Geologia 1. Estrutura e Dinâmica da Geosfera 1.1. Açores, porquê

Geologia
1. Estrutura e Dinâmica da Geosfera
1.1. Açores, porquê, um “Laboratório” de Ciências da Terra?
Falha Açores-Gibraltar associada ao Banco de Gorringe
Formação das Ilhas Vulcânicas:
- Arcos insulares resultantes da subducção da crosta oceânica;
- Hot Spots/pontos quentes (formam-se no local onde as plumas atingem a
base da litosfera, com actividade vulcânica) – acumulação de magma na base da litosfera.
Erupções Históricas:
- Capelinhos;
- Faial;
- Serreta;
- Furnas.
Açores, um Laboratório das Ciências Geológicas?:
- Enquadramento geográfico;
- Enquadramento geotectónico;
- Actividade vulcânica;
- Aspectos da paisagem;
- Vulcanismo secundário;
- Sismicidade;
Como se conhecem os dados de manifestações de actividade geológica?
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1.2. Métodos de Estudo para o Interior da Geosfera:
- Métodos Directos: Estudo dos materiais que afloram à superfície, perfurações do solo
e através de materiais emitidos durante erupções vulcânicas – fragmentos de rocha arrancado
às rochas aquando da passagem (ascensão) do magma (magma e xenólitos).
- Métodos Indirectos: Planetologia e astrogeologia, gravimetria, densidade,
geomagnetismo, sismologia, geotermismo e vulcanismo.
1.2.1. Geotermia
Gradiente Geotérmico: Taxa de aumento da temperatura com a profundidade (ºC/km).
– Diminui com a profundidade.
Grau Geotérmico: Número de metros que é necessário aprofundar, abaixo da zona de
temperatura constante, para que a temperatura aumente 1 °C – é necessário percorrer 32 m
para que a temperatura aumente 1ºC. – Aumenta com a profundidade.
Crosta
Manto Superior
Gradiente Geotérmico
(30°C/1km)
20°C/1km
10°C/1km
Grau Geotérmico
(33m/1°C)
50m/1°C
100m/1°C
Assim, e porque o interior da Terra está mais quente de que a superfície, gera-se uma
transferência de calor do interior para o exterior, que se designa fluxo geotérmico –
quantidade de calor dissipado.
Fluxo Geotérmico: É máximo nas dorsais oceânicas e mínimo nas fossas oceânicas:
- O fluxo geotérmico é muito acentuado em fronteiras divergentes das placas
(zonas de riftes);
- O magma ascende e gera crusta oceânica, que é tanto mais antiga quanto
mais afastada do rifte;
- Ao nível das fossas a crusta densa mergulha sobre o material menos denso,
refundindo novamente.
Energia Térmica Interna:
- Calor remanescente da Terra;
- Desintegração de elementos radioactivos.
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1.2.2. Geomagnetismo:
Por acção da magnetosfera, qualquer corpo magnético livre, orienta-se segundo a
direcção dos pólos magnéticos Norte-Sul.
Os materiais do núcleo externo, no estado líquido, encontram-se em movimento de
rotação e provocam corrente eléctrica.
Aplicável em Qualquer Rocha?: Apenas em partículas ricas em minerais
ferromagnesianos (magnetite ou hematite) e dependendo do seu ambiente de formação, ou
seja, durante a deposição de sedimentos ou lavas em arrefecimento.
Lavas em Arrefecimento:
- Acima do Ponto de Curie.
- Abaixo do Ponto de Curie.
- Abaixo do Ponto de Curie e sob a
influência de um campo magnético.
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Ponto de Curie: Temperatura acima da qual uma substância perde as propriedades
magnéticas que possui.
Polaridade:
A polaridade é normal quando os minerais ferromagnéticos da rocha possuem uma
magnetização normal, com direcção semelhante à do campo magnético actual da Terra.
A polaridade diz-se inversa quando existe um alinhamento oposto ao que seria
produzido pelo campo magnético actual da Terra.
O campo magnético terrestre muda em intervalo de tempo regulares (quatro a cinco
vezes por milhão de anos).
Alguns investigadores admitem a hipótese de algumas desta inversões terem originado
perturbações geológicas na fronteira entre o manto e o núcleo, as quais terão desencadeado
uma intensa actividade vulcânica, originando imponentes derrames de lava na superfície
terrestre responsáveis pela extinção de muitas espécies.
