Tema ii isismologia1

A Sismologia é o ramo da Geofísica que estuda os sismos, as suas causas e os seus efeitos.

SismologiaSismologia

Escola Secundária Francisco Franco 2007/2008

Prof. Luís Paulino http://geonovas.blogspot.com

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Sumário

Aula 21.01.2008

Sismologia - O que são sismos?- Causas dos sismos

- Sismos tectónicos, sismos vulcânicos e sismos de colapso.

- Ondas Sísmicas




A Terra é um planeta geologicamente activo. A actividade sísmica constitui uma prova evidente dessa actividade.

¿O que é um sismo?

Os sismos, tremores ou abalos de terra, são caracterizados por movimentos vibratórios bruscos das camadas superiores da superfície terrestre, mais ou menos violentos, provocados por uma súbita libertação de energia em zonas instáveis do interior da Terra. A sua duração não ultrapassa alguns minutos ou até segundos, sendo sempre um fenómeno breve e localizado.

Sismo – Niigata - Japão (2004)

Segundo estimativas, a Terra estremece cerca de 1milhão de vezes por ano.

Alguns desses sismos são sentidos pela população designando-se macrossismos.

A maioria, porém, não causa danos significativos ou são mesmo imperceptíveis (apenas detectados por sismógrafos) designando-se microssismos.




Maioria dos sismos ocorrem:

-> Zona Circumpacífica – Anel de fogo do Pacífico-> Zona Cintura Mediterrânico-asiática-> Zona das Dorsais Médio-oceânicas




¿Causas dos sismos ?

Os mecanismos que originam um sismo são diversos e ocorrem naturalmente (sismos naturais), salvo em alguns casos, em que são provocados intencionalmente pelo Homem, com fins científicos (sismos artificiais).

Os sismos artificiais resultam da actividade humana, como, por exemplo, os sismos gerados por explosões em minas, pedreiras e ensaios nucleares.

A maior parte do sismos naturais são devidos a movimentos ao longo de falhas existentes entre as diferentes placas tectónicas, ou no interior das placas tectónicas – Sismos Tectónicos.

A crusta terrestre estácontinuamente a ser distorcida por forças que se geram no interior do Globo (forças compressivas, distensivas e de cisalhamento)




Sismos Vulcânicos – são provocados por fortes pressões que um vulcão experimenta antes de uma erupção, ou durante o movimento ascensional do magma atéà superfície.

Mais raramente ocorrem Sismos de Colapso devido a abatimentos em grutas e cavernas ou ao desprendimento de massas rochosas (ou massas de gelo) nas encostas das montanhas.







A superfície terrestre encontra-se dividida em placas rígidas e animadas de movimento (Placas Tectónicas ou Litósfericas).

O movimento lento mas implacável das placas, umas em relação às outras, permite que nas suas fronteiras se acumulem grandes quantidades de energia.

Na sequência dos movimentos das placas originam-se tensões que vão deformando os materiais rochosos do interior da Terra, enquanto a sua elasticidade o permitir.

Se a determinada altura, a tensão ultrapassar a capacidade de resistência/deformação elástica do material rochoso, ele acaba por fracturar (origina-se uma falha) e desloca-se, libertando-se instantaneamente por Ressalto Elástico, parte da energia acumulada, o que provoca um sismo.

Após o sismo, devido a um alívio das tensões, o material deformado readquire o tamanho e a formas iniciais.

A falha originada devido à actuação das forças de tensão, pode permanecer activa (Falha Activa), podendo originar novos sismos, por actuação continuada das tensões tectónicas.

Ocorrência de Sismos Tectónicos - Teoria do Ressalto Elástico(Harry F. Reid, 1911)

Ressalto elástico




A teoria do ressalto elástico baseia-se nas mudanças de volume e de forma da rocha quando sujeita a forças. Terminada a actuação dessas forças, o material deformado readquire o tamanho e a formas iniciais.

Uma simples experiência com uma régua pode ajudar a compreender a teoria do ressalto elástico.







