sismologia - ppt das aulas

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Sismologia

Sismologia a cincia que estuda os sismos, as suas causas e os seus efeitos. Permite: Conhecer os materiais rochosos que constituem a Terra. Modo de propagao das ondas ssmicas. Quantidade de energia libertada.

O que um sismo?Sismo (vem do grego seisms = abalo).

um movimento vibratrio brusco da superfcie terrestre, originando uma sbita libertao de energia em zonas instveis do interior da Terra.

Diariamente ocorrem cerca de 80 sismos no planeta.

Os sismos podem-se ser:Macrossismos

Microssismos Correspondem grande maioria

So mais fortes, sendo sentidos

pela populao. Causam mais destruio. Resultam de causas naturais ou artificiais mais violentas (movimento

dos sismos. No causam danos significativos ou so mesmo imperceptveis.

Resultam de causas naturais(ventos e ondulao fortes, ) ou artificiais (transportes pesados,

das placas, exploses nucleares, ...

atividade industrial, )

Causas dos sismos

Naturais

Artificiais

Sismos de colapso

Sismos vulcnicos

Sismos tectnicos

Sismos artificiais

Foras que actuam nas rochasForas compressivas Foras distensivas Foras de cisalhamento

Deformao dctil

Dobra

Estiramento

Cisalhamento

Deformao frgil

Falha compressiva /inversa

Falha distensiva /normal

Falha de desligamento/ transformante

Qualquer material pode-se deformar de duas maneiras:

Deformao elstica: o material deforma, mas quando cessa a tenso, a deformao desaparece. , portanto, uma deformao reversvel.

-

Deformao plstica: a deformao mantm-se mesmo que a tenso desaparea. , portanto, uma deformao irreversvel.

Os materiais rgidos que constituem a crusta, quando sujeitos a tenses, podem acumular grandes quantidades de energia at ao seu limite de resistncia e deformao. Ultrapassado esse limite h uma sbita libertao de energia acompanhada de deslocamento de materiais, sob a forma de ondas ssmicas.

Teoria do ressalto elsticosubmetida. Existem foras que atuam continuamente sobre as rochas Permite a acumulao de energia (cria tenses) A rocha vai deformando at ao seu limite de elasticidade Quando atinge o limite de elasticidade, atinge o limite de acumulao de energia Se a resistncia da rocha tenso for ultrapassada, a rocha fratura (ruptura) e os blocos deslocam-se (falha). A rocha deformada recupera a forma inicial (Ressalto elstico) Implica uma enorme libertao de energia

Explica a ocorrncia de sismos devido atuao das foras a que a crosta terrestre

Sismo

Proposta por Harry Reid em 1911.

SismoNo um fenmeno isolado

Frequentemente so precedidos de pequenos abalos

Abalos premonitrios ou preliminaresConstituem um alerta para um possvel sismo principalAps o abalo principal

Abalos de menor intensidade

Rplicas

Parmetros de caraterizao ssmica:

Foco ou hipocentro: local do interior da Terra onde se inicia o movimento e consequentemente a libertao da energia ssmica. Localiza-se entre a superfcie e os 700 km de profundidade. (sismos superficiais, intermdios e profundos.)

Onda ssmica: superfcie esfrica com centro no foco transmitindo as vibraes s partculas.

Frente de onda: Separa uma regio que experimenta uma perturbao ssmica Epicentro: local superfcie da Terra, que fica particular de uma regio que ainda no a experimentou. mais prximo do foco, situando-se na vertical. Raio ssmico: qualquer trajetria Profundidade focal: distncia entre o foco e o perpendicular frente de onda, que passa no hipocentro. epicentro.

E quando o epicentro de um sismo se localiza na crusta ocenica?

Maremoto, tsunami ou rz de marNo um sismo, uma consequncia de um sismo.

