2.1 A Estrutura da Terra

Capítulo 2 Mecanismos de geração dos sismos
A estrutura da Terra. Origem dos sismos. Teorias dos mecanismos sísmicos.
As falhas como geradoras de sismos. Geometria, tipo e classificação da sua
actividade. Foco. Epicentro. Distância epicentral. Ondas sísmicas.
2.1 A Estrutura da Terra
Terra. Forma.
Diâmetro equatorial=12740 km
Massa= 4.9 × 10 24 kg
Diâmetro polar=12700 km
Densidade média =5.5
Densidade das rochas superficais entre 2.7 e 3 ⇒ Heterogeneidade, com muito maior
densidade no núcleo.
Estrutura interna da Terra: Crusta terrestre. Manto. Núcleo. Contribuição da
Sismologia na sua caracterização.
Espessuras
70
2850
2260
1190 (km)
Crusta terrestre.
Espessura variável de 25 a 40 km nas zonas continentais (por vezes mais: 60 a 70 km)
e de 5 km nas zonas oceânicas.
Corresponde a cerca de 0.4% do raio da Terra.
Zona quase exclusiva de sismogénese.
Sequência estratigráfica essencial: basalto recoberto por granito na crusta continental.
A crusta oceânica é mais uniforme e mais densa do que a crusta continental.
Temperatura inferior aos materiais subjacentes.
Fronteira entre crusta e manto: descontinuidade de Mohorovicic.
Velocidade de propagação de ondas.
Reflexão e refracção de ondas.
A Estrutura da Terra [K] 008.
A tempeatura da Terra s025.tif [K]
Manto.
Espessura do manto superior com 650 km.
Materiais no estado viscoso. Comportamento misto sólido-líquido.
Densidade 4 a 5.
Já foram registados sismos com origem no manto superior. Não se conhecem sismos
manto inferior.
Núcleo
Núcleo exterior no estado líquido.
Ondas S.
Ferro fundido. Densidade 9 a 12.
Núcleo interior. Mistura ferro-níquel sob pressão muito elevada. Densidade 15.
2.2 Teorias dos mecanismos sísmicos
Teoria da deriva dos continentes.
Teoria de Weneger e Taylor (princípio do séc. XX): A Terra era um só continente
(Pangea) há 200 milhões de anos e que por motivos presumivelemente mecãncios o
continente se quebrou em diversas porções que muito lentamente evoluiram quer em
forma quer em posição para as posições que então se conheciam (isto é as de hoje).
A teoria só veio a merecer atenção no princípio dos anos 60 quando a crescente rede
de sismógrafos permitiu localizar a origem dos sismos e que se concluiu estarem
concentradas em zonas bastante limitadas.
Tectónica de placas.
6 placas principais: Euro-asiática, Africana, do Pacífico, Americana, Australiana e
Antártica.
Justificação para o movimento das placas
O movimento de placas deve-se ao equilíbrio termomecânico dos constituintes da
Terra.
O gradiente de temperatura existente no manto em profundidade temperatura cresce) e
a estrutura do manto (densidade decrescente em profundidade) provocam um processo
convectivo muito lento
Correntes de convenção na rocha viscosa do manto impõem tensões tangenciais na
crusta sob as placas deste modo transportando-as.
Cartografia das placas tectónicas [F] Kramer s007.jpg
Movimento das placas. Interacção nas orlas. Deformações assísmicas e sísmicas.
Tipos de orlas: Afastamento, subducção e transformantes
Orlas de afastamento (empilhamento lávico) (“ocean ridges”)
Em algumas zonas as placas afastam-se lentamente.
Rocha magmática ascende à superfície solidificando e integrando as placas.
Ao arrefecer o magma solidifica e integra as placas ficando magnetizado de acordo
com o campo magnético terresrte reinante na altura, o qual varia no tempo
Exemplos
2 cm/ano por ano no ridge meso-atlântico, 18 cm/ano no ridge do oceano pacífico
Estima-se que a custa oceânica cresca a uma taxa de 3.1 km2 /ano.
A ascensão pode fazer-se de forma lenta ou por forma brusca durante os sismos ou
erupções vulcânicas sub-aquáticas.