Se, por um lado, às variações do campo magnético se pode, então, associar o
desaparecimento de vida, por outro, podemos afirmar que foi a sua existência que permitiu o
desenvolvimento e a manutenção das espécies na Terra, na medida em que funciona como um
escudo contra os ciclónicos ventos solares. Estes transportam partículas carregadas
electricamente – protões, electrões, núcleos de hélio, … - animadas de grande velocidade. Se
estes “projécteis” atingissem a superfície da Terra, os seres vivos seriam irradiados, por
destruição ou alteração das células vivas. Felizmente, estes ventos mortais são desviados pelo
campo magnético terrestre.
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- Comprova a hipótese da expansão dos fundos oceânicos;
- Reconstitui a localização das placas em épocas correspondentes a anomalias bem
caracterizadas.
Importância do Geomagnetismo:
- A existência do campo magnético terrestre apoia a existência de núcleo
externo líquido ferromagnético no estado líquido;
- O paleomagnetismo fornece informações sobre o passado da Terra;
- Regista inversões da polaridade do campo magnético terrestre;
- Apoia a hipótese da deriva continental;
-Apoia a hipótese da formação dos fundos oceânicos a partir do rifte;
- Permite a manutenção da vida ao funcionar como uma barreira protectora
contra as radiações cósmicas nocivas.
1.2.3. Gravimetria:
Ramo da Geofísica que estuda a intensidade da gravidade e a sua distribuição à
superfície da Terra.
Qualquer corpo situado à superfície da terra experimenta uma força de atracção para
o centro:
F = G.m.M/R2
G- Constante de gravitação (6.67X10-11Nm2kg2);
M- Massa da Terra;
m- Massa do corpo;
R - distância que separa os centros dos corpos.
Factores que Influenciam a Variação da Gravidade:
- Latitude: F (força gravítica) é mínima no Equador. F é máxima nos pólos;
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- Altitude: A gravidade diminui com o aumento da distância ao centro da Terra;
- Densidade: O valor é maior no local onde existe rochas de maior densidade.
Anomalias Gravimétrica: É a diferença entre os valores da gravidade reais (medidos
com o gravímetro) e os valores esperados (calculados para um mesmo ponto da Terra).
- Anomalia gravimétrica positiva – g real > g teórica;
- Anomalia gravimétrica negativa – g real < g teórica.
As anomalias podem ser compensadas por ajustamentos isostáticos: A crusta
continental por ser menos densa do que a crusta oceânica, possui uma maior espessura por
compensação.
Densidade:
- Densidade média da Terra: 5,5 gcm-3.
- Densidade média da crusta oceânica e da crusta continental: 2,7 e 2,9.
A densidade no interior da Terra aumenta com o aumento da profundidade. Esta
variação é devida não só à existência de elementos mais densos como também ao aumento da
pressão.
Gradiente Geobárico: taxa de aumento da pressão com a profundidade.
Se a temperatura de fusão é inferior à temperatura estimada – materiais no estado
líquido.
Sismologia: Estudo do comportamento da propagação das ondas sísmicas.
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Estudo da velocidade de propagação das ondas sísmicas através de cartografia.
Velocidade mais lenta - manto mais
quente - material mais maleável - estado de
fusão parcial (cor vermelha).
Velocidade mais rápida - manto mais
frio - material mais rígido (cor azul).
1.3. Vulcanismo:
Desvantagens: perigo humano e danos materiais.
Vantagens: solos férteis, exploração de recursos minerais, fins medicinais, energia
geotérmica e turismo.
Tipos de manifestações vulcânicas:
- Vulcanismo Primário ou Activo (central, fissural);
- Vulcanismo Secundário ou Residual (fumarolas, géiser).
Central:
- Ocorrem num aparelho vulcânico – vulcão, o qual possui chaminé cilíndrica e
cratera circular;
- Actividade típica continental.
Fissural:
- Ocorrem ao longo de fracturas/fendas da superfície terrestre;
- Ocorre nas zonas de rifte - as lavas são básicas;
- Planaltos (erupção continental) e fundos oceânicos (erupção subaquática).
1.3.2. Vulcanismo Primário ou Activo:
Vulcanismo central – Aparelho vulcânico:
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Formação de uma caldeira:
- Ocorre o esvaziamento total ou parcial da câmara magmática.