O terremoto da Sumatra e o tsunami de 26.12.2004

Placa Indo-Australiana e os terremotos da Sumatra 5 cm/ano 15 m / 300 anos NEIC-USGS terremotos de 26 e 27/12/2004

1881 (M7,9): tsunami < 1m na Índia 1833 (M9), 1861 (M8,5): tsunami ~10m 1881 (M7,9): tsunami < 1m na Índia Pensava-se que o maior perigo era na parte sul (parte central da Sumatra) (Lay et al., Science, 2005)

Tensão acumulada na parte rasa da subducção? “Ninguém que conhecesse a geologia e história do arco de Sumatra/Andaman poderia ter previsto a magnitude do terremoto e sua complexidade” (Roger Bilham, Science, 2005) ~40 anos ANTES 1 mês APÓS (“réplicas”) Tensão acumulada na parte rasa da subducção?

11 maiores terremotos desde 1900 (M>8,5) Chile 1960 M=9,5

9.5 9.2 9.1 9.0 8.8 8.7 8.6 8.5 Location Date UTC Magnitude Coordinates 1. Chile 1960 05 22 9.5 38.24 S 73.05 W 2. Prince William Sound, Alaska 1964 03 28 9.2 61.02 N 147.65 W 3. Andreanof Islands, Alaska 1957 03 09 9.1 51.56 N 175.39 W 4. Kamchatka 1952 11 04 9.0 52.76 N 160.06 E 5. Off the West Coast of Northern Sumatra 2004 12 26 3.30 N 95.78 E 6. Off the Coast of Ecuador 1906 01 31 8.8 1.0 N 81.5 W 7. Rat Islands, Alaska 1965 02 04 8.7 51.21 N 178.50 E 8. Assam - Tibet 1950 08 15 8.6 28.5 N 96.5 E 9. 1923 02 03 8.5 54.0 N 161.0 E 10 Banda Sea, Indonesia 1938 02 01 5.05 S 131.62 E 11 Kuril Islands 1963 10 13 44.9 N 149.6 E

Liberação de Momento Sísmico = últimos 10 anos (Lay et al., Science, 2005)

Intensidades Sísmicas Martin, SRL,2005

Sumatra-Nicobar-Andaman Terremoto de M 9,0 da Sumatra-Nicobar-Andaman ~1300km de ruptura deslizamento de até 15 m durando ~10 minutos ruptura no primeiro minuto (M ~8) epicentro = início da ruptura NEIC-USGS

Efeito Doppler Norte Sul Norte onda P, ~1Hz envoltória Ammon et al., Science, 2005

Modelo numérico da ruptura (usando 3 min da onda P e 4 min da SH) Chen Ji, Caltech

Momento Sísmico (Mo) e Magnitude Mw deslocamento médio na falha Área da ruptura = A = L W Momento Sísmico Mo = µ A d (N.m) L (100-1000km) módulo de rigidez d deslocamento médio na falha d ~ A1/2 Mo ~ A3/2 Energia ~ A3/2 amplitude sísmica (λ > L) ~ A Magnitude Mw = 2/3 log Mo - 6,05 A W (50-100km)

frente de ruptura Modelo de propagação da ruptura d = 10 m 3 min frente de ruptura 2 min deslocamento na falha 1 min d = 10 m Mo = 4 x 1022 Nm Mw = 9,0 (Harvard CMT) (Chen Ji, Caltech)

A Relações com a Magnitude Aumentando-se uma unidade de magnitude (e.g., de 8 a 9): Área A aumenta 10 x Mo e Energia sísmica aumentam 30 x d h Energia do tsunami A energia ~ ½ ρ g h2 . A h ~ d Energia ~ A2 ~ 100 x Muito dependente da inclinação e profundidade da falha !!

Modelo de elevação da superfície, h Bilham et al., SRL, 2005

Deslocamento do fundo do mar até 11 m na horizontal até 5 m p/ cima 2 m p/ baixo 450 km (Chen Ji, Caltech, January 2005)

ondas de superfície Primeiras ondas chegam em 16min (ondas P, o som dentro da Terra)

