1 1. INTRODUÇÃO SISMOLOGIA Apresentamos os conceitos básicos de Sismologia, a ciência que estuda os sismos. Sismologia é o ramo da geofísica que estuda os terremotos (ou sismos): suas causas e efeitos, a propagação das ondas de vibração emitidas pelos terremotos, e explosões. Por intermédio deles podemos estudar o interior da Terra. 2. CONCEITOS BÁSICOS A sismologia utiliza as ondas sísmicas, emitidas pelos terremotos, para estudar a estrutura interna da Terra. Ondas sísmicas são vibrações que se propagam por toda a Terra, originadas de terremotos, explosões. São também chamadas de ondas elásticas. 2.1. Ondas Sísmicas As deformações provocadas no meio durante a passagem das ondas elásticas são de dois tipos, variações do volume sem mudar a forma e variações da forma sem mudar o volume. O primeiro tipo de onda são as longitudinais que provoca sucessivas compressões e dilatações do meio, na direção em que se propaga a onda, sendo a onda sísmica com a maior velocidade. É conhecida como onda dilatacional, compressional, longitudinal, ou primaria, ou simplesmente onda P (Fig.1). O segundo tipo de onda provoca deformações de cisalhamento, com vibrações transversais à direção de propagação da onda, sua velocidade é menor que a da onda P, por isso é conhecida como onda cisalhante, transversal ou secundária, ou simplesmente onda S (Fig. 1). As ondas S podem ser polarizadas em vibrações verticais (S V ) ou horizontais (S H ), transversais à direção de propagação da onda. Estas ondas contem a maior parte da energia a distâncias menores que 100 km do epicentro. Figura 1- Movimento das partículas do terreno durante a passagem das ondas de volume P e S. Além das ondas P e S existem as ondas superficiais, que se propagam nas camadas mais superficiais da Terra e que são basicamente derivadas a partir das sucessivas reverberações que as ondas P e S sofrem nessas camadas.
2 As ondas superficiais mais conhecidas são as ondas Rayleigh (Fig. 2), que movimentam as partículas do meio na forma de elipses retrógradas no plano vertical paralelo à direção de propagação da onda, e as ondas Love (Fig. 2), que são semelhantes às ondas S H, porém com maior período de vibração. A partir de distâncias maiores que 100 km as ondas superficiais possuem mais energia que as ondas de volume, por esse motivo são elas que provocam o maior índice de destruição, nos caso dos sismos nessas distâncias. Figura 2- Movimento das partículas do terreno durante a passagem das ondas superficiais Rayleigh e Love. 2.2. Sismo É a liberação instantânea, através de deslocamento em uma fratura, de energia elástica acumulada no interior da Terra. Sinônimos de sismo são: abalo sísmico, tremor de terra, tremor e terremoto. Este último termo é utilizado principalmente para referir-se a sismos de grande magnitude (M>6,0) ou a sismos que provocam destruição. (O terremoto de João Câmara teve somente magnitude m b 5,1). Existem vários tipos de sismos, entre os quais podemos mencionar: Sismos de origem tectônica: são associados a falhas tectônicas, que normalmente ocorrem pelo movimento e interação das placas tectônicas. São os mais abundantes e também tem as maiores magnitudes, além de ocorrer em profundidades desde muito próximas à superfície da Terra até mais de 600 km de profundidade. Sismos de origem vulcânica: estão associados às erupções vulcânicas, podem atingir grandes magnitudes, porém tem seus focos relativamente superficiais (da ordem poucos km até poucas dezenas de km). Sismos de origem secundária: são provocados normalmente pela acomodação de estratos superficiais, que provocam deslizamentos e afundamentos do solo. Sismos induzidos: são sismos de origem secundária ou tectônica disparados pela ação do homem, principalmente quando constrói reservatórios hidrelétricos, quando injeta água através de poços profundos, ou na escavação de minas subterrâneas.
3 2.3. Parâmetros Hipocentrais O local onde se inicia a liberação da energia, energia esta que foi acumulada no interior da Terra, durante a ocorrência de um sismo é conhecido como hipocentro ou foco. A sua projeção vertical na superfície define o epicentro. Os parâmetros que definem o hipocentro, no tempo e no espaço, são: (Fig. 3) Falha Hipocentro (Início em H ) o Figura 3 Secção mostrando o hipocentro, o epicentro e os parâmetros hipocentrais. A hora de origem (H 0 ): é o instante em que se inicia a liberação de energia. Para padronizar a hora dos relógios dos sismógrafos de toda a Terra se utiliza o Tempo Universal (correspondente à hora de Greenwich, longitude zero), que é 3 horas adiantadas com relação à hora oficial do Brasil, nas regiões nordeste, sudeste, centroeste e sul (2 horas com relação à hora de verão). As coordenadas geográficas do epicentro: Latitude (φ e ) e longitude (λ e ), com sinais negativos para latitudes sul (S) e longitudes oeste (W). A profundidade focal: (h) em km, é a distância vertical entre o epicentro e o hipocentro. Outros parâmetros úteis para fixar os epicentros sísmicos são à distância epicentral ( ) e o azimute (Az). No caso de sismos locais ( <500 km), à distância epicentral é medida em km, para sismos mais distantes, principalmente os telessismos,, em graus, corresponde ao ângulo formado pelos raios terrestres que passam pelo epicentro e pela estação de registro (Fig. 4). O azimute é o ângulo medido entre o meridiano que passa pelo epicentro (ou pela estação de registro) e a linha que une o epicentro e a estação, medido na direção leste (sentido horário).