Antes do sismo

Ocorre um sismo com o epicentro na crusta ocenica

Abatimento do fundo acompanhado pelo nvel da gua

A gua converge para a zona e forma uma onda

Esta onda percorre o oceano com velocidades de centenas de m/s

No mar alto, as ondas podem passar despercebidas, mas ao atingir o litoral (locais pouco profundos), diminui a velocidade da onda e esta ganha mais altura. Atinge o litoral com uma fora tremenda.

Propagao da energia ssmica - Ondas SsmicasEnergia ssmicaDispersa-se, a partir do foco, em todas as direces e sentidosObrigando as partculas que constituem os materiais rochosos a vibrarem Essas vibraes propagam-se sucessivamente s outras partculas

Ondas ssmicas

Tipos de Ondas Ssmicas

Ondas internas, de volume ou profundas

Ondas superficiais ou Longas (L) Ondas que so geradas com a chegada das ondas interiores superfcie terrestre. S se propagam superfcie Tm grande amplitude (longas - L), sendo causadoras das destruies provocadas pelos sismos de grande intensidade.

Ondas que se geram nos focos ssmicos e se propagam no interior da Terra, em profundidade

Ondas P ou Primrias

Ondas S ou Secundrias

Ondas de Love

Ondas de Rayleigh

Ondas P ou Primrias As partculas vibram paralelamente direco de propagao da onda. A propagao provoca compresso e distenso alternadas da matria (compressivas ou longitudinais) alterando o volume das rochas. A velocidade de propagao maior (6,5km/s) (rpidas e as primeiras a chegar primrias, tm baixa amplitude). Propagam-se em meios slidos, lquidos e gasosos.

Movimento das partculas

Direco de propagao da onda

Zona de distenso

Zona de compresso

Ondas S ou Secundrias As partculas vibram perpendicularmente direco de propagao da onda. (Transversais e, por isso, mais destruidoras do que as P) Provocam mudanas na forma dos materiais. So mais lentas do que as P (V=3,2 km/s)(chegam em segundo lugar Secundrias) Propagam-se apenas em meios slidos.

Movimento das partculas

Direco de propagao da onda

Ondas de Love As partculas vibram perpendicularmente direo de propagao da onda, mas paralelamente superfcie. Deslocam-se superfcie (Superficiais), mas s em meios slidos. Velocidades menores (3 km/s) (maior amplitude mais destruidoras que as anteriores)

Movimento das partculas

Direco de propagao da onda

Ondas de Rayleigh As partculas descrevem um movimento elptico, num plano perpendicular propagao da onda, no sentido contrrio dos ponteiros do relgio. Deslocam-se superfcie (Superficiais), em meios slidos e lquidos. So as mais lentas (v = 2,7 km/s), mas as mais destruidoras (maior ampliao)

Direco de propagao da onda

Movimento das partculas

Velocidade das ondas ssmicasSe a Terra fosse homognea, a Energia Ssmica propagar-se-ia com a mesma velocidade em todas as direes. Como a Terra heterognea a velocidade das ondas ssmicas internas varia. A velocidade das ondas superficiais aproximadamente constante.

VP =

K+4R 3 . d

VS =

R

.

d

A velocidade das ondas internas varia: na razo direta com a Rigidez (R);

na razo inversa com a Densidade (d); na razo direta com a Incompressibilidade (K) (no caso das P)

A velocidade das ondas em meio lquido (R=0):Vp= K Vs= 0 (no se propagam em meio lquido)

Detetar e registar sismosSismgrafo:Aparelho que permite registar com preciso e nitidez os movimentos do solo provocados por um sismo.

O primeiro sismgrafo portugus

construdo por John Wiechert, gelogo alemo(1861-1928), encontrando-se, desde 1917, no instituto Geofsico da Universidade de Coimbra.

Tipos de sismgrafos(tendo em conta os movimentos que registam)

Sismgrafos numa estao sismogrfica

Os sismgrafos modernos so instrumentos eletrnicos ultra-sensveis que detetam, ampliam, filtram e registam os movimentos da Terra. Esto em funcionamento permanente, registando na ausncia de sismo, uma linha direita, ou com leves oscilaes.

fortes ventanias

derrocadas ondulaes marinhas violentas circulao de veculos explorao mineira atividade industrial

Como se designa o registo obtido pelo sismgrafo?

