Modelagem Analógica

A modelagem física analógica é um método experimental investigativo, amplamente aplicado na geologia. O uso de modelos físicos analógicos permite reproduzir, em escala coerente, processos geológicos em laboratório, a fim de investigar a formação e evolução de estruturas observadas na natureza, permitindo estabelecer relações entre os parâmetros impostos e as estruturas resultantes

A modelagem analógica, também chamada de modelagem física, data do século XIX, quando os primeiros registros remontam aos modelos de Sir James Hall (Hall, 1815), que investigavam dobramentos em rochas sedimentares. No curso do século XIX, diversos pesquisadores expandiram essa abordagem experimental para investigar fraturas, dobras, falhas de empurrão e, ainda de forma descritiva, avançaram na compreensão da importância do stress compressivo na construção de montanhas (e.g. Cadell,1889; Figura 1 e 2 – British Geological Survey).

Um avanço fundamental ocorreu quando Hubbert (1937) introduziu os princípios de similaridade (geométrica, cinemática e dinâmica) entre o modelo experimental e o processo geológico natural investigado, estabelecendo bases quantitativas para os experimentos em escala. A partir desse momento, a modelagem analógica deixou de ser apenas ilustrativa e passou a permitir comparações diretas com sistemas naturais, estabelecendo-se como uma ferramenta essencial para ilustrar, investigar e compreender a dinâmica tectônica e deformacional, garantindo observações dos processos geológicos estudados em ambiente controlado e reprodutível (Figura 3 e 4 – Modelos experimentais para compreensão da estrutura dos Apalaches, USA – Willis, 1893).

Para replicar fenômenos naturais em um ambiente controlado de laboratório, é preciso garantir o uso de escalas coerentes para as dimensões, o tempo (duração) e as propriedades mecânicas, utilizando materiais adequados. Os materiais mais comumente usados nos experimentos são areias de quartzo, argila, silicones e microesferas de vidro, ou uma combinação deles, dependendo do experimento a ser realizado (Vídeo 5 – Contractional Sandbox experiment. Cox, 2014).  É essencial que as propriedades mecânicas do material análogo utilizado sejam conhecidas e mantidas constantes durante todo o experimento.

Estes modelos físicos, portanto, estimulam os cientistas a conceber e testar modelos teóricos para o desenvolvimento de estruturas geológicas observadas na natureza.  Os avanços em materiais, métodos de medição e técnicas de registro nos modelos propiciaram análises quantitativas mais precisas e em escalas compatíveis com processos tectônicos reais.

 Adotando uma escala adequada e materiais cujas propriedades são calibradas para reproduzir o comportamento das rochas, os modelos físicos analógicos permitem simular corpos geológicos e processos tectônicos, e avaliar a aplicabilidade mecânica, geométrica e cinemática de modelos tectônicos teóricos, ilustrando as etapas progressivas da deformação.

Referências

Cadell, H.M., 1889. Experimental researches in mountain building. Tans. R. Soc. Edinburgh 1, 339–343.

Cox, S.F., 2014. Contractional Sandbox experiment. Australian National University, Research School of Earth Sciences. Acessado em   https://www.youtube.com/watch?v=KvYLuOdf4AY

Hall, J., 1815. On the vertical position and convolutions of certain strata and their relationship with granite. Trans. R. Soc. Edinburgh 7, 79–108. 

Hubbert, M.K., 1937. Theory of scale models as applied to the study of geologic structures. Geol. Soc. Am. Bull. 48, 1459–1520. 

Willis, B., 1894. The mechanics of Appalachian structure. US Government Printing Office.