Geografia

Abalo sísmico e ondas sísmicas

Compare e contraste propriedades e mecânica de diferentes tipos de ondas

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Abalo sísmico e ondas sísmicas. Quando ocorre um terremoto, parte da energia liberada é transformada em calor dentro da terra. Parte da energia é gasta em quebrar e deformar permanentemente as rochas e minerais ao longo da falha. O resto da energia, que é a maior parte da energia, é irradiada do foco do terremoto na forma de ondas sísmicas.

As ondas sísmicas se dividem em duas categorias gerais: ondas do corpo (ondas P e ondas S), que viajam pelo interior da Terra, e ondas de superfície, que viajam apenas na superfície da Terra.

Ondas do corpo

Ondas do corpo viajam pelo interior da terra. Existem dois tipos de ondas do corpo: ondas P e ondas S.

Ondas P

O P nas ondas P significa primário, porque estas são as ondas sísmicas mais rápidas e são as primeiras a serem detectadas quando ocorre um terremoto. As ondas P viajam pelo interior da Terra muitas vezes mais rápido que a velocidade de um avião a jato, levando apenas alguns minutos para atravessar a Terra.

Ondas P são predominantemente ondas compressionais. Quando uma onda P passa, o material comprime na mesma direção em que a onda está se movendo, e depois se estende de volta à sua espessura original uma vez que a onda tenha passado. A velocidade na qual as ondas P viajam através do material é determinada por:

  • rigidez – quão fortemente o material resiste a ser dobrado para o lado e é capaz de se endireitar uma vez que a força de cisalhamento passou – quanto mais rígido o material, mais rápido as ondas P
  • compressibilidade – quanto o material pode ser comprimido em um volume menor e, em seguida, recuperar seu volume anterior, uma vez que a força de compressão tenha passado; quanto mais compressível o material, mais rápido as ondas P
  • densidade – quanta massa o material contém em uma unidade de volume; quanto maior a densidade do material, mais lentas são as ondas P

As animações abaixo mostram as ondas P propagando-se através de um plano (à esquerda) e de uma fonte pontual (à direita).

animação de uma onda de compressão através de um avião animação de uma onda de compressão que emana de um ponto no centro de um avião

As ondas P viajam através de líquidos e gases, bem como através de sólidos. Embora líquidos e gases tenham rigidez zero, eles têm compressibilidade, o que lhes permite transmitir ondas P. As ondas sonoras são ondas P movendo-se pelo ar.

Como o manto da terra se torna mais rígido e compressível à medida que a profundidade abaixo da astenosfera aumenta, as ondas P viajam mais rápido à medida que vão mais fundo no manto.

A densidade do manto também aumenta com a profundidade abaixo da astenosfera. A maior densidade reduz a velocidade das ondas sísmicas.

No entanto, os efeitos do aumento da rigidez e compressibilidade no manto profundo são muito maiores do que o efeito do aumento da densidade.

As ondas P viajam através de materiais com rigidez e / ou compressibilidade e densidade
maior rigidezP-ondas mais rápidas
maior compressibilidadeP-ondas mais rápidas
maior densidadeondas P mais lentas

Ondas S

O S nas ondas S significa secundário, porque elas são as ondas sísmicas de segundo mais rápido e o segundo tipo a ser detectado uma vez que um terremoto tenha ocorrido.

Embora as ondas S sejam mais lentas do que as ondas P, elas ainda viajam rapidamente, mais da metade da velocidade das ondas P, movendo-se a milhares de quilômetros por hora através da crosta terrestre e do manto.

As ondas S são ondas de cisalhamento (embora isso não seja o significado de S). Eles se movem pela flexão do material ou deformam-se lateralmente (cisalhamento) a partir da direção do deslocamento da onda, e depois retornam à forma original uma vez que a onda passa. A velocidade com que as ondas S viajam pelo material é determinada apenas por:

  • rigidez – quão fortemente o material resiste a ser dobrado para o lado e é capaz de endireitar-se uma vez que a força de cisalhamento passou – quanto mais rígido o material, mais rápido as ondas S
  • densidade – quanta massa o material contém em uma unidade de volume – quanto maior a densidade do material, mais lentas são as ondas S

As animações abaixo mostram ondas S se propagando através de um plano (à esquerda) e de uma fonte pontual (à direita):

animação de uma onda de cisalhamento em um avião animação de uma onda de cisalhamento que emana de um ponto no centro de um avião

As ondas S podem viajar apenas através dos sólidos, porque apenas os sólidos têm rigidez. As ondas S não podem viajar através de líquidos ou gases.

Como o manto da terra se torna mais rígido à medida que sua profundidade abaixo da astenosfera aumenta, as ondas S viajam mais rápido à medida que vão mais fundo no manto.

A densidade do manto também aumenta em maior profundidade, o que tem o efeito de reduzir a velocidade das ondas sísmicas, mas o aumento na rigidez é muito maior do que o aumento na densidade, assim as ondas S aceleram à medida que se aprofundam no manto , apesar do aumento da densidade.