Sismograma

Retirar informaes sobre as caratersticas das zonas terrestres atravessadas pelas ondas ssmicas.

Determinao exata do hipocentro e do epicentro, e da energia libertada pelo sismo.

Quando ocorre um sismo, os registos tornam-se mais complexos e com oscilaes bastante acentuadas, evidenciando um aumento das amplitudes das diferentes ondas ssmicas.

Ondas superficiais

Chegada das ondas P

Chegada das ondas S

1 minuto

Tempo

1 So registadas as ondas P 2 So registadas as ondas S 3 So registadas as ondas L

> velocidade e < amplitude. < velocidade e > amplitude. < velocidade e > amplitude.

Como avaliar a dimenso de um sismo?Intensidade ssmicaD-nos informao sobre a forma como o sismo foi sentido em cada local, pelo grau de destruio que provocou;

MagnitudeDeterminada matematicamente;

determinada pelo preenchimento de um questionrio padro distribudo pelas entidades oficiais e observando os prejuzos; o valor de intensidade depois obtido por comparao com uma escala de intensidades.

Permite determinar a quantidade de energia libertada no hipocentro, atravs da amplitude do registo das ondas ssmicas no sismograma e a distncia epicentral; A escala de magnitudes mais utilizada a escala de Richter.

Giusepp Mercalli (1850-1914) Props um escala de intensidades com 10 graus, em 1902 Mais tarde, Cancani props a extenso a 12 graus Em 1912, Sieberg caraterizou, de forma mais exaustiva,

cada um dos graus da escala.

Uma das escalas mais correntemente utilizada a

Escala Internacional de Mercalli modificada em 1956 Qualitativa e Imprecisa

Obtida com base nos depoimentos da populao

estragos

e

Tem 12 graus

A determinao da intensidade de um sismo, nos vrios locais superfcie da Terra onde ele foi sentido, e a localizao do seu epicentro permitem traar num mapa as isossistas.

Linhas curvas e irregulares que delimitam reas volta do epicentro, onde a intensidade foi a mesma

Carta de isossistas

Carta de isossistas de um sismo ocorrido em Lisboa

Por que motivo as isossistas no tm forma de circunferncias ?

Carta de isossistas de um sismo ocorrido nos Aores

Por que motivo em determinados locais as isossistas esto representadas a tracejado?

A intensidade de um sismo depende de: Profundidade do foco;

Quantidade de energia libertada no foco;

Distncia ao epicentro;Natureza do subsolo; O facto da regio ser ou no habitada; Tipo de construes; Grau de preparao da populao; Em certas zonas (oceanos, desertos,) onde no existe populao, nem infraestruturas, ou a topografia do terreno est submersa, no possvel determinar os estragos. Assim, no podemos determinar a intensidade. Nestes locais as isossistas representam-se a tracejado, pois no temos certezas.

Determinam a irregularidade das isossistas (a sua forma)

Limitaes da intensidade Pode acontecer que a zona de maior intensidade no seja o epicentro

Pois os efeitos/estragos dependem: da distncia epicentral da constituio do solo do tipo de construo populao

O grau determinado para a intensidade subjetivo e impreciso

no possvel determinar a intensidade nos oceanos, nem em zonas

desrticas.

Escala de magnitude Escala de Richter (Charles Richter, 1935) Quantificar a energia libertada pelo sismo no hipocentro a partir de dados fornecidos pelos sismogramas. (E=10(2,4M-1,2))MagnitudeCalculada a partir do logaritmo da amplitude mxima registada num sismograma por um sismgrafo padro que estivesse colocado a 100 km do epicentro.

Como estas condies s casualmente se verificam, com a introduo de fatores decorreo correspondentes: distncia epicentral,

profundidade do foco tipo de onda

fazer-se o clculo a partir da amplitude deoscilaes registadas em vrias estaes sismolgicas.