Rayleigh Onda sísmica propagando-se pela parte sólida da Terra

P ondas de superfície Rayleigh, período 200s 1 mm 2 mm 1 h 2 horas 3 h

R4 R3 R1 R2 Ondas Rayleigh, período 200s 1 mm 2 mm 1 h 2 horas 3 h 4 h

Evolução da ruptura modelada com ondas P, S, Rayleigh (R1,R2) períodos de 20s a 2000s ) Model III Magnitude Mw = 9,1 (Mo = 6,5x1022 Nm) Ondas sísmicas: pouco deslocamento na parte norte! ruptura ~2,5 km/s epicentro Model II (Ammon et al., Science, 2005)

ressonâncias da Terra: modos de oscilação livre Estação Canberra, Australia: 10 dias, comp. vertical Acoplamento dos modos Toroidal/ Esferoidal observado pela 1ª. vez em T > 15min (Park et al., Science 2005)

Amplitude espectral de vibrações da Terra Estação no Polo Sul 20 min Mw=9,1 26 min Mw=9,0 Mw=9,0 (CMT, Harvard) ondas de até 300s Mw=9,1 (Ammon) ondas de até 2000s (Park et al., Science 2005)

Modo esferoidal de 54 minutos Estação SCSN, California Mo = 2,6 x 4,0.1022 Mw = 9,3 ! (Park et al., Science 2005; Stein & Okal, Nature 2005)

deslocamento d na falha A causa deformação vertical (h) e horizontal (x) na superfície h h x x d A Bilham et al., SRL, 2005

rede permanente de GPS co-sísmico: 5 dias depois – 5 dias antes (Banerjee et al., Science, 2005)

GPS: medidas de campo nas Ilhas Andaman e Nicobar modelo modelo Deslocamento medido por GPS também é grande na parte norte (Andaman) ! medido deslocamento médio na falha > 5m Mw ~9,2 (Banerjee et al., Science, 2005)

contato preso por atrito Movimento da placa da Índia Geração do tsunami contato preso por atrito acúmulo de tensão Movimento da placa da Índia NOAA

Deformação aumenta lentamente durante séculos tensão aumenta NOAA

o fundo oceânico levanta a coluna de água

excesso de água se espalha em ondas NOAA

arrebentação propagação geração Vel= g h 600–800 km/h geração Decifrando a Terra, Cap. 3 (baseado em Gonzalez, Sci.Am., 1999)

Modelo de propagação do tsunami (Sataki, NOAA)

90 minutos após o terremoto Velocidade e amplitude da onda depende da topografia do fundo oceânico Sri Lanka, praia Kulatara Banda Aceh, Norte da Sumatra

área costeira abaixa, mar avança.

Banda Aceh, Norte da Sumatra depois antes Imagem Ikonos

Praia de Kulatara, SW Sri Lanka antes do tsunami Digital Globe

Durante o tsunami, logo após a primeira inundação Digital Globe

Praia de Kulatara, SW Sri Lanka antes do tsunami Digital Globe

Durante o tsunami, logo após a primeira inundação Digital Globe

Mar recuando quase 400 m água drenando de volta Digital Globe

Cálculo das amplitudes máximas do tsunami (NOAA)

Modelo numérico das ondas, 28 h após o terremoto NOAA

Cuidados em caso de um tsunami (recomendações da NOAA-USA) depois do terremoto, respeitar os sinais da natureza e avisos das autoridades. ir para local em terreno alto, e ficar lá. ir para andares superiores de prédio alto, ou para o telhado. subir numa árvore. pode haver várias ondas durante horas.

Satélite Topex/Poseidon percurso do satélite Modelo do tsunami, 02h 05min após. pico da onda, 80 cm frente da onda, 10cm S N NOAA (jan, 2005)

Satélite Jason Modelamento das amplitudes do tsunami indicam deslizamento adicional, lento, de ~10 m por quase uma hora (“slow slip”) Lay et al., Science, 2005

Na parte norte da falha, sismos posteriores (“réplicas”) começaram ~1 h mais tarde: Deslocamento lento de ~5 m adicionais na parte norte por uma hora (“terremoto silencioso” !) Modelo III (Ammon et al.) (Bilham, Science, 2005)

POR QUE NÃO HOUVE ALERTA??

