas sísmicas no interior de um planeta.

Sua nova pesquisa, “Caracterizando Água Líquida em Aquíferos Profundos de Marte: Uma Abordagem Sismo-Elétrica”, foi publicado no JGR Planets. Nolan Roth, doutorando no Departamento de Geociências da Penn State, é o autor principal.

“A comunidade científica tem teorias de que Marte costumava ter oceanos e que, ao longo da sua história, toda aquela água desapareceu”, disse Roth. “Mas há evidências de que alguma água está presa em algum lugar no subsolo. Simplesmente não conseguimos encontrá-lo. A ideia é que, se conseguirmos encontrar estes sinais eletromagnéticos, então encontraremos água em Marte.”

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Esta impressão artística mostra como seria a aparência de Marte há cerca de quatro bilhões de anos.  O jovem planeta Marte teria tido água suficiente para cobrir toda a sua superfície numa camada líquida com cerca de 140 metros de profundidade, mas é mais provável que o líquido se tivesse acumulado para formar um oceano ocupando quase metade do hemisfério norte de Marte e, em algumas regiões, atingindo profundidades superiores a 1,6 quilómetros.  Crédito: ESO/M.  Kornmesser
Esta impressão artística mostra como seria a aparência de Marte há cerca de quatro bilhões de anos. O jovem planeta Marte teria tido água suficiente para cobrir toda a sua superfície numa camada líquida com cerca de 140 metros de profundidade, mas é mais provável que o líquido se tivesse acumulado para formar um oceano ocupando quase metade do hemisfério norte de Marte e, em algumas regiões, atingindo profundidades superiores a 1,6 quilómetros. Crédito: ESO/M. Kornmesser
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A sismologia funciona detectando ondas elásticas que se propagam pela Terra. Essas ondas são divididas em subtipos, especialmente ondas P, ou ondas primárias, e ondas S, ou ondas secundárias. Cada tipo de onda viaja de maneira diferente dependendo do material através do qual está se movendo. Em termos gerais, as ondas P viajam mais rápido que as ondas S, por isso chegam aos sensores sismográficos em momentos diferentes. As diferenças entre esses tempos e outros fatores revelam as características e densidades do material através do qual as ondas viajam.

O método sismoelétrico detecta os sinais eletromagnéticos criados pelas ondas sísmicas, e não as próprias ondas. À medida que as ondas viajam através de um planeta, materiais como rocha ou água movem-se de forma diferente em resposta. Essas diferenças criam campos magnéticos que os sensores de superfície podem detectar.

“Se ouvirmos os terremotos que se movem através da subsuperfície, se eles passarem pela água, eles criarão esses sinais maravilhosos e únicos de campos eletromagnéticos”, disse Roth. “Esses sinais seriam um diagnóstico da água atual em Marte.”

Este método é especialmente adequado para Marte. Na Terra, a água está misturada em todo o subsolo, não apenas nos aquíferos, dificultando a detecção. Mas Marte é extremamente seco, com exceção dos potenciais aquíferos subterrâneos. Se detectarmos água enterrada em Marte com o método sismoelétrico, é quase certo que seja um aquífero subterrâneo.

Impressão artística da água sob a superfície marciana.  Crédito: ESA/Medialab
Impressão artística da água sob a superfície marciana. Crédito: ESA/Medialab
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“Em contraste com a forma como os sinais sismoelétricos aparecem frequentemente na Terra, a superfície de Marte remove naturalmente o ruído e expõe dados úteis que nos permitem caracterizar várias propriedades dos aquíferos”, disse o co-autor Tieyuan Zhu, professor associado de geociências na Penn State e conselheiro de Roth. .

O método sismoelétrico envolve dois tipos de campos eletromagnéticos: ondas co-sísmicas e respostas de interface (IR). Existem dois tipos de respostas de interface: respostas de interface radiante (RIRs) e respostas de interface evanescentes (EIRs).