4 Figura 4 Distancia para telessismo. 2.4. Magnitude O conceito de magnitude foi introduzido por Richter na década de 1930, para comparar o tamanho dos sismos, ou seja, para obter uma equivalência da energia liberada pelos sismos. Atualmente existem várias escalas de magnitude baseadas no conceito original de Richter que foi elaborado com dados (amplitude máxima e período) de sismos locais da Califórnia, registrados nos sismógrafos Wood-Anderson tecnologicamente inferior aos sismógrafos utilizados mais recentemente. Dados similares de ondas superficiais registradas a distâncias telessísmicas (maiores que 20 o ) foram utilizadas para elaborar a escala M S e as ondas P para a escala m b. Esta última é a mais utilizada devido à onda P ser registrada pela maioria de estações e porque os sismos de profundidade maior que 200 km, geralmente, não geram ondas superficiais. As escalas m b e M S começam a saturar para magnitude muito grande, a partir de magnitude 6,0 para a escala m b, e a partir de magnitude 8,0 para escala M S. Esta limitação é provocada pelo intervalo reduzido do espectro de freqüências das ondas P e, em menor escala, das ondas superficiais. Para resolver essa limitação se utiliza atualmente o momento sísmico, com base na dimensão da falha e do conteúdo espectral do sismograma. 2.5. Intensidade Outra forma de avaliar o tamanho de um sismo é através dos efeitos causados pelas ondas sísmicas na superfície da Terra. Esses efeitos são principalmente a forma como reagem as pessoas que sentem o abalo, os ruídos e movimentos de objetos causados pela passagem das ondas sísmicas, os danos nas edificações e na paisagem, etc. Esses efeitos são mais severos perto do epicentro e vão diminuindo à medida que se afasta do epicentro. A intensidade sísmica pode ser definida como a classificação da força da sacudida provocada por um abalo sísmico, e observada num determinado local, com base nos efeitos causados pelo sismo (Fig.5).
5 Figura 5 Mapa de intensidade, sismo de Mogi-Guaçu-1922. 2.6. Sismograma Registro do sismo, que podem ser no formato analógico ou digital, ver Figs. 6 a 8. Os sismos registrados no formato digital tem vantagens, tais como melhor precisão para a leitura de tempo, separação entre eventos que nos sismogramas analógicos ficam sobrepostos dificultando a leituras dos tempos das ondas sísmicas, a possibilidade de filtrar os sinais quando necessário, para identificar fases secundarias etc. Observe também as diferenças entre sismos locais, regionais e telesismos. Essas vantagens permitem melhores condições tanto na rotina para determinar os hipocentros como para seu uso em pesquisa científica. Na Fig.7 podemos observar que quanto maior for a distância entre a estação sismográfica e o sismo, maior será a diferença dos tempos de chegada das ondas sísmicas P e S.
6 Figura 6- Exemplos de registros de sismos locais registrados por 1 e 3 componentes, respectivamente. Figura 7- Exemplo de um mesmo sismo registrado por várias estações, mostrando ondas P, S e Rayleigh.
7 P S Rayleig h P S Love P S Love Figura 8- Exemplo de sismo distante, Terremoto no México (22/01/2003), registrado pela estação SNVB em Serra do Navio, Amapá. Para a localização hipocentral de sismos local ou regional é necessário ter dados no mínimo três estações com um sismômetro vertical ou uma estação com sismômetro triaxial. 2.6. Sismicidade É a representação organizada da atividade sísmica que ocorre numa determinada região, durante um determinado intervalo de tempo, que permite avaliar o índice dessa atividade para fins de levantamentos de perigo e de risco sísmico, ou para efetuar comparações quantitativas com a atividade sísmica de outras regiões, ou da mesma região, em épocas diferentes. (Ver Figs. 9 e 10). A distribuição da sismicidade define as bordas das Placas Tectônicas. Há zonas de alta atividade, principalmente nas zonas de subdução de placas, e zonas estáveis nas regiões intraplaca. O Brasil está localizado no interior de uma placa, por isso não ocorrem grandes terremotos. (Figs. 9 e 11)
8 Figura 9 Sismicidade da Placa Sul-Americana, sismos com magnitude maior que 4,5. Figura 10- Sismicidade do Brasil.
9 A distribuição da sismicidade define as bordas das Placas Tectônicas. Há zonas de alta atividade, principalmente nas zonas de subducção de placas, e zonas estáveis nas regiões intraplaca. O Brasil está localizado no interior de uma placa, por isso não ocorrem grandes terremotos. (Fig.9 e 11). A atividade sísmica na Terra não é uniforme, ela se apresenta concentrada em certas regiões; tais como nas bordas de placas litosféricas. Normalmente as zonas de atividade vulcânica coincidem com as zonas de maior sismicidade, como na região andina ou nos Alpes. Figura 11- Sismicidade global. Figura 12- A Litosfera, a camada mais superficial da Terra, está dividida em grandes porções, chamada PLACAS LITOSFÉRICAS. 2.7. Sismicidade e Tectônica de Placas A sismologia ajuda a explicar a teoria de Tectônicas de placas: a) A ocorrência de sismos e vulcões coincide com as bordas de placas.
10 b) A distribuição em profundidade na zona de subducção mostra que uma placa é submersa sob a outra. c) O mecanismo que provoca os sismos coincide com a direção dos esforços que provocam o movimento das placas tectônicas. 2.8. Efeitos do Terremoto a) Desabamento b) Liquefação
11 c) Tsunamis Gravura mostrando a chegada de uma das ondas do tsunami, com algumas pessoas, no cais e nos botes, que fugiram do incêndio. Mapa mostrando o tempo de percurso das ondas do tsunami desde o epicentro até a porção Leste da América do Norte e NE da América do Sul (As escalas de latitude e longitude devem ser multiplicadas por 10).