M = log A + Y TA = amplitude mxima (distncia mxima a que a partcula se afasta da posio de referncia) T = perodo (tempo de uma oscilao completa) Y = factor de correo

A escala de Richter logartmica O aumento de uma unidade na escala Exemplo: Sismo Magnitude 6 Sismo Magnitude 7 Aumento de 10 x na amplitude da onda Amplitude10x > Amplitude 10x10 > Sismo Magnitude 5 Sismo Magnitude 5

20% a 30% dessa energia propagada sob a forma de ondas A magnitude de um sismo est relacionada com a energia

libertada no foco.

Restante dissipada sob a forma de calor

A subida de uma unidade na escala representa um aumento de energia libertada, cerca de 30 vezes maior. Exemplo:Sismo Magnitude 8 Sismo Magnitude 8 Liberta 30x > energia Liberta 30x30 > energia Sismo Magnitude 7 Sismo Magnitude 6

Magnitude Escala de Richter

/

Intensidade Escala de Mercalli modificada

Escala aberta (no tem limite superior fixo corresponde ao sismo de maior magnitude at ao momento 9) Mais exacta e precisa (calculada matematicamente) Quantitativa (valor numrico) Logartmica

Tem 12 graus fixos Subjetiva e imprecisa (depende de muitos fatores)

Qualitativa (depende dos estragos)

Um determinado sismo possui apenas uma s magnitude, mas sentido com intensidade diferente conforme a distncia do local ao epicentro, entre outros fatores.

Determinao da magnitude de um sismo

Intervalo de tempo de chegada das ondas P e

S (S-P) (segundos) determinar a distncia epicentral

Medir a amplitude mxima das ondas registadas no sismograma (mm) Traar uma reta que une os 2 pontos correspondentes distncia epicentral amplitude mxima na escala respetiva

Mtodo grficoA magnitude corresponde ao valor do ponto de interseo na escala central.

Determinao do epicentro de um sismoOndas ssmicas Propagam-se em diferentes direes E atingem diversas estaes sismogrficas em tempos diferentes.

Conhecendo-se a distncia exata entre cada estao e o epicentro

calculado o tempo que decorre entre o sismo e o incio do registo no sismgrafo.

Sendo este representado em grfico

Se um sismgrafo estiver colocado no epicentro Apesar das diferentes velocidades das ondas P e S Estas so registadas quase sobrepostas ou pelo menos com um intervalo de tempo pequeno.Se a estao se localizar a uma certa distncia do epicentro

Intervalo de tempoEspaamento das curvas

Distncia do sismgrafo ao epicentro

As ondas P e S chegam com diferenas de tempo, tanto maiores, quanto maior for a distncia epicentral.

Regra emprica para determinar a distncia epicentral

Vlida para distncias epicentrais superiores a 100 km

Que pode ser utilizada para determinar a distncia epicentral de um modo aproximado diferena de tempo de chegada entre as ondas P e S subtrai-se uma unidade e obtm-se a distncia epicentral em milhares de quilmetros.

Exemplo:

Se a diferena de tempo de chegada das ondas for 7,4 minutos: DE = 7,4 1 = 6,4 minutos; 6,4 X 1000 = 6400 km

Conhecendo a distncia epicentral e o tempo gasto, podemos calcular a velocidade de qualquer tipo de onda, atravs da frmula:

V= D t

Vp velocidade de onda D distncia epicentral t tempo gasto

Conhecida a distncia epicentral pode determinar-se a localizao do epicentro. Para determinar o epicentro de um sismo Traa-se sobre uma cartaUma circunferncia com centro na estao respetiva e raio igual distncia epicentral, convertida na escala da carta.

O ponto de interseo das trs circunferncias deve corresponder ao epicentro.

Localizao do epicentro

Epicentro

Fica-se a saber que o epicentro deve estar localizado num ponto desta circunferncia.

As duas circunferncias intersetam-se em dois pontos.

Mas desconhece-se a direo

Um desses pontos dever corresponder ao epicentro.