“As respostas da interface (IRs) são geradas quando uma onda sísmica cria um desequilíbrio de carga através de uma interface saturada”, explicam os autores. Os RIRs irradiam da interface independentemente em velocidades eletromagnéticas, independentemente da quantidade de fluido presente no meio. Os EIRs são gerados quando uma onda sísmica atinge uma interface saturada em um determinado ângulo. Ambos os tipos de IRs são gerados na presença de fluidos móveis, mas não requerem uma camada saturada para se propagarem ainda mais. Os RIRs, em particular, podem percorrer quilômetros de rocha. Os dois tipos de respostas de interface podem ser separados e analisados ​​independentemente.

Tudo isso resulta em um novo método de “ver” o interior de Marte e encontrar camadas saturadas.

Roth e seus colegas pesquisadores começaram criando um modelo do subsolo de Marte. Depois, adicionaram aquíferos para simular como o método sismoelétrico poderia funcionar. Os resultados mostraram que eles poderiam usar a técnica sismoelétrica para descobrir detalhes sobre os aquíferos, incluindo suas dimensões e propriedades químicas, como a salinidade.

“A profundidade, espessura e quantidade do aquífero afetam os tempos e a forma de chegada da resposta da interface”, escrevem os autores em sua pesquisa. “A fração de saturação da água do aquífero, a química e a salinidade impactam fortemente a força de resposta da interface, mas têm pouco ou nenhum efeito no formato da forma de onda.”

“Os sinais sismoelétricos podem ser usados ​​para restringir estimativas de profundidade, volume, localização e composição química do aqüífero”, acrescentaram.

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Esta ilustração da pesquisa mostra como o método sismoelétrico poderia detectar água subterrânea em Marte.  Mostra três casos diferentes: um Marte seco, um Marte com um aquífero profundo e um modelo análogo à Terra.  Há muita complexidade, mas a principal conclusão é que as diferentes respostas da interface se comportam de maneira diferente e chegam aos sensores em momentos diferentes.  Veja a pesquisa publicada para mais detalhes.  Crédito da imagem: Roth et al.  2024.
Esta ilustração da pesquisa mostra como o método sismoelétrico poderia detectar água subterrânea em Marte. Mostra três casos diferentes: um Marte seco, um Marte com um aquífero profundo e um modelo análogo à Terra. Há muita complexidade, mas a principal conclusão é que as diferentes respostas da interface se comportam de maneira diferente e chegam aos sensores em momentos diferentes. Veja a pesquisa publicada para mais detalhes. Crédito da imagem: Roth et al. 2024.
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“As medições SE dão-nos uma forma de detectar e visualizar as águas subterrâneas marcianas quilómetros abaixo da superfície”, escrevem os autores na sua conclusão. “À medida que a exploração SE se torna mais difundida na Terra, este estudo representa a primeira incursão do método em outros mundos.”

“Se conseguirmos compreender os sinais, poderemos voltar atrás e caracterizar os próprios aquíferos”, disse Roth num comunicado de imprensa. “E isso dar-nos-ia mais restrições do que alguma vez tivemos antes para compreender a água em Marte hoje e como esta mudou ao longo dos últimos 4 mil milhões de anos. E isso seria um grande passo à frente.”

A parte mais interessante de usar o método sismoelétrico em Marte é que ele não requer uma nova missão. O módulo de pouso InSIGHT da NASA adquiriu amplos dados sísmicos durante sua missão. Ele também tinha um magnetômetro, e trabalhos futuros combinarão os sinais de ambos para abrir uma nova janela para o subsolo de Marte.

Se o método se revelar frutífero, sismógrafos e magnetómetros poderão ser incluídos em futuras missões, não só a Marte, mas também a outros mundos. Luas oceânicas congeladas como Europa e Encélado são os principais alvos de exploração na busca por vida, e a técnica poderia funcionar lá.

“Isso não deveria se limitar a Marte – a técnica tem potencial, por exemplo, para medir a espessura dos oceanos gelados na lua de Júpiter”, disse Zhu. “A mensagem que queremos dar à comunidade é que existem fenómenos físicos promissores – que receberam menos atenção no passado – que podem ter um grande potencial para a geofísica planetária.”

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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.