Modelo sísmico impreso en 3D en acero inoxidable. Crédito:Sunyoung Park
Parece una losa lisa de acero inoxidable, pero mira un poco más de cerca, y verá una sección transversal simplificada de la cuenca sedimentaria de Los Ángeles.
La investigadora de Caltech Sunyoung Park y sus colegas están imprimiendo modelos 3D como el proxy metálico de Los Ángeles para proporcionar una plataforma novedosa para experimentos sísmicos. Al imprimir un modelo que replica el borde de una cuenca o el ascenso y descenso de una característica topográfica y dirigir la luz láser hacia ella, Park puede simular y registrar cómo las ondas sísmicas podrían atravesar la Tierra real.
En su presentación en la Reunión Anual 2021 de la Sociedad Sismológica de América (SSA), Park explicó por qué estos modelos físicos pueden abordar algunos de los inconvenientes del modelado numérico del movimiento del suelo en algunos casos.
En pequeña escala, Las estructuras complejas en un paisaje pueden amplificar y alterar el movimiento del suelo después de un terremoto. pero los sismólogos tienen dificultades para modelar estos impactos, dijo Park. "Aunque sabemos que estas cosas son muy importantes para sacudir el suelo, los efectos de la topografía, las interfaces y los bordes son problemas difíciles de estudiar numéricamente ".
La incorporación de estas características en las simulaciones de movimiento del suelo requiere mucha potencia computacional, y puede resultar difícil verificar estos cálculos numéricos, ella añadió.
Para abordar estos desafíos, Park comenzó a crear modelos 3D de características topográficas y de cuencas simples para explorar estos efectos en el temblor del suelo. El metal es su material de impresión preferido, "porque puede ser tan rígido como las condiciones en la corteza inferior de la Tierra, " ella dijo.
Montaje experimental con láser para modelo sísmico impreso en 3D. Crédito:Sunyoung Park
Controlando los parámetros de impresión, Park también puede controlar la densidad del metal tal como lo coloca la impresora, creando un material con diferentes velocidades sísmicas. El resultado, en el caso del ejemplo de la cuenca de Los Ángeles que mostró en la reunión, es un modelo de 20 por 4 centímetros que representa una sección transversal de 50 kilómetros a través de la cuenca.
En una escala de aproximadamente 1:250, 000 para el paisaje impreso, Park también necesitaba reducir las longitudes de onda que usaba para simular ondas sísmicas, que es donde entra en juego el sistema de fuente y receptor basado en láser. Un disparo de láser en el modelo imita un evento de fuente sísmica, y los receptores láser Doppler detectan las vibraciones resultantes cuando las ondas sísmicas interactúan con las características del modelo.
Los experimentos con los modelos han arrojado algunos hallazgos interesantes. Con una sección transversal de cuenca poco profunda, por ejemplo, Park descubrió que algunas de las ondas de alta frecuencia no podían viajar a través de la cuenca.
"Sabemos que las cuencas suelen amplificar los movimientos del suelo, " ella dijo, "pero esto sugiere que deberíamos pensar en eso también en términos de diferentes contenidos de frecuencia".
Park dijo que los modelos también podrían ser útiles para estudiar la propagación de ondas a través de otras características sismológicamente complejas, como una roca muy dañada cerca de una falla, capas de roca inyectadas con fluidos y gases durante la extracción de petróleo y gas o el secuestro de carbono, y características en las profundidades de la Tierra.
Park se unirá al Departamento de Ciencias Geofísicas de la Universidad de Chicago en junio de 2021.
