Ondas sísmicas e descontinuidades

by Ana Kastro

ONDAS SÍSMICAS E DESCONTINUIDADES

COMPREENDER A ESTRUTURA

E A DINÂMICA DA GEOSFERA

Biologia – Geologia (10º ano)

Escola Secundária c/ 3º ciclo D. Manuel I

Ondas Sísmicas e Descontinuidades

by Ana Kastro

Quando um feixe luminoso passade um meio (ar) para outro(água) pode sofrer doisfenómenos…

Reflexão

Refracção (mudança de trajectória)

Com as ondas sísmicas ocorre um processo semelhante!!!


by Ana Kastro

Ao passarem de um meio para outro com características físicas diferentes, as ondas sísmicas alteram a sua trajectória… à superfície de separação entre

esses dois meios dá-se o nome de Descontinuidade!


by Ana Kastro

Superfície de descontinuidade

Superfície de descontinuidade


by Ana Kastro

É por sofrerem sucessivas refracções que a trajectória das ondas sísmicas não é rectilínea mas sim curvilínea!

Se a Terra fosse homogénea, todo o seu interior era semelhante e, por isso, as

ondas sísmicas propagar-se-iam numa trajectória rectilínea!

Mas tal não acontece … Como tal, a trajectória das ondas não segue uma recta. De vez em quando

ocorrem mudanças de direcção devido à entrada num meio diferente!


by Ana Kastro

http://www.youtube.com/watch?v=MsOr-PuhvI8&feature=related

1 – Como explicar a chegada de dois conjuntos de ondas sísmicas P-S à estação maisafastada do epicentro?

Possivelmente o primeiro par de ondas P-S que foram registadas pelo simógrafo foram ondasque sofreram refracção (P’-S’), penetraram num meio diferente (de maior velocidade), voltarama ser refractadas e emergiram à superfície (estação C). O segundo par de ondas (mais lento e quechegou depois) eram ondas directas (P-S) que se propagaram sempre no mesmo meio - crusta!





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2 – Por que motivo a estação A, mais próxima do epicentro, não recebeu dois pares deondas P-S?

Essa estação recebeu apenas ondas directas (a propagação ocorreu sempre no mesmo meio, na crusta - não se deurefracção das ondas)

3 –Comente a frase: “percorrer maior distância pode ser compensador”.

A frase está correcta – basta que para tal se percorra essa maior distância a uma maiorvelocidade! Há ondas que percorrem o manto superior, no entanto a sua velocidade neste meioé muito maior pois este é mais denso e rígido!


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Em distâncias curtas, as ondas que viajam pela crusta são detectadas primeiro do que as que percorrem o manto… A distâncias superiores isso já não se verifica!


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As ondas registadas na estação A deslocaram-se a menor

profundidade e a menor distância, deslocando-se as ondas registadas

na estação C para mais longe e a maior profundidade. A explicação

para as diferentes velocidades das ondas sísmicas deve-se, então, à profundidade, pois a velocidade das ondas aumenta, neste caso,

com a profundidade.

As ondas P e S, chegadas em último lugar à estação C, embora tivessem vindo directamente do epicentro até à estação C, propagaram-se a pequena profundidade, e, por isso, a baixa velocidade e constituem as chamadas ondas directas. As ondas P' e S', registadas em primeiro lugar, foram refractadas, pois encontraram materiais de composição diferente e chegaram, por isso, indirectamente à estação C. Estas ondas deslocaram-se a maior profundidade, adquiriram uma maior velocidade e são designadas ondas indirectas.

Na estação A e B, próximas do epicentro, foram apenas registadas ondas directas, enquanto na estação C, mais afastada

do epicentro, foram registadas ondas indirectas e, posteriormente, ondas directas.


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Através de cálculos matemáticos, o mesmo investigador, Mohorovicic,

chegou à conclusão que a mudança de propriedades do meio ocorria a

uma profundidade de cerca de 5-10 Km na crusta oceânica e 35-70 km

na crusta continental!

Superfície que demarca a crusta do manto


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- Onda directa: É a onda inicial, comorigem no foco sísmico e que nãointerage com nenhuma superfície dedescontinuidade, não sofrendo reflexõesnem refracções.

- Onda reflectida: É uma nova onda quese propaga, a partir de uma superfície dedescontinuidade em sentido contrário eno mesmo meio em que a onda inicial seestava a propagar.