As ondas S viajam através de materiais com rigidez e densidade
maior rigidezondas S mais rápidas
maior densidadeondas S mais lentas

 

Veja também:

Ondas superficiais

Existem dois tipos de ondas de superfície, ondas de Rayleigh e ondas de amor. As ondas de Rayleigh são nomeadas em homenagem a Lord Rayleigh (John Strutt), um aristocrata inglês que, em seu trabalho como cientista e matemático, desenvolveu uma detalhada contabilidade matemática do tipo de onda de superfície que leva seu nome.

As ondas de Rayleigh são ativadas pelo efeito combinado das ondas P e S na superfície da Terra. As ondas de Rayleigh são às vezes chamadas de ondas rolantes.

Nas ondas de Rayleigh, a superfície da Terra sobe e desce em cristas e depressões, semelhantes às ondas na superfície da água.

As pessoas que estão ao ar livre durante um grande terremoto comumente vêem as ondas de Rayleigh se movendo pela superfície da Terra, e podem sentir o chão subindo e descendo conforme as ondas passam abaixo delas.

As ondas de amor, às vezes chamadas de ondas L, têm o nome de Augustus Love, um matemático e físico inglês que primeiro as modelou matematicamente.

Ondas de amor envolvem a superfície cortando para o lado e depois retornando à sua forma original à medida que cada onda passa.

Todas as ondas de superfície viajam mais lentamente que as ondas do corpo e as ondas de Rayleigh são mais lentas que as ondas do Amor.

Sismicidade e Previsão do Terremoto

Sismicidade é o estudo de quantas vezes os terremotos ocorrem em uma área específica, que tipos de terremotos ocorrem lá e por quê.
Nos Estados Unidos, as áreas que mais freqüentemente experimentam terremotos são a costa da Califórnia, Oregon e Washington, a costa sul e as Ilhas Aleutas do Alasca, Havaí e a montanha a oeste das Montanhas Rochosas até a costa do Pacífico. O centro e leste dos Estados Unidos raramente experimentam terremotos significativos.
Os epicentros do terremoto compilados em um mapa mostram que, em uma base global, a maioria dos terremotos ocorre ao redor da orla do Oceano Pacífico, nas montanhas do sul da Ásia, da China ao Oriente Médio e na área do Mar Mediterrâneo. Os epicentros do terremoto também traçam as cristas meso-oceânicas através dos pisos dos oceanos.
Como quase todos os terremotos ocorrem em falhas, a determinação de riscos sísmicos em uma escala mais precisa consiste em identificar, mapear e estudar falhas ativas em cada estado ou região.

No entanto, muitas falhas ativas estão ocultas, seja porque as escarpas que elas formaram na superfície foram erodidas ou cobertas por sedimentos, solo e vegetação, ou porque são falhas cegas.

Uma falha oculta geralmente não é identificada e localizada até que um ou mais terremotos significativos tenham ocorrido nela e as ondas sísmicas tenham sido estudadas para determinar sua localização e tipo de movimento de falha.

As informações usadas para determinar a sismicidade de uma área incluem:

  • freqüência de terremotos no passado, como deduzido de:
    • registros históricos
    • estudos geológicos que examinam evidências do registro do terremoto pré-histórico
  • localização de falhas ativas conhecidas
  • dados sismológicos coletados em terremotos recentes que ocorreram na área
  • configuração tectônica da área em termos de proximidade aos limites da placa e informações sobre o limite da placa, se uma estiver próxima
  • estresse e tensão sendo experimentados pela crosta naquela área com base em medições de equipamentos de GPS e de medições de tensão e de tensão conduzidas em furos de sondagem
  • camadas e estruturas geológicas subterrâneas nessa área com base em seções transversais do mapeamento geológico, dados de perfuração e imagens remotas de camadas mais profundas da crosta e do manto

Com base nessas informações, o risco sísmico de uma determinada área pode ser quantificado estatisticamente. Por exemplo, as chances de um grande terremoto acontecer no próximo século, ou nos próximos 10 anos, podem ser estimadas para uma zona sísmica específica.

No entanto, nenhum método científico foi desenvolvido que possa prever precisamente quando o próximo terremoto em uma região específica acontecerá, onde acontecerá ou qual será sua magnitude.

Os cientistas analisaram o uso de possíveis indicadores pré-terremoto como inclinação do solo, mudanças no nível da água do poço, mudanças no gás radônio nas águas próximas a falhas, mudanças na condutividade elétrica na terra em torno de falhas, mudanças ou padrões na atividade sísmica que podem ser medido por sismógrafos, embora não seja sentido pelos seres humanos, e comportamento animal estranho que, de acordo com inúmeras anedotas, em grande parte não confirmadas, ocorre antes de um terremoto. Mas, até agora, nenhum desses tipos de dados levou a previsões confiáveis ​​de terremotos.

As pessoas também analisaram as correlações entre terremotos e fases da Lua, terremotos e a hora do dia (como o amanhecer quando o Sol está brilhando no solo) e assim por diante. Nenhuma conexão foi encontrada entre os terremotos e esses outros tipos de fenômenos.

Como o estudo da sismicidade está agora, podemos identificar quais áreas da Terra sofrerão grandes terremotos nas próximas décadas e séculos, podemos delinear quais áreas da Terra estão em risco para os tipos mais poderosos de terremotos, e mapear as áreas costeiras que corremos o maior risco de sermos inundados por um tsunami, mas não podemos identificar antecipadamente a data ou a localização do próximo grande terremoto.

Referências bibliográficas

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