Centro de Alerta de Tsunami do Pacífico (PTWC): 15 minutos após terremoto, boletim automático para o Pacífico TSUNAMI BULLETIN NUMBER 001 PACIFIC TSUNAMI WARNING CENTER/NOAA ISSUED AT 0114Z 26 DEC 2004 AN EARTHQUAKE HAS OCCURRED WITH ORIGIN TIME - 0059Z 26 DEC 2004 COORDINATES - 3.4 N 95.7 E, OFF W COAST OF SUMATERA MAGNITUDE - 8.0 EVALUATION THIS EARTHQUAKE IS LOCATED OUTSIDE THE PACIFIC. NO DESTRUCTIVE TSUNAMI THREAT EXISTS BASED ON HISTORICAL DATA. Boletim enviado automaticamente a outros centros regionais/nacionais do Pacífico (Japão, Chile, Rússia, etc.)

boletim semi-automático 01h 05 min após terremoto, boletim semi-automático TSUNAMI BULLETIN NUMBER 002 ISSUED AT 0204Z 26 DEC 2004 ATTENTION: NOTE REVISED MAGNITUDE. AN EARTHQUAKE HAS OCCURRED WITH ORIGIN TIME - 0059Z 26 DEC 2004 COORDINATES - 3.4 N 95.7 E OFF W COAST OF SUMATERA MAGNITUDE - 8.5 EVALUATION REVISED MAGNITUDE BASED ON ANALYSIS OF MANTLE WAVES. THIS EARTHQUAKE IS OUTSIDE THE PACIFIC. NO DESTRUCTIVE TSUNAMI THREAT EXISTS FOR THE PACIFIC BASED ON HISTORICAL DATA. THERE IS THE POSSIBILITY OF A TSUNAMI NEAR THE EPICENTER.

Harvard Mag=8.9 (automático) tsunami em Sri Lanka Harvard Mag=8.9 (automático) 1ª. onda vista no PTWC alerta Mag=8.0 Bol. 1 Mag=8.5 Bol. 2

- A magnitude e mecanismo de ruptura de grandes terremotos é determinada com ~30 a 60 min de registro de ondas sísmicas com período de 100-300 s (ondas de superfície). - Para alerta efetivo, é necessária uma rede complexa de instituições regionais e locais de defesa civil. - A magnitude 9,0 só foi calculada por Harvard com várias horas de registro de ondas com períodos acima de 300s. Previsão do tsunami necessita de mecanismo de falhamento preciso!

Estações Sísmicas on-line (Park et al., SRL, 2005)

oceano Pacífico, parte do sistema de alerta de tsunami (NOAA-USA) Sistema DART Deep-Ocean Assessment and Reporting of Tsunami 6 estações atuais no oceano Pacífico, parte do sistema de alerta de tsunami (NOAA-USA) 53 novas estações estão sendo propostas para um sistema de alerta mundial (NOAA-USA) NOAA National Oceanic Atmos. Adm., PMEL Pacific Marine Environ. Lab.

Proposta de rede mundial de monitoração de tsunamis 53 DART

Sismologia Ionosférica GPS: ConteúdoTotal de Elétrons (TEC) unit : # electron/m2 ionosphere ~300km L4=L1-L2 Linha de visão Para remover ionosfera L3=f12/(f12-f22) L1 - f22/(f12-f22) L2 Para isolar ionosfera L4=L1-L2 Heki (2005)

Sismologia Ionosférica samp cpn chmi/cmi bnkk/kmi ~1.0 km/sec sis2 phkt pdng Distúrbio Ionosférico Co-sísmico (CID) ~10 TECU pdng samp phkt cpn kmi bnkk sis2 chmi ~1.0 km/sec cmi terremoto Heki (2005)

Sismologia Ionosférica ionosphere ~ 1.0 km/sec Onda Acústica (Ionospheric P) Ondas de Gravidade (Ionospheric S) ~ 0.2-0.8 km/sec Onda acústica secundária (Ionospheric Survace Wave) ~ 3.8 km/sec Heki (2005)

Sismologia Ionosférica GPS trajetória dos raios acústicos 300km epicentro propagação de ondas acústicas: compressões e dilatações Heki (2005)

Fixando ruptura em 2,5 km/s -> intensidade da “fonte” Modelagem do CID #1 #2 #3 #4 #5 #6 23 Satellite 13 Calc Obs #1 #2 #3 #4 #5 #6 Fixando ruptura em 2,5 km/s -> intensidade da “fonte” Heki (2005)

Lições ??? Fenômenos muito raros, mesmo com probabilidade de ocorrência extremamente baixa, um dia acabam acontecendo... Não apenas o mundo é incerto. A incerteza também faz parte da Ciência. Progresso – interdisciplinaridade. sismologia: sismógrafo + satélite (altimetria, InSAR) + GPS (deformações, co-sísmicas e pós-sísmicas) + Geofísica Espacial !

Obrigado !