Winter-to-spring changes in borehole seismic noise beneath permafrost in the northeastern Tibetan Plateau
Este estudo analisa o ruído sísmico de furos de sondagem sob o permafrost no nordeste do Planalto Tibetano durante a transição do inverno para a primavera, revelando aumentos significativos na potência do ruído e na entropia espectral seletivos à frequência, impulsionados por mudanças sazonais em vez do degelo, o que ressalta a necessidade de avaliar tanto a potência absoluta quanto a distribuição espectral ao caracterizar os fundos de gravação das estações.
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Profundamente sob o solo congelado do Planalto Tibetano, onde a terra permanece trancada no gelo durante a maior parte do ano, cientistas têm ouvido o zumbido constante e de baixo nível do planeta. Este zumbido, conhecido como ruído sísmico ambiente, não é silêncio, mas uma vibração contínua causada pelo vento, ondas oceânicas e atividade humana. Em regiões frias, o próprio solo muda conforme congela e descongela, alterando a forma como essas vibrações viajam. Ao colocar instrumentos sensíveis profundamente no subsolo, os pesquisadores podem rastrear essas mudanças sutis, de forma muito semelhante a um médico ouvindo um batimento cardíaco para entender a saúde de um paciente. O objetivo é compreender como o ambiente molda o ruído de fundo que esses instrumentos registram, garantindo que, quando ocorrer um terremoto real, o sinal seja claro e a estática de fundo seja compreendida.
Em uma área de mineração específica no nordeste do planalto, uma equipe de pesquisadores instalou um sismômetro altamente sensível a quase 300 metros de profundidade em um furo de sondagem, posicionando-o bem abaixo da camada local de permafrost. Eles se propuseram a observar como o ruído nessa profundidade mudava conforme a região passava do auge do inverno para os primeiros dias da primavera. Eles analisaram gravações contínuas de fins de janeiro até meados de abril de 2019, procurando por padrões na intensidade e na "forma" das vibrações. A equipe utilizou um método que decompõe o ruído em diferentes frequências, ou tons, para ver se certos tons se tornavam mais altos ou se a mistura geral de sons mudava conforme as estações giravam.
O que encontraram foi uma mudança distinta e seletiva no ruído de fundo da terra. À medida que a estação progredia, as vibrações em um tom específico mais alto, em torno de 3,4 hertz, tornaram-se significativamente mais altas, aumentando em até 21 decibéis em comparação com o silêncio do final de janeiro. No entanto, esse aumento não ocorreu em todo o espectro. As vibrações em um tom muito mais baixo, em torno de 0,2 hertz, permaneceram relativamente estáveis, mudando apenas uma quantidade ínfima. Isso disse aos pesquisadores que a mudança não era um aumento geral em todo o ruído, mas uma amplificação específica de certas frequências. Além disso, a "forma" do ruído mudou. Nas primeiras semanas, a energia estava concentrada na extremidade muito baixa da faixa que estavam ouvindo. Na primavera, essa energia havia se espalhado, formando uma corcova mais ampla de atividade centrada em torno de 2 a -3 hertz.
Para entender se essa mudança era simplesmente uma questão de o solo ficar mais barulhento no geral, os pesquisadores também mediram a "entropia" do ruído, uma forma de descrever o quão espalhada ou concentrada a energia está através das diferentes frequências. Eles descobriram que o ruído tornou-se mais espalhado, ou menos concentrado, à medida que a estação avançava. Curiosamente, descobriram que a dispersão do ruído e a potência total não sempre se moviam em sincronia. Durante uma comparação específica entre meados de março e o início de abril, a dispersão do ruído permaneceu quase idêntica, embora a potência total das vibrações fosse visivelmente maior em abril. Isso significa que olhar apenas para o volume ou apenas para a dispersão do ruído daria uma imagem incompleta; ambos devem ser considerados juntos para realmente compreender o ambiente de gravação.
A equipe também verificou a temperatura rasa do solo, que subiu do frio profundo do inverno em direção ao ponto de congelamento, mas permaneceu abaixo de zero graus Celsius durante todo o período de estudo. Embora o solo estivesse aquecendo, os dados não mostraram que o permafrost havia começado a descongelar na profundidade do sensor. Como os dados de temperatura vinham de apenas meio metro abaixo da superfície, eles não podiam confirmar o que estava acontecendo a 300 metros de profundidade. Consequentemente, os pesquisadores não puderam afirmar categoricamente que a mudança no ruído foi causada pelo descongelamento do solo congelado. As mudanças poderiam ter sido impulsionadas por mudanças no vento, mudanças na atividade de mineração próxima ou alterações sutis nas camadas rochosas. O estudo mapeou com sucesso a mudança no ruído de fundo, mostrando que não é um ambiente estático, mas parou antes de identificar a causa exata da mudança, deixando a porta aberta para investigações futuras sobre como a terra profunda responde à virada das estações.
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