Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção

Estrutura Interna da Terra e as Zonas de Sombra e de Triplicação

Maio de 2010

(1936) I. Lehmann (1888-1993)

  (1906-1914) B. Gutenberg (1889-1960)

(1909) A. Mohorovicic (1857-1936)

Topografia + Espessura da Crosta

http://www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Geol-1002/HTML.Lect2/sld005.htm

Estrutura Estratificada da Terra

Descontinuidade de 410 & 660 km

Conceitos Básicos de Propagação de Ondas:

Princípio de Huygens, Lei de Snell & Partição de Ondas Elásticas

Refração versus Reflexão

EmbasamentoBacia Sedimentar

Fonte Sísmica

Onda Refletida

Onda Refratada

Princípio de Huygens

Quando uma frente de onda atinge uma interface que separa dois meios diferentes, cada ponto da interface vai oscilar gerando novas onda.

Na prática, o que isso significa?

Lei de Snell e Partição de Ondas (para refração e reflexão)

Lei de Snell e a Refração crítica

Partição de Ondas Sísmica em Interfaces

PP

PSV

SV

i0

iP-T

iSV-T

iSV-R

iP-R

Partição de Ondas Sísmica em Interfaces

SV P

PSV

SV

i0

iP-T

iSV-T

iSV-R

iP-R

Partição de Ondas Sísmica em Interfaces

SH

SV

SV

i0

iSH-T

iSH-R

Onda SH só gera onda SH!

Ondas Sísmicas:Nomenclaturas & Características

Ondas Sísmicas

c : reflexão na borda manto-núcleo externo

K: Onde P transmitida no núcleo externo

i: Onda P refletida na borda núcleo externo-núcleo interno

I: Onda P transmitida no núcleo interno

J: Onda S transmitida no núcleo interno

PKIKP

PKP

KI

PKJKP

PKP

K

J

Zona de Triplicação

A zona de triplicação é caracterizada pelo aumento da energia sísmica devido a um aumento significativo das velocidades das ondas sísmicas em uma camada no interior da Terra, sendo que a principal zona de triplicação ocorre para distâncias menores que 35o, e são causadas pela Zona de Transição do manto. Essas descontinuidades são físicas e possuem aumento de velocidade de 4% e 6% para as descontinuidades de 410 km e 660 km, respectivamente, e ocorrem devido a alteração da estrutura cristalina dos minerais no manto devido a alta pressão e temperatura.

Zona de Triplicação – Descontinuidades de 410 km & 660 km

Em (a) é apresentado um modelo de velocidade que apresenta uma região onde há um aumento significativo da velocidade, o que gera a zona de triplicação, conforme mostrado em (b). Em c) é apresentada a curva de tempo de percurso em função da distância e em (d) a curva da distância em função do parâmetro de raio. Nessas curvas são identificados os diversos ramos (progressivo e regressivo) e os pontos cáusticos.

Zona de TriplicaçãoAs descontinuidades de 410 km e 660 km, causam duas triplicações nas chegadas das ondas P e S entre 15o e 30o de distância. Os traçados de raio em a) são codificados por cores, que são utilizadas na identificação dos tempos de percursos no gráfico apresentado em g), que está com o tempo reduzido considerando 10 seg./grau. Nos perfis b) a f) são mostrados de forma isolada os diferentes raios apresentados em a). Em g), o ramo AB consiste de ondas diretas que vão até a profundidade de 410 km (linha vermelha sólida). O ramo BC é de ondas refletidas na descontinuidade de 410 km (linha vermelha tracejada); o ramo CD, para ondas refratadas entre na camada entre 410km e 660 km; o ramo DE, para ondas refletidas na descontinuidade de 660 km; e o ramo EF, de ondas refratadas até o manto inferior. Figura adaptada de Shearer (2000).

Coeficientes de Clapeyron & Zona de Transição

Um fato importante nas descontinuidades de 410 km e 660 km é que as transformações de fase que ocorrem nessas profundidades têm coeficientes de Clapeyron (DP/DT) opostos, fazendo com que as profundidades dessas descontinuidades dependam da temperatura de forma oposta (Bina & Helffrich, 1994; Helffrich & Wood, 2001; Figura 3). Bina & Helffrich (1994) propõe os seguintes valores para os coeficientes de Clapeyron dessas descontinuidades: +3 MPa/K (para 410 km), e -2 MPa/K (para 660 km).

Ilustração exemplificando as alterações nas profundidades das descontinuidades de 410 km e 660 km, provocada por anomalias de temperatura negativa (azul) e positiva (vermelho). Note que as descontinuidades de 410 km e 660 km sofrem alterações opostas. Figura de Bianchi (2008).

Zona de Sombra & Núcleo Externo

Na sismologia, a zona de sombra mais conhecida é a gerada pelo núcleo externo. Essa zona de sombra é a área na qual a onda S não é detectada devido a existência do núcleo externo, onde a onda S não se propaga. A onda P direta também sobre uma zona de sombra devido ao núcleo externo. A zona de sombra em geral ocorre para distâncias epicentrais entre 105o e 180o para ondas S, e entre 105o e 140o para ondas P.

Uma zona de baixa velocidade (LVZ) é o resultado de um decrescimento da velocidade com o aumento da profundidade, criando uma zona de sombra na superfície e gaps nas curvas Tempo-Distância e TauP. Figura adaptada de Shearer.

Zona de Sombra & Núcleo Externo

O fato de haver essas zonas de sombras, principalmente a da onda S, foi o que levou Richard Dixon Oldham propor em 1906 que a Terra tinha um núcleo liquido. Posteriormente foi proposto o modelo atual da Terra, onde há um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido. Na Lua não é observado zonas de sombra para ondas P e S, o que nos leva a conclusão oposta, de que o núcleo da Lua é sólido.

Ilustração das zonas de sombra para as ondas P e S refratadas. Na zona se sombra alguma ondas como a PP ou SS, entre outras ondas refletidas, são observadas, mas não são observadas ondas do tipo PKP, PKIKP, ScS, e outras ondas refratadas.

Nucleo Interno – Onda PKIKP e PKiKP