ondas sísmicas e descontinuidades - Biologia e Geologia

Escola Secundária c/ 3º ciclo D. Manuel I
Biologia – Geologia (10º ano)
COMPREENDER A ESTRUTURA
E A DINÂMICA DA GEOSFERA
ONDAS SÍSMICAS E
DESCONTINUIDADES
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Quando um feixe luminoso passa
de um meio (ar) para outro
(água)
pode
sofrer
dois
fenómenos…
 Reflexão
 Refracção (mudança de trajectória)
Com as ondas sísmicas ocorre um processo
semelhante!!!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Ao passarem de um meio para outro com características físicas diferentes, as
ondas sísmicas alteram a sua trajectória… à superfície de separação entre
esses dois meios dá-se o nome de Descontinuidade!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Superfície de
descontinuidade
Superfície de
descontinuidade
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Se a Terra fosse homogénea, todo o seu
interior era semelhante e, por isso, as
ondas sísmicas propagar-se-iam numa
trajectória rectilínea!
Mas tal não acontece … Como tal, a trajectória das
ondas não segue uma recta. De vez em quando
ocorrem mudanças de direcção devido à entrada
num meio diferente!
É por sofrerem sucessivas refracções que a trajectória das ondas
sísmicas não é rectilínea mas sim curvilínea!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
http://www.youtube.com/watch?v=MsOr-PuhvI8&feature=related
1 – Como explicar a chegada de dois conjuntos de ondas sísmicas P-S à estação mais
afastada do epicentro?
Possivelmente o primeiro par de ondas P-S que foram registadas pelo simógrafo foram ondas
que sofreram refracção (P’-S’), penetraram num meio diferente (de maior velocidade), voltaram
a ser refractadas e emergiram à superfície (estação C). O segundo par de ondas (mais lento e que
chegou depois) eram ondas directas (P-S) que se propagaram sempre no mesmo meio - crusta!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
2 – Por que motivo a estação A, mais próxima do epicentro, não recebeu dois pares de
ondas P-S?
Essa estação recebeu apenas ondas directas (a propagação ocorreu sempre no mesmo meio, na crusta - não se deu
refracção das ondas)
3 – Comente a frase: “percorrer maior distância pode ser compensador”.
A frase está correcta – basta que para tal se percorra essa maior distância a uma maior
velocidade! Há ondas que percorrem o manto superior, no entanto a sua velocidade neste meio
é muito maior pois este é mais denso e rígido!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Em distâncias curtas, as ondas que viajam pela crusta são detectadas
primeiro do que as que percorrem o manto… A distâncias superiores
isso já não se verifica!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Na estação A e B, próximas do epicentro, foram apenas
registadas ondas directas, enquanto na estação C, mais afastada
do epicentro, foram registadas ondas indirectas e,
posteriormente, ondas directas.
As ondas registadas na estação A
deslocaram-se a menor
profundidade e a menor distância,
deslocando-se as ondas registadas
na estação C para mais longe e a
maior profundidade. A explicação
para as diferentes velocidades das
ondas sísmicas deve-se, então, à
profundidade, pois a velocidade
das ondas aumenta, neste caso,
com a profundidade.
As ondas P e S, chegadas em último lugar à estação C, embora tivessem vindo directamente
do epicentro até à estação C, propagaram-se a pequena profundidade, e, por isso, a baixa
velocidade e constituem as chamadas ondas directas. As ondas P' e S', registadas em primeiro
lugar, foram refractadas, pois encontraram materiais de composição diferente e chegaram, por
isso, indirectamente à estação C. Estas ondas deslocaram-se a maior profundidade, adquiriram
uma maior velocidade e são designadas ondas indirectas.
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Através de cálculos matemáticos, o
mesmo investigador, Mohorovicic,
chegou à conclusão que a mudança
de propriedades do meio ocorria a
uma profundidade de cerca de 5-10
Km na crusta oceânica e 35-70 km
na crusta continental!
Superfície que demarca a
crusta do manto
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
- Onda directa: É a onda inicial, com
origem no foco sísmico e que não
interage com nenhuma superfície de
descontinuidade, não sofrendo reflexões
nem refracções.
- Onda reflectida: É uma nova onda que
se propaga, a partir de uma superfície de
descontinuidade em sentido contrário e
no mesmo meio em que a onda inicial se
estava a propagar.
- Onda refractada: É a onda transmitida,
por uma superfície de descontinuidade,
para o segundo meio, a maior parte das
vezes, com um ângulo diferente
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Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Pela fórmula, podemos inferir que a
velocidade das ondas sísmicas depende
da densidade e também da rigidez do
meio que estão a atravessar!
