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Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção
Estrutura Interna da Terra e as Zonas de Sombra e de Triplicação
Maio de 2010
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(1936) I. Lehmann (1888-1993)
(1906-1914) B. Gutenberg (1889-1960)
(1909) A. Mohorovicic (1857-1936)
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Topografia + Espessura da Crosta
http://www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Geol-1002/HTML.Lect2/sld005.htm
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Estrutura Estratificada da Terra
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Descontinuidade de 410 & 660 km
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Conceitos Básicos de Propagação de Ondas:
Princípio de Huygens, Lei de Snell & Partição de Ondas Elásticas
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Refração versus Reflexão
EmbasamentoBacia Sedimentar
Fonte Sísmica
Onda Refletida
Onda Refratada
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Princípio de Huygens
Quando uma frente de onda atinge uma interface que separa dois meios diferentes, cada ponto da interface vai oscilar gerando novas onda.
Na prática, o que isso significa?
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Lei de Snell e Partição de Ondas (para refração e reflexão)
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Lei de Snell e a Refração crítica
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Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
PP
PSV
SV
i0
iP-T
iSV-T
iSV-R
iP-R
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Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
SV P
PSV
SV
i0
iP-T
iSV-T
iSV-R
iP-R
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Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
SH
SV
SV
i0
iSH-T
iSH-R
Onda SH só gera onda SH!
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Ondas Sísmicas:Nomenclaturas & Características
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Ondas Sísmicas
c : reflexão na borda manto-núcleo externo
K: Onde P transmitida no núcleo externo
i: Onda P refletida na borda núcleo externo-núcleo interno
I: Onda P transmitida no núcleo interno
J: Onda S transmitida no núcleo interno
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PKIKP
PKP
KI
PKJKP
PKP
K
J
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Zona de Triplicação
A zona de triplicação é caracterizada pelo aumento da energia sísmica devido a um aumento significativo das velocidades das ondas sísmicas em uma camada no interior da Terra, sendo que a principal zona de triplicação ocorre para distâncias menores que 35o, e são causadas pela Zona de Transição do manto. Essas descontinuidades são físicas e possuem aumento de velocidade de 4% e 6% para as descontinuidades de 410 km e 660 km, respectivamente, e ocorrem devido a alteração da estrutura cristalina dos minerais no manto devido a alta pressão e temperatura.
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Zona de Triplicação – Descontinuidades de 410 km & 660 km
Em (a) é apresentado um modelo de velocidade que apresenta uma região onde há um aumento significativo da velocidade, o que gera a zona de triplicação, conforme mostrado em (b). Em c) é apresentada a curva de tempo de percurso em função da distância e em (d) a curva da distância em função do parâmetro de raio. Nessas curvas são identificados os diversos ramos (progressivo e regressivo) e os pontos cáusticos.
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Zona de TriplicaçãoAs descontinuidades de 410 km e 660 km, causam duas triplicações nas chegadas das ondas P e S entre 15o e 30o de distância. Os traçados de raio em a) são codificados por cores, que são utilizadas na identificação dos tempos de percursos no gráfico apresentado em g), que está com o tempo reduzido considerando 10 seg./grau. Nos perfis b) a f) são mostrados de forma isolada os diferentes raios apresentados em a). Em g), o ramo AB consiste de ondas diretas que vão até a profundidade de 410 km (linha vermelha sólida). O ramo BC é de ondas refletidas na descontinuidade de 410 km (linha vermelha tracejada); o ramo CD, para ondas refratadas entre na camada entre 410km e 660 km; o ramo DE, para ondas refletidas na descontinuidade de 660 km; e o ramo EF, de ondas refratadas até o manto inferior. Figura adaptada de Shearer (2000).
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Coeficientes de Clapeyron & Zona de Transição
Um fato importante nas descontinuidades de 410 km e 660 km é que as transformações de fase que ocorrem nessas profundidades têm coeficientes de Clapeyron (DP/DT) opostos, fazendo com que as profundidades dessas descontinuidades dependam da temperatura de forma oposta (Bina & Helffrich, 1994; Helffrich & Wood, 2001; Figura 3). Bina & Helffrich (1994) propõe os seguintes valores para os coeficientes de Clapeyron dessas descontinuidades: +3 MPa/K (para 410 km), e -2 MPa/K (para 660 km).
Ilustração exemplificando as alterações nas profundidades das descontinuidades de 410 km e 660 km, provocada por anomalias de temperatura negativa (azul) e positiva (vermelho). Note que as descontinuidades de 410 km e 660 km sofrem alterações opostas. Figura de Bianchi (2008).
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Zona de Sombra & Núcleo Externo
Na sismologia, a zona de sombra mais conhecida é a gerada pelo núcleo externo. Essa zona de sombra é a área na qual a onda S não é detectada devido a existência do núcleo externo, onde a onda S não se propaga. A onda P direta também sobre uma zona de sombra devido ao núcleo externo. A zona de sombra em geral ocorre para distâncias epicentrais entre 105o e 180o para ondas S, e entre 105o e 140o para ondas P.
Uma zona de baixa velocidade (LVZ) é o resultado de um decrescimento da velocidade com o aumento da profundidade, criando uma zona de sombra na superfície e gaps nas curvas Tempo-Distância e TauP. Figura adaptada de Shearer.
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Zona de Sombra & Núcleo Externo
O fato de haver essas zonas de sombras, principalmente a da onda S, foi o que levou Richard Dixon Oldham propor em 1906 que a Terra tinha um núcleo liquido. Posteriormente foi proposto o modelo atual da Terra, onde há um núcleo externo líquido e um núcleo interno sólido. Na Lua não é observado zonas de sombra para ondas P e S, o que nos leva a conclusão oposta, de que o núcleo da Lua é sólido.
Ilustração das zonas de sombra para as ondas P e S refratadas. Na zona se sombra alguma ondas como a PP ou SS, entre outras ondas refletidas, são observadas, mas não são observadas ondas do tipo PKP, PKIKP, ScS, e outras ondas refratadas.
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Nucleo Interno – Onda PKIKP e PKiKP