Forças Tectónicas -> aumento de tensão -> materiais começam a deformar-se -> tensão continua a aumentar -> é ultrapassado o limite de resistência elástica dos materiais -> material fractura -> blocos movimentam-se -> libertação súbita e localizada de energia por ressalto elástico -> alívio das tensões (rochas readquirem a sua forma).




A Falha de Santo André (SanAndreas Fault), na Califórnia – EUA, éconsiderada uma das mais activas do Globo. Nesta falha ocorrem cerca de 150 sismos por ano. O deslocamento calculado por diferentes métodos é de 4 a 6,5 cm por ano, ou seja, um deslocamento acumulado de 1200 km em 30 Ma.

Falha de Santo André - EUA




A energia libertada propaga-se através de Ondas Sísmicas que, ao atingirem a superfície terrestre, transferem parte da sua energia aos materiais que aí se encontram, fazendo-os vibrar.

Por vezes a libertação de energia é tal que se faz sentir em todo o planeta (Terramoto), sendo precedidos e sucedidos por sismos menores denominados, respectivamente, Abalos Premonitórios ou Preliminares (abalos que antecedem o sismo principal, constituindo um alerta) e Réplicas (abalos de menor intensidade que ocorrem após o sismo principal e que resultam do reajustamento do material rochoso. Podem prolongar-se por vários dias).

Propagação da energia libertada – ondas sísmicas

Ondas sísmicas




Distância focal

Ressalto elástico

Falha

Os sismos podem ser classificados de acordo com a profundidade do foco, em:

- Sismos Superficiais(foco entre o-100 km)- Sismos Intermédios(foco entre 100-300 km)- Sismos Profundos(foco entre 300 e 700 km)

A zona localizada no interior da Terra onde ocorre a libertação da energia acumulada devido à ruptura ou deslocação das rochas designa-se por Foco Sísmico ou Hipocentro. O local à superfície da terra, situado na vertical do foco designa-se de Epicentro, sendo a zona onde o sismo é sentido em primeiro lugar e, em regra, com maior intensidade. A distância entre o foco e o epicentro designa-se distância focal.

A energia libertada no foco sísmico propaga-se, em todas as direcções e sentidos segundo superfícies esféricas (Ondas Sísmicas), obrigando as partículas que constituem os materiais rochosos a vibrar sucessivamente, quer na vertical quer na horizontal, fazendo tremer a terra.




As superfícies esféricas definidas pelo conjunto de pontos na mesma fase de movimento ondulatório designamos de Frente de Onda. Qualquer trajectória perpendicular à frente de onda designam-se de Raio Sísmico.

0 Trajecto das ondas sísmica é, em geral, curvilíneo.




Classificação dos sismos de acordo com a sua profundidade focal:

Os epicentros dos sismos não se distribuem uniformemente sobre a superfície da Terra, mas concentram-se principalmente ao longo de zonas de actividade sísmica inter-placas. Estima-se que mais de 95% da energia sísmica libertada anualmente tenha origem em sismos inter-placas.

Todavia, mais de 1% da energia sísmica global é libertada aquando da movimentação de falhas localizadas no interior das placas, isto é, em sismos intra-placas. Alguns destes sismos podem ser bastante destruidores, como se verificou em eventos ocorridos nos Estados Unidos e na China.

Sismos pouco profundos ou superficiais(profundidade focal inferior a 70km).

• Sismos intermédios (profundidade focal entre 70-300km).

• Sismos profundos (focos localizados a profundidades entre 300-700km).




Sumário

Aula 25.01.2008

Sismologia - Ondas Sísmicas

- Ondas de profundidade ou volume- ondas primárias ou ondas P- ondas secundárias ou ondas S

- Ondas superficiais ou longas- Ondas de Love ou ondas L- Ondas de Rayleigh ou ondas R.




Caracterização das Ondas Sísmicas

Definem-se 4 tipos de ondas sísmicas,

Ondas de profundidade ou volume, têm origem no foco e propagam-se no interior da Terra em qualquer direcção.

- Ondas P ou ondas primárias- Ondas S ou ondas secundárias

As ondas de volume podem eventualmente atingir a superfície gerando ondas superficiais.