- Onda refractada: É a onda transmitida,por uma superfície de descontinuidade,para o segundo meio, a maior parte dasvezes, com um ângulo diferente


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Pela fórmula, podemos inferir que avelocidade das ondas sísmicas dependeda densidade e também da rigidez domeio que estão a atravessar!

QUANTO MAIOR FOR A DENSIDADE – MENOR SERÁ A VELOCIDADE DAS ONDAS

QUANTO MAIOR FOR A RIGIDEZ – MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DAS ONDAS


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Mohorovicic estimou uma velocidade de propagação de cerca de 6Km/s para as ondas P na crusta e de 7-8 km/s para as ondas P na zona

do manto abaixo da crusta…!

Por outro lado, a velocidade na crusta oceânica e continental das ondas P também varia (o

material tem diferente rigidez e densidade…)…

C. Oceânica = 7 km/sApesar de mais densa, é

bem mais rígida que a continental…

C. continental = 6 km/s


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1 –Até aos 100km a velocidade

das ondas sísmicas aumenta, mas entre os 100 km e os 200 km diminui, só começando a aumentar de forma mais significativa a partir dos 350 km …

2 –…

3 –… Até uma profundidade de

100km o peridotito encontra-se no estado sólido… A partir dessa profundidade, e até aos 350 km, mantém-se fundido e só a partir daí volta a estar sólido (certamente será uma zona novamente rígida devidos às altas pressões!)…

4 –… Entre os 100 e os 350 Km a

velocidade das ondas sísmicas diminui pois o material que lá está é pouco rígido…!


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Se ampliarmos a zona dos 100 aos 350 km de profundidade, verifica-se que as ondas sísmicas não apresentam um comportamento constante.

A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade, no entanto, entre os 100 e os 200

km de profundidade, a velocidade das ondas S e P diminui (a velocidade das ondas P diminui dos 8,5

km/s para os 7,5 km/s), sem que as ondas S se anulem (prova que esta zona não é comletamente

líquida pois estas ondas não se propagam nesse tipo de meio.

Esta diminuição da velocidade das ondas sísmicas é explicada por uma diminuição da rigidez dos materiais, já que a composição do

manto superior não sofre alterações.

Supõe-se que existe um aumento da temperatura capaz de fundir alguns dos materiais constituintes desta zona, o que provoca a diminuição da rigidez. Esta zona é conhecida por zona de baixas

velocidades (a partir dos 100 km na litosfera oceânica e dos 200 km na litosfera oceânica) e permitiu a definição de uma zona conhecida por astenosfera. A litosfera corresponde à zona rígida, de maior

velocidade das ondas sísmicas, e que se encontra colocada superiormente em relação à astenosfera.

ESTAS ZONA DE BAIXA VELOCIDADE NÃO ESTÁ BEM DEFINIDA EM TODOS OS LOCAIS DA TERRA E, POR ISSO, NÃO MÉ CONSIDERADA UMA SUPERFÍCIE DE

DESCONTINUIDADE! ALGUNS INVESTIGADORES DEFENDEM AINDA QUE NÃO SE TRATA DE UMA

CAMADA CONTÍNUA…


by Ana Kastro

ESTAS ZONA DE BAIXA VELOCIDADE NÃO ESTÁ

BEM DEFINIDA EM TODOS OS LOCAIS DA TERRA E,

POR ISSO, NÃO MÉ CONSIDERADA UMA

SUPERFÍCIE DE DESCONTINUIDADE!

ALGUNS INVESTIGADORES DEFENDEM AINDA QUE NÃO SE TRATA DE UMA CAMADA CONTÍNUA…


by Ana Kastro

A: Uma zona de baixa velocidade implica que nessa zona o meio se encontre numestado semi-fundido (as ondas P e S diminuem de velocidade nessas condições)…

B: segundo a Teoria da Tectónica de placas, a litosfera (rígida) assentava numa zonasemi-fundida (astenosfera) onde ocorriam correntes de convecção, responsáveis pelosmovimentos das placas…

C: A zona de baixas velocidades corresponde à astenosfera!


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1 – De uma forma global, a velocidadedas ondas aumenta até aos 3000 km.A partir daí há uma diminuição bruscana velocidade das ondas P e não háregisto das S. Entre os 2900 km e os5100 km, a velocidade aumentalentamente, havendo uma subidamais acentuada a partir dos 5100 km.