QUANTO MAIOR FOR A DENSIDADE – MENOR SERÁ A VELOCIDADE DAS ONDAS
QUANTO MAIOR FOR A RIGIDEZ – MAIOR SERÁ A VELOCIDADE DAS ONDAS
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Mohorovicic estimou uma velocidade de
propagação de cerca de 6Km/s para as ondas P
na crusta e de 7-8 km/s para as ondas P na zona
do manto abaixo da crusta…!
Por outro lado, a velocidade na crusta oceânica
e continental das ondas P também varia (o
material tem diferente rigidez e densidade…)…
C. Oceânica = 7 km/s
C. continental = 6 km/s
Apesar de mais densa, é
bem mais rígida que a
continental…
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
1 – Até aos 100km a velocidade
das ondas sísmicas aumenta,
mas entre os 100 km e os 200
km diminui, só começando a
aumentar de forma mais
significativa a partir dos 350 km
…
2 –…
3 –… Até uma profundidade de
100km o peridotito encontra-se
no estado sólido… A partir dessa
profundidade, e até aos 350 km,
mantém-se fundido e só a partir
daí volta a estar sólido
(certamente será uma zona
novamente rígida devidos às altas
pressões!)…
4 –… Entre os 100 e os 350 Km a
velocidade das ondas sísmicas
diminui pois o material que lá
está é pouco rígido…!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Se ampliarmos a zona dos 100 aos 350 km de
profundidade, verifica-se que as ondas sísmicas
não apresentam um comportamento constante.
A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a
profundidade, no entanto, entre os 100 e os 200
km de profundidade, a velocidade das ondas S e P
diminui (a velocidade das ondas P diminui dos 8,5
km/s para os 7,5 km/s), sem que as ondas S se
anulem (prova que esta zona não é comletamente
líquida pois estas ondas não se propagam nesse
tipo de meio.
Esta diminuição da velocidade das ondas
sísmicas é explicada por uma diminuição da
rigidez dos materiais, já que a composição do
manto superior não sofre alterações.
ESTAS ZONA DE BAIXA VELOCIDADE NÃO ESTÁ BEM
DEFINIDA EM TODOS OS LOCAIS DA TERRA E, POR
ISSO, NÃO MÉ CONSIDERADA UMA SUPERFÍCIE DE
DESCONTINUIDADE! ALGUNS INVESTIGADORES
DEFENDEM AINDA QUE NÃO SE TRATA DE UMA
Supõe-se que existe um aumento da temperatura capaz de fundir alguns dos materiais constituintes
CONTÍNUA
…
desta zona, o que provocaCAMADA
a diminuição da rigidez.
Esta zona é conhecida
por zona de baixas
velocidades (a partir dos 100 km na litosfera oceânica e dos 200 km na litosfera oceânica) e permitiu a
definição de uma zona conhecida por astenosfera. A litosfera corresponde à zona rígida, de maior
velocidade das ondas sísmicas, e que se encontra colocada superiormente em relação à astenosfera.
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
ESTAS ZONA DE BAIXA
VELOCIDADE NÃO ESTÁ
BEM DEFINIDA EM TODOS
OS LOCAIS DA TERRA E,
POR ISSO, NÃO MÉ
CONSIDERADA UMA
SUPERFÍCIE DE
DESCONTINUIDADE!
ALGUNS INVESTIGADORES
DEFENDEM AINDA QUE
NÃO SE TRATA DE UMA
CAMADA CONTÍNUA…
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
A: Uma zona de baixa velocidade implica que nessa zona o meio se encontre num
estado semi-fundido (as ondas P e S diminuem de velocidade nessas condições)…
B: segundo a Teoria da Tectónica de placas, a litosfera (rígida) assentava numa zona
semi-fundida (astenosfera) onde ocorriam correntes de convecção, responsáveis pelos
movimentos das placas…
C: A zona de baixas velocidades corresponde à astenosfera!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
1 – De uma forma global, a velocidade
das ondas aumenta até aos 3000 km.
A partir daí há uma diminuição brusca
na velocidade das ondas P e não há
registo das S. Entre os 2900 km e os
5100 km, a velocidade aumenta
lentamente, havendo uma subida
mais acentuada a partir dos 5100 km.
