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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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1 Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção Estrutura Interna da Terra e as Zonas de Sombra e de Triplicação Maio de 2010

2 (1936) I. Lehmann ( )I. Lehmann ( ) ( ) B. Gutenberg ( )B. Gutenberg ( ) (1909) A. Mohorovicic ( )A. Mohorovicic ( )

3 Topografia + Espessura da Crosta

4 Estrutura Estratificada da Terra

5 Descontinuidade de 410 & 660 km

6 Conceitos Básicos de Propagação de Ondas: Princípio de Huygens, Lei de Snell & Partição de Ondas Elásticas

7 Refração versus Reflexão Embasamento Bacia Sedimentar Fonte Sísmica Onda Refletida Onda Refratada

8 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?

9 Lei de Snell e Partição de Ondas (para refração e reflexão)

10 Lei de Snell e a Refração crítica

11 Partição de Ondas Sísmica em Interfaces P P P SV i0i0 i P-T i SV-T i SV-R i P-R

12 Partição de Ondas Sísmica em Interfaces SV P P i0i0 i P-T i SV-T i SV-R i P-R

13 Partição de Ondas Sísmica em Interfaces SH SV i0i0 i SH-T i SH-R Onda SH só gera onda SH!

14 Ondas Sísmicas: Nomenclaturas & Características

15 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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18 PKIKP P KP K I PKJKP P KP K J

19 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 35 o, 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.

20 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.

21 Zona de Triplicação As descontinuidades de 410 km e 660 km, causam duas triplicações nas chegadas das ondas P e S entre 15 o e 30 o 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).

22 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).

23 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 105 o e 180 o para ondas S, e entre 105 o e 140 o 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.

24 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.

25 Nucleo Interno – Onda PKIKP e PKiKP


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