Ondas superficiais ou longas

- Ondas L ou ondas de Love- Ondas R ou ondas de Rayleigh

As ondas sísmicas são classificadas de acordo com o modo como as partículas do solo oscilam em relação à direcção de propagação do raio sísmico.




Ondas de Profundidade ou Volume (Ondas P e ondas S)

Ondas primárias ou ondas P – ondas longitudinais:

Ø São as ondas com maior velocidade de propagação, logo são as primeiras a chegar a qualquer a qualquer ponto da superfície do globo ( ruídos );

Ø São as ondas de menor amplitude;

Ø Comprimem e distendem os materiais por onde passam(há portanto variações do volume do material);

Ø São também denominadas de ondas longitudinais, visto que o material vibra no mesmo sentido de propagação da onda

Ø Conseguem propagar-se através de meios líquidos, sólidos e gasosos, embora a sua velocidade de propagação diminua progressivamente na passagem de meios sólidos para líquidos, e destes para gasosos.







Ondas de Profundidade ou Volume (Ondas P e ondas S)

Ondas secundarias ou ondas S – ondas transversais:

Ø As ondas S deslocam-se com velocidade inferior à das ondas P, pelo que são as segundas a chegar;

Ø São as ondas de baixa amplitude, mas superior àdas ondas P;

Ø Provocam mudança de forma dos materiais à sua passagem, mas não de volume. (“sacodem a Terra e as construções de alto a baixo, como quem sacode um tapete”)

Ø São também denominadas de ondas transversais, visto que o material vibra perpendicularmente à direcção de propagação destas ondas;

Ø Apenas se conseguem propagar através de meios sólidos.




As ondas S provocam maiores danos nos edifícios que as ondas P porque, enquanto que, as ondas P incidem verticalmente nas estruturas (a sua acção vai ser atenuada), as ondas S incidem transversalmente nas estruturas.




Ondas Superficiais ou longas(ondas L e ondas R)

A interacção das ondas internas (ondas P e S) com a superfície da geosfera pode originar ondas superficiais - Ondas de Love (ondas L) e Ondas de Rayleigh(ondas R).

As ondas L e R propagam-se àsuperfície ou muito próxima dela, e possuem velocidades inferiores às apresentadas pelas ondas P e S.

As ondas superficiais são as responsáveis pela maior parte das destruições quando ocorre um terramoto, visto que, são responsáveis por deslocamentos mais pronunciados dos materiais.

As ondas L e R são ondas de grande amplitude.




Ondas de Love (ondas L): varrem a superfície terrestre, horizontalmente, da direita para a esquerda, segundo movimentos de torsão. Atacam preferencialmente os alicerces dos prédios. Não se propagam na água.

Ondas de Rayleigh (ondas R): agitam o solo segundo uma trajectória elíptica retrógrada, semelhante à das ondas do mar. Propagam-se tanto em meios sólidos como líquidos.

Ondas Superficiais ou longas(ondas L e ondas R)




Ondas de Rayleigh (ondas R)




As ondas de Rayleigh e as ondas de Love são ondas de grande amplitude, podendo, por isso, ser designadas de Ondas Longas ou L. Isto confere-lhes elevada capacidade destrutiva.

Velocidade de propagação das diferentes ondas sísmicas

Se o interior da Terra fosse homogéneo, a energia sísmica propagar-se-ia com a mesma velocidade em todas as direcções. Tal não acontece, dependendo a velocidade de propagação das ondas sísmicas internas, das propriedades das rochas que atravessam (da sua rigidez, densidade e incompressibilidade) .




A velocidade das ondas internas P (Vp) e S (Vs) calcula-se aplicando as seguintes fórmulas:

Velocidade de propagação das diferentes ondas sísmicas

A velocidade de propagação das ondas sísmicas varia directamente com a rigidez dos materiais (quanto maior for a rigidez, maior é a velocidade de propagação e vice-versa), e inversamente com a sua densidade (quanto maior for a densidade, menor é a velocidade de propagação e vice-versa). No caso das ondas P, a velocidade das ondas depende ainda, directamente, da incompressibilidade do meio em que se propagam.