O ponto de interseo das trs circunferncias deve corresponder ao epicentro.

Dados fornecidos por mais estaes servem para confirmar a determinao

feita, pois se ela estiver correta todas as circunferncias devem intersetar-seno mesmo ponto.Quando o foco ssmico profundo

Esta tcnica permite apenas delimitar uma zona epicentral

Pois as circunferncias no se intersetam num ponto.

Os Sismos e a tectnica de placas Distribuio geogrfica dos sismos

Cintura Mediterrnicoasitica

Cintura Circumpacfica Anel de fogo

Zona Mdia Atlntica

As reas de grande atividade ssmica coincidem com zonas instveis da Terra situando-se geralmente nas fronteiras de placas litosfricas.

Classificao dos sismos tendo em conta o enquadramento tectnico

Sismos interplacas

Cerca de 95% dos sismos do Globo ocorrem em falhas localizadas junto s fronteiras

Sismos intraplacas

Apenas 5% dos sismos tm origem em falhas ativas localizadas no interior das placas

Sismos interplacasColiso Afastamento Deslizamento

Instabilidade Geolgica Acumulao e libertao de energia

SismosNos limites convergentes Os sismos ocorrem ao longo das placas que esto em movimento uma contra a outra.

Zona de atividade ssmica intensa e frequente, nomeadamente ao nvel das zonas de subduco.

Placa Ocenica Placa Continental

A repartio dos focos ssmicos ao nvel das fossas fazse segundo um plano inclinado

Plano de Benioff

Quando as duas placas (ocenica e continental) chocam, a mais densa (ocenica) subducta, mergulhando para o interior da Terra. precisamente este arrastamento para o interior da Terra, o mecanismo gerador da maior parte dos sismos que ocorrem na Terra. (Chile, Per, Equador, Colmbia, )

Fossa

Placa Sul - Americana

Placa Continental Placa Continental

Ainda hoje estas placas se empurram mutuamente (1 a 2 cm por ano), originando tenses que explicam os sismos do Nepal, China, Afeganisto,

Himalaias

Placa Ocenica Placa Ocenica

Nos limites divergentes Os sismos ocorrem ao longo das placas que esto em movimento de separao.

Sismos de foco pouco profundo (menos de 70 km) e geralmente de menor magnitude.

Placa Ocenica Placa Ocenica

Crista Mdia Atlntica.

Placa Euro-asitica

Arquiplago dos Aores

Placa Americana

Nos limites conservativos

Os sismos ocorrem ao longo das placas que deslizam horizontalmente, uma em relao outra. Nas zonas em que as placas deslizam em sentidos opostos geram-se frequentemente sismos, geralmente de pequena profundidade (no superior a 100 km).

Falha transformante

Falha de Sto. Andr

As placas deslizam entre si a uma velocidade de 3 a 6 cm por ano, originando uma forte tenso e consequentemente, uma excessiva atividade ssmica, na Califrnia e no Mxico.

Sismicidade em PortugalA actividade ssmica do territrio portugus resulta de fenmenos localizados

Na fronteira entre as placas euro-asitica, americana e africana (sismicidade interplacas)

No interior da placa euro-asitica (sismicidade intraplacas).

Aores o enquadramento tectnico (entre 3 placas) e as foras tectnicas geradas na Falha Aores-gibraltar, Rifte da terceira e na Dorsal medioatlntica e em todo o sistema de falhas a estes associadas, so responsveis pela elevada sismicidade.

Algarve, Lisboa, Setbal (os sismos resultam das falhas ativas que envolvem o pas) Ex: sismo de Benavente (1909)

Sismos intraplacas

Aores

Algarve

Zonas de maior risco ssmico em Portugal

Pennsula de Setbal

rea Metropolitana de Lisboa

A madeira, ao contrrio dos Aores, apresenta baixo risco ssmico.

