- A Sismologia estuda os sismos, suas causas e efeitos. Os sismos são movimentos vibratórios da crosta terrestre provocados por libertação súbita de energia no interior da Terra.
- Existem diferentes tipos de ondas sísmicas que se propagam após um sismo, incluindo ondas P, S, de Love e de Rayleigh. Cada onda causa um tipo diferente de movimento nas rochas.
- Os sismos ocorrem principalmente ao longo de zonas de fronteira de placas tectônicas
Tese Doutoramento sobre a "cunha" em Portugal - João Ribeiro
Sismologia: O estudo dos sismos
1. A Sismologia é o ramo da
Geofísica que estuda os sismos, as
suas causas e os seus efeitos.
SismologiaSismologia
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2. Sumário
Aula 21.01.2008
Sismologia
- O que são sismos?
- Causas dos sismos
- Sismos tectónicos, sismos vulcânicos e sismos de colapso.
- Ondas Sísmicas
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3. 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.
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4. Maioria dos sismos ocorrem:
-> Zona Circumpacífica – Anel de fogo do Pacífico
-> Zona Cintura Mediterrânico-asiática
-> Zona das Dorsais Médio-oceânicas
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5. ¿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 está
continuamente a ser distorcida por
forças que se geram no interior do
Globo (forças compressivas,
distensivas e de cisalhamento)
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6. Sismos Vulcânicos – são provocados por fortes pressões que um vulcão
experimenta antes de uma erupção, ou durante o movimento ascensional do magma até
à 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.
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8. 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
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9. 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.
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11. 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).
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12. A Falha de Santo André (San
Andreas Fault), na Califórnia – EUA, é
considerada 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
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13. 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
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14. 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.
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15. 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.
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16. 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).
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17. 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.
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18. 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.
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19. 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.
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21. 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 à
das 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.
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22. 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.
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23. 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 à
superfície 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.
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24. 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)
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25. Ondas de Rayleigh (ondas R)
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26. 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) .
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27. 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.
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29. 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
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30. 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).
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31. 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
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32. 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
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33. 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 até
uma estação dependem da distância
epicentral.
Assim, determinando no
sismograma a diferença de tempo entre
a chegada das ondas P e das ondas S, é
possível estimar a distância epicentral.
D.E.= [(S-P)-1]x1000 Km (Fórmula empírica válida para DE superior 1000Km)
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34. 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 é
imperfeito. 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, é
outra causa de imprecisão.
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35. Determinar a localização do epicentro de um sismo
Combasenosregistossísmicosefectuadosemtrês
estaçõessismográficas,épossíveldeterminar,comalguma
exactidão,oepicentrodeumsismo.
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