Spreading ridges podem aparecer á superfície da água: exemplo a Islândia onde a
actividade vulcânica é quase constante 150 vulcões activos.
subducção e transcursão (falhas transformantes).
Dada a invariabilidade da superfície terrestre a criação de nova massa de crusta
obriga, por compatibilidade cinemática, a que também alguma crusta seja consumida
por qualquer processo.
Nas zonas de subdução as orlas das placas aproximam-se através do afundamento de
uma delas sob a outra. Encontram-se frequentemnete na orla continental. Os sismos
são gerados no interface entre as placas. Falhas inversas sub-horizontais.
A placa que mergulha aquece e torna-se mais dúctil chegando a não ser capaz de
produzir sismos. A profunidade máxima a que se registou um sismo foi a cerca de 700
km o que confirma esta ideia.
Actividade sísmica no Mundo. Epicentros dos sismos mais significativos. [B1] s006.jpg
Epicentros dos sismos de maior magnitude entre 1897 e 1998. [B2] s015.jpg
2.4 As falhas como geradoras de sismos
correlação quase absoluta entre a a actividade sísmica
significativa e as zonas de interacção entre placas tectónicas
Noção de ciclo sísmico (modelo de Reid)
Antes do sismo a crusta terrestre
sofre deformações lentas que
geram tensões internas. Quando
as tensões de corte ultrapassam
numa zona da falha a resistência
ao corte da rocha, produz-se
subitamente a rotura e um
deslizamento relativo dos blocos
separados pela falha, libertandose em dezenas de segundos a
energia de deformação antes
lentamente acumulada.
O movimento brusco da falha provoca um abalo que se
propaga sob a forma de ondas elásticas. Restabelecido o
equilíbrio, recomeça nova fase lenta de carga seguida de
rápida descarga sísmica.
A noção de ciclo sísmico consubstancia o conceito de
retorno sísmico e explica sucessão com desfasamento no
tempo de ocorrências sísmicas num dado local.
Completa a hipótese de ser a rotura de falhas a causa
substancial da sismicidade observada.
Distinção fundamental entre deformações sísmicas e
assísmicas
Dualidade sismicidade intra-placa sismicidade interplacas
Sismicidade inter-placas de maior frequência e
severidade, em particular os associados às zonas de
subducção. Sismos mais profundos
Caso de Portugal Continental
Sismos de génese oceânica (ex: 1755) versus sismos de
génese continental (ex: sismo de Benavente de 23 de Abril
de 1909)
2.5 Geometria, tipo e classificação da sua actividade.
Falha: manifestação de um processo de rotura mais ou
menos localizado que, por esgotamento da capacidade
resistente em zonas vizinhas, se pode propagar por diversos
quilómetros de extensão.
Idealizada como figura plana com geometria descrita pela
direcção ou azimute, pela inclinação e pela direcção do
respectivo vector de deslocamento (NE φº δº)
Classificação quanto à localização
Falhas interplacas e Falhas intraplacas
Classificação quanto ao movimento: transcorrentes,
transformantes, inversas e normais.
Falhas interplacas
falhas
transcorrentes
(zonas de
afastamento)
falhas
transformantes
“strike-slip
faults”
falhas mergulhantes (falhas inversas); zonas de subducção
Falhas intraplacas Normal (deslizamento);
(galgamento); Transformante (strike slip)
Inversa
Falha transformante esquerda
Severidade sísmica
O processo de rotura propaga-se numa zona mais ou menos
extensa provocando a libertação brusca da energia de
deformação acumulada.
Esta depende das características do material (em especial da
ductilidade) e da resistência mobilizável (função da tensão
de normal e das características da rocha).
Por ordem crescente de energia sísmica libertada: falhas
transformantes e falhas normais, falhas inversas e falhas
mergulhantes (subducção).
Tensões associadas ao movimento de falhas. (a) e (b): falha
normal. (c) e (d) falha inversa. Código de cor associada ao
movimento inicial da falha: preto (compressão), branco :
(extensão)
Afloramento superficial de falhas
Rotura à superfície da Falha de
Santo André no sismo de S.
Francisco de 1906.
(a cerca deslocou-se próximo de
2.5 m)
Escarpa da falha de Neodani do sismo de Mino-Owari de
1891, preservada perto de Sakugawa, em 1956. (6 m de
largura)