De acordo com a carta de intensidades mximas histricas em Portugal foi estabelecida uma zonagem ssmica em Portugal, que divide o continente em 4 zonas, sendo a zona A a que apresenta maior risco ssmico. Carta de intensidades mximas Zonagem ssmica regulamentar

Minimizao de riscos ssmicos Previso e prevenoVisam eliminar ou diminuir as consequncias, por vezes devastadoras, dos sismos.

Previso baseada na identificao de alguns acontecimentos geofsicos anormais que so considerados sinais percursores. Ocorrncia de microssismos devido s pequenas rupturas Flutuaes no campo magntico Alterao da condutividade eltrica

Modificaes na densidade da rocha

Variao do nvel da gua em poos prximos da falha

Anomalias no comportamento dos animais

PrevenoPorque o risco ssmico existe e porque ningum pode prever com exactido onde e quando vai ocorrer o prximo sismo, nem qual a sua intensidade, todos ns temos de tomar medidas e precaues para minimizar os prejuzos causados.

Alguns dos prejuzos mais comuns: Formao de fendas no solo; Colapso de edifcios e infra-estruturas; Liquefaco dos solos; Deslizamento de terrenos; Falhas na eletricidade; Destruio da rede de gua, esgotos, gs, Incndios; Inundaes/tsunamis.

Algumas medidas para minimizar o risco: Estudo geolgico do terreno;

Identificar zonas

de Risco

Natureza dos terrenos;

Monitorizar as zonas de maior risco (estaes sismogrficas) Elaborar Cartas de Isossistas de Intensidade Mxima;

Levantamento de construes e identificao do seu risco (substituindo ou

reforando as mais frgeis); Construes parasssmicas;

Planos de evacuao das localidades

Formao de pessoal especializado e criao de planos de Socorro e Emergncia

Educao da populaoDada a dificuldade de prever um sismo, h que conhecer as medidas divulgadas pelo Servio Nacional de Proteo Civil, sobre o que fazer antes, durante e depois de um sismo, pois o que salva vidas e bens a preveno e no a previso.

Ondas ssmicas e descontinuidades internasMovimento das ondas ssmicas se a Terra fosse Homognea (Velocidade constante e trajetria retilnea)

Movimento das ondas ssmicas na Terra (Velocidade alterada e algumas deixam de se propagar, o trajeto curvilneo) A Terra ser Heterognea

Porque motivo as trajetrias dos raios ssmicos atravs da Terra so curvilneas?De acordo com as caractersticas dos materiais que atravessam, as ondas ssmicas tm diferentes velocidades de propagao e diferentes comportamentos. Isto devido a fenmenos de refraco e de reflexo, semelhantes aos observados com a luz.

Comportamento dos raios luminosos

Quando a luz incide numa superfcie polida sofre:

Quando atravessa 2 meios diferentes pode sofrer:

Reflexo

Reflexo e refrao

Refrao

O aumento da velocidade de propagao das ondas ssmicas com a profundidade no uniforme.

Este facto indica uma variao importante na composio e propriedades dos materiais existentes no interior da Terra. Ao passar de um material para outro de natureza distinta, as ondas sofrem uma variao na sua velocidade de propagao. Variaes bruscas da velocidade, ao serem atingidas determinadas profundidades, permitiram detetar superfcies, no interior da Terra, que separam materiais com diferentes composies e propriedades Superfcies de descontinuidade.

Velocidade das ondas P e S (km/s)

A constatao de alteraes na trajectria e na velocidade de propagao das ondas ssmicas P e S permitiu inferir a existncia de vrias camadas no interior da Terra. Assim, a Terra pode ser dividida em 3 zonas concntricas principais (Crusta, Manto e Ncleo) de acordo com a existncia de descontinuidades no interior da Terra. Em 1909, Andrija Mohorovicic analisou os registos sismogrficos de sismo ocorrido em Outubro desse ano, com hipocentro a 40 km de profundidade a sul de Zagreb, na Crocia. Com esta anlise Mohorovicic verificou que as estaes mais prximas do epicentro registavam a chegada de dois conjuntos de ondas P e S.