Universidade Estadual Paulista Faculdade de Ciências e Tecnologia Geofísica Ondas Sísmicas e as Descontinuidades Sísmicas Prof. Dr. João Fernando Custódio da Silva Departamento de Cartografia Presidente Prudente, SP

Geofísica – Capítulos – 2019   Introdução 1 Origem e evolução da Terra 2 Geotermia – fluxo geotérmico 3 Campo da gravidade e gravimetria 4 Campo magnético da Terra 5 A teoria da deriva continental e tectônica de placas 6 Sismologia e sismicidade 7 Ondas sísmicas e as descontinuidades sísmicas 8 A crosta terrestre 9 Geofísica aplicada 10 Atmosfera terrestre 11 Propagação de ondas na atmosfera 12

Ondas Sísmicas Causa: Tensão máxima, ruptura, movimento dos blocos (interior ou bordas das PL) => sismo Consequência: Liberação de energia elástica Forma de ondas (mecânicas) acústicas, elásticas Tipos - Volúmicas (corpo) 3D --- Primárias: mais velozes e longitudinais --- Secundárias: menos velozes e transversais - Superficiais (SFT) 2D – mais destrutivas --- Rayleigh --- Love

Americano 1859-1944

Hipocentro e epicentro - Com a movimentação das placas, a rocha se altera até atingir o seu ponto crítico de elasticidade (tensão); -- Após este ponto, a matéria se rompe e libera instantaneamente toda a energia (potencial elástica) acumulada. Nas rochas profundas (astenosfera), as ondas fluem plasticamente (característica dos fluidos) em vez de entrar em ruptura (comportamento característico de sólidos – litosfera). O ponto que libera a energia é o foco do terremoto (hipocentro): É difícil imaginar que a energia acumulada na placa seja liberada em um único ponto ou foco. É uma aproximação para melhor representação. O hipocentro projetado na superfície terrestre é o epicentro.

Propagação de Ondas Elásticas Ondas acústicas ou elásticas propagam-se em matéria (inexistência de vácuo); são portanto ondas mecânicas. Quando ocorre um sismo, parte da energia se propaga em ondas volúmicas, e a parte restante da energia desloca-se ao longo da superfície sob a forma de ondas superficiais. As volúmicas se propagam a partir do hipocentro (a fonte de propagação pode ser considerada pontual) pelo corpo da Terra (considerada um espaço tridimensional); As superficiais têm origem nas volúmicas que atingem a superfície e se propagam pela superfície da Terra, a partir do epicentro.

Propagação das ondas acústicas e o núcleo da Terra: Por que aceitamos que existem os núcleos sólido e líquido? A onda P se propaga de um ponto ao seu antípoda (~20 min): ~10,6km/s A onda S não – gera zonas de sombra –, donde se deduz que o núcleo externo é líquido, por onde as ondas S não se propagam. O mapa mostra o tempo, em minutos, que as ondas P levaram para serem detectadas em diversos pontos da Terra, após um terremoto hipotético no Peru.

Ondas e o interior da Terra O estudo do comportamento das ondas sísmicas fundamentou as hipóteses sobre a estrutura interna do planeta: Wiechert, 1897: conjectura sobre núcleo líquido; Lamb, 1904 : propagação de ondas sísmicas em meios elásticos (usada para decifrar a estrutura da Terra); Mohorovicic, 1909 (Croácia): identificou mudança brusca de velocidades das ondas sísmicas na interface entre crosta e manto superior; estrutura das camadas externas deduzida dos tempos de propagação ou de percurso; descontinuidade de Moho; Zoeppritz e Geiger, 1909: cálculo das velocidades das ondas compressionais no manto; Gutenberg, 1913: raio do núcleo da Terra e indiciou que deveria ser líquido; Jeffreys e Bullen; Gutenberg e Richter, 1940 (após Herglotz e Wiechert, 1907): métodos de determinação do parâmetros de um sismo (distância epicentral, azimute ref estação de observação, profundidade focal, identificação das ondas, elaboração de tabelas tempo-percurso); Lehmann, 1936: ondas primárias refletidas no núcleo interno, daí sólido; Benioff, 1954 (Rússia) e 1960 (Chile): oscilações livres.

Descontinuidade de Repetti É uma camada de fronteira (separa) entre duas camadas do manto inferior. É definida por um aumento na velocidade sísmica com a profundidade. Situa-se a aproximadamente 670 km. William C. Repetti, 1930. Métodos sismológicos.

Descontinuidade Gutenberg A zona de sombra (ondas S) se deve a uma descontinuidade. Análise comparada de séries de sismogramas de diferentes estações sismográficas => estimar a profundidade da descontinuidade em 2900 km. Esta zona fronteiriça demarca o início do núcleo. (Beno Gutenberg)

Descontinuidade de (Inge) Lehmann (Dinamarca, 1888-1993) Analisando o comportamento das ondas sísmicas, Inge Lehmann desenvolveu um modelo matemático para explicar a refração e a reflexão no limite do núcleo interno (sólido) da Terra e o núcleo externo líquido. Antes dessa descoberta, cientistas acreditavam que o núcleo da Terra era feito de material fundido. Em 1936, Lehmann publicou sua hipótese. Seu novo modelo de estrutura interna da Terra foi aceito gradualmente pela comunidade científica e com os avanços tecnológicos os novos dados obtidos confirmaram os trabalhos de Inge Lehmann. Em 1959, ela propôs a existência de uma descontinuidade no interior da Terra que causa o aumento na velocidade das ondas sísmicas e que levou seu sobrenome, conhecida como Descontinuidade de Lehmann.

Resumo Causas das ondas sísmicas – sismos Ondas sísmicas – energia elástica liberada pela deformação dos blocos de rochas; fonte das hipóteses sobre o interior da Terra Interior segmentados por descontinuidades Moho – crosta/manto superior Repetti – manto superior/inferior Gutenberg – manto inferior/núcleo externo Lehmann – núcleo externo/interno

Conclusão e referência inicial Limão Os sismos provocam alterações na morfologia da crosta, particularmente na SFT, danos materiais e até mortes Limonada O estudo das ondas sísmicas revela o interior da Terra Referência RIBEIRO, FB.; MOLINA, EC. Geofísica. São Paulo: USP, Univesp. 2014. CACHARÓN, X.T. ; OTERO, A. Video-aulas – ondas sísmicas e descontinuidades no interior da Terra.