2 – Possivelmente o meio será líquido(as ondas S não se propagam e as P,devido à menor rigidez, são maislentas)

3 – A partir dos 3000 km as ondas Snão se propagam (quando muito sãoreflectidas) e as ondas P sofremdesvios na trajectória (refracção) porestarem a entrar num meio diferente!

4 – Certamente passar-se-á para ummeio novamente sólido/rígido!

5 – A velocidade das ondas dependedo estado físico do meio logoestudando-as é possível determinarindirectamente como será o interiorda geosfera


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A análise da velocidade das ondas P permite-nos dizer que:• A velocidade das ondas P segue o mesmo padrão de comportamento das ondas S até aos 2900 km de profundidade.• Aos 2900 km de profundidade, as ondas P sofrem um brusco e grande decréscimo da velocidade, o que vem confirmar a hipótese da existência de um núcleo externo líquido, a esta profundidade.• Aos 5150 km de profundidade, a velocidade das ondas P sofre um acréscimo, o que significa que o material constituinte do núcleo interno se encontra no estado sólido, facto que fez aumentar a rigidez dos materiais e, por isso, a velocidade das ondas.


by Ana KastroSuperfície que demarca o manto do núcleo externo

Superfície que demarca o núcleo externo do núcleo interno

http://www.youtube.com/watch?v=3xLiOFjemWQ&feature=player_embedded

Beno Gutenberg (1889 -1960)

Inge Lehmann (1888 -1992)




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Gutenberg descobriu ainda que para cada sismo existe umsector da superfície terrestre onde é impossível registarondas sísmicas directas, isto é, ondas com origem no foco eque atingem a superfície da geosfera sem sofrerem reflexõesnem refracções !

As ondas que percorrem trajectórias tangenciais ao núcleo emergem em locais da superfície cuja

distância ao epicentro corresponde a um ângulo de 103º… Ao entrarem no núcleo são refractadas

(ondas P) voltando a emergir a um ângulo superior a 143º


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As ondas que percorrem trajectórias tangenciais ao núcleo emergem em locais da superfície cuja distância ao epicentro corresponde a um ângulo

de 103º… Ao entrarem no núcleo são refractadas (ondas P) voltando a emergir a um ângulo superior a 143º


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Esta faixa da superfície terrestre, onde não se propagam ondas sísmicas internas directas, designa-se zona de sombra sísmica. Gutenberg determinou que a distância angular desta zona ao epicentro é constante,

situando-se entre os 103° e os 142° para as ondas P. Fazendo a conversão da distância angular em distância

quilométrica (1° = 111,25 km), sobre a superfície terrestre, a zona de sombra situa-se entre os 11 459 km

e os 15 798 km de distância do epicentro.

As zonas de sombra sísmica, que variam com a localização do epicentro, ocorrem

devido à refracção (mudança de direcção) das ondas P na chegada ao

núcleo externo e na não propagação das ondas S nessa zona!


by Ana Kastro

103º - 143º

silêncio sísmico

As ondas S, a partir da descontinuidade de Gutenberg não se

propagam e, por isso, todos os locais que se encontrem a

uma distância epicentral superior ao ângulo de 103º não as

irão receber!


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As ondas sísmicas são registadas nas estações sismográficas distantes do epicentro num espaço de tempo menor do que o esperado...

Quanto maior é a distância epicentral, maior é a diferença entre o tempo de chegada das ondas sísmicase o tempo esperado para a sua chegada.

Quanto maior é a distância epicentral, mais profundamente as ondas sísmicas mergulham, e maior a sua velocidade.

As ondas sísmicas propagam-se mais lentamente nas rochas mais quentes e menos rígidas, enquanto a sua velocidade aumenta com a rigidez.

As ondas S não se propagam em meios de rigidez nula (meio líquido), enquanto que as ondas P diminuem a sua velocidade.

A velocidade das ondas sísmicas diminui com o aumento da densidade. A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade, pelo que a rigidez, com a profundidade,

aumenta mais do que a densidade. As ondas sísmicas podem sofrer desvios, durante o seu percurso, o que revela a existência de meios

de composição diferente, isto é, a Terra é heterogénea. Existem superfícies de descontinuidade reveladas pela modificação do comportamento das ondas

sísmicas. Existem zonas de sombra sísmica que estão localizadas entre os graus 103º e 142º (ondas P)

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