2 – Possivelmente o meio será líquido
(as ondas S não se propagam e as P,
devido à menor rigidez, são mais
lentas)
3 – A partir dos 3000 km as ondas S
não se propagam (quando muito são
reflectidas) e as ondas P sofrem
desvios na trajectória (refracção) por
estarem a entrar num meio diferente!
4 – Certamente passar-se-á para um
meio novamente sólido/rígido!
5 – A velocidade das ondas depende
do estado físico do meio logo
estudando-as é possível determinar
indirectamente como será o interior
da geosfera
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
A análise da velocidade das ondas P
permite-nos dizer que:
• A velocidade das ondas P segue o
mesmo padrão de comportamento das
ondas S até aos 2900 km de
profundidade.
• Aos 2900 km de profundidade, as
ondas P sofrem um brusco e grande
decréscimo da velocidade, o que vem
confirmar a hipótese da existência de um
núcleo externo líquido, a esta
profundidade.
• Aos 5150 km de profundidade, a
velocidade das ondas P sofre um
acréscimo, o que significa que o material
constituinte do núcleo interno se
encontra no estado sólido, facto que fez
aumentar a rigidez dos materiais e, por
isso, a velocidade das ondas.
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Beno Gutenberg
(1889 -1960)
Inge Lehmann
(1888 -1992)
http://www.youtube.com/watch?v=3xLiOFjem
WQ&feature=player_embedded
Superfície que demarca o manto do núcleo externo
Superfície que demarca o núcleo externo do núcleo interno
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
As ondas que percorrem trajectórias tangenciais ao
núcleo emergem em locais da superfície cuja
distância ao epicentro corresponde a um ângulo de
103º… Ao entrarem no núcleo são refractadas
(ondas P) voltando a emergir a um ângulo superior a
143º
Gutenberg descobriu ainda que para cada sismo existe um
sector da superfície terrestre onde é impossível registar
ondas sísmicas directas, isto é, ondas com origem no foco e
que atingem a superfície da geosfera sem sofrerem reflexões
nem refracções !
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
As ondas que percorrem trajectórias tangenciais ao núcleo emergem em
locais da superfície cuja distância ao epicentro corresponde a um ângulo
de 103º… Ao entrarem no núcleo são refractadas (ondas P) voltando a
emergir a um ângulo superior a 143º
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
Esta faixa da superfície terrestre, onde não se
propagam ondas sísmicas internas directas, designa-se
zona de sombra sísmica. Gutenberg determinou que a
distância angular desta zona ao epicentro é constante,
situando-se entre os 103° e os 142° para as ondas P.
Fazendo a conversão da distância angular em distância
quilométrica (1° = 111,25 km), sobre a superfície
terrestre, a zona de sombra situa-se entre os 11 459 km
e os 15 798 km de distância do epicentro.
As zonas de sombra sísmica, que variam
com a localização do epicentro, ocorrem
devido à refracção (mudança de
direcção) das ondas P na chegada ao
núcleo externo e na não propagação das
ondas S nessa zona!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
103º - 143º
silêncio
sísmico
As ondas S, a partir da descontinuidade de Gutenberg não se
propagam e, por isso, todos os locais que se encontrem a
uma distância epicentral superior ao ângulo de 103º não as
irão receber!
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
by Ana Kastro
Ondas Sísmicas e Descontinuidades
As ondas sísmicas são registadas nas estações sismográficas distantes do epicentro num espaço de
tempo menor do que o esperado...
 Quanto maior é a distância epicentral, maior é a diferença entre o tempo de chegada das ondas sísmicas
e o tempo esperado para a sua chegada.
 Quanto maior é a distância epicentral, mais profundamente as ondas sísmicas mergulham, e maior a sua
velocidade.
 As ondas sísmicas propagam-se mais lentamente nas rochas mais quentes e menos rígidas, enquanto a
sua velocidade aumenta com a rigidez.
 As ondas S não se propagam em meios de rigidez nula (meio líquido), enquanto que as ondas P
diminuem a sua velocidade.
 A velocidade das ondas sísmicas diminui com o aumento da densidade.
 A velocidade das ondas sísmicas aumenta com a profundidade, pelo que a rigidez, com a profundidade,
aumenta mais do que a densidade.
 As ondas sísmicas podem sofrer desvios, durante o seu percurso, o que revela a existência de meios
de composição diferente, isto é, a Terra é heterogénea.
 Existem superfícies de descontinuidade reveladas pela modificação do comportamento das ondas
sísmicas.
 Existem zonas de sombra sísmica que estão localizadas entre os graus 103º e 142º (ondas P)
by Ana Kastro