Fatiando a Terra: construindo uma base para ensino e pesquisa de geofísica

by Leonardo Uieda (2015)

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This is a presentation I gave for the Department of Geophysics of the University of São Paulo. It's about my open-source project Fatiando a Terra and how I'm using for teaching geophysics and doing my own research on inverse problems.

In the GitHub repository you'll find the slides and accompanying IPython notebooks for the demos.

Resumo

O Fatiando a Terra (www.fatiando.org) é uma biblioteca feita na linguagem Python que tem como objetivo facilitar o trabalho de pesquisadores e professores na área geofísica. Os módulos da biblioteca foram planejados para facilitar a combinação de seus componentes de diversas formas. Por exemplo, o mesmo módulo de modelagem direta pode ser usado para produzir dados sintéticos, desenvolver um método de inversão ou como parte de uma interface gráfica interativa. Além disso, as funções da biblioteca podem ser combinadas com funções desenvolvidas pelo usuário e com as muitas bibliotecas científicas da linguagem Python. O módulo de problemas inversos automatiza grande parte da implementação de um novo método de inversão. O pesquisador implementa somente o cálculo de dados preditos e da matriz de sensibilidade, ambos reutilizando os diversos módulos de modelagem direta. Com essas duas funções, o usuário pode escolher livremente entre diversos métodos de optimização e regularização para executar sua inversão.

Para o ensino de geofísica, a biblioteca pode ser combinada com a interatividade de outros programas, particularmente o IPython notebook (www.ipython.org). Conceitos difíceis de serem transmitidos em aula podem ser explorados pelos alunos de forma interativa, com botões, gráficos e animações. Por exemplo, para ensinar a reflexão e refração de ondas sísmicas, o professor pode utilizar simulações numéricas da propagação de ondas para produzir animações em tempo real. Outro exemplo é permitir aos alunos explorar como o campo geomagnético interage com um corpo geológico a diferentes latitudes para produzir uma anomalia magnética de campo total. Dessa forma, os alunos ganham experiência e intuição ao interagir com os resultados.

A implementação de diversos métodos geofísicos em uma única biblioteca fornece a base necessária para a rápida criação de novas metodologias e material didático interativo. A maior parte da funcionalidade atual é para gravimetria e magnetometria, embora já exista um núcleo de sísmica e sismologia que está sendo desenvolvido. O projeto necessita de usuários e desenvolvedores para crescer e abranger os demais ramos da geofísica. O projeto é software livre e contribuições de qualquer forma são bem vindas.