A rigidez de um meio líquido é nula, logo:

Compreende-se assim porque razão diminui a velocidade de propagação das ondas P na passagem de um meio sólido para líquido, e porque razão não se propagam as ondas S em meios líquidos.

As ondas superficiais (ondas de Love e de Rayleigh) propagam-se a uma velocidade aproximadamente constante.




esquematizando…




Sumário

Aula 28.01.2008

Sismologia

- Determinação do epicentro de um sismo com base em sismogramas e gráficos distância-tempo.

- Intensidade e Magnitude de um sismo- Escala de Internacional ou de Mercalli modificada e Escala de Magnitude de Ritchter- Determinação da Magnitude de um Sismo




Detecção e Registo de Sismos

Os movimentos do solo provocados pelas ondas sísmicas podem ser detectados e registados por aparelhos especializados – Sismógrafos. O registo sísmico obtido constitui o Sismograma.

Os sismógrafos estão adaptados ao registo dos movimentos verticais e horizontais do solo. Numa estação sismográfica são utilizados geralmente três sismógrafos: um que regista os movimentos verticais e outros dois que registam os movimentos horizontais (um orientado na direcção N-S e outro na direcção E-O).




No ano 132, o chinês Chang Heng inventou o primeiro sismógrafo ("O Sismoscóspio"). Este aparelho consistia numa bola de bronze sustentada por oito dragões que a seguravam com a boca. Quando ocorria um tremor de terra, por menor que fosse, a boca do dragão abria e a bola caía na boca aberta de um dos oitos sapos de metal que se encontrava em baixo. Era, deste modo, que os chineses determinavam a direcção de propagação do sismo.

A partir desta invenção foram-se desenvolvendo novos inventos até chegar aos sismógrafos de hoje.

Os sismógrafos são utilizados para medir as vibrações da terra e para definir se a camada e muito densa ou pouco densa.

Do Sismoscóspio aos sismógrafos digitais….

Sismógrafo moderno Sismógrafo digital




Análise de um sismograma

Na ausência de quaisquer vibração, um sismograma deveria em teoria ser constituído por rectas paralelas. No entanto, face a algum ruído de fundo causado, por exemplo, pela agitação industrial, circulação de automóveis ou agitação natural (temporais oceânicos, pequenas derrocadas,…), as linhas obtidas no sismograma apresentam algumas sinuosidades (registam algumas vibrações de pequena amplitude).

Ruído de fundo

Intervalo S-P




Como determinar o epicentro de um sismo com base nos sismogramas e no gráfico tempo-distância 1/2

A distância epicentral é a distância entre uma estação sísmica e o epicentro do sismo. Pode ser expressa tanto em quilómetros ao longo da superfície da Terra como pelo ângulo subentendido no centro da Terra. Os tempos de percurso das ondas S e P desde o local do sismo atéuma estação dependem da distância epicentral.

Assim, determinando no sismograma a diferença de tempo entre a chegada das ondas P e das ondas S, épossível estimar a distância epicentral.

D.E.= [(S-P)-1]x1000 Km (Fórmula empírica válida para DE superior 1000Km)




Como determinar o epicentro de um sismo com base nos sismogramas e no gráfico tempo-distância 2/2

Conhecendo os dados obtidos por três estações sismográficas, basta traçar, com o auxílio de um compasso, três arcos de circunferência centrados nessas estações e cujos raios são as distâncias epicentrais respectivas, para determinar, pela sua intersecção, a localização do epicentro.

Geralmente, os arcos de círculo não se intersectam exactamente num ponto. Tal resulta, em parte, de erros observacionais, mas também porque o conhecimento teórico das curvas dos tempos de percurso das ondas S e P éimperfeito. No entanto, a razão principal resulta do facto de as ondas sísmicas provirem do foco (hipocentro) e não do epicentro. A distância focal do sismo, que pode atingir, para sismos profundos, algumas centenas de quilómetros, éoutra causa de imprecisão.




Determinar a localização do epicentro de um sismo

Com

base nos registos sísmicos efectuados em

três estações sism

ográficas, épossível determ

inar, com algum

a exactidão, o epicentro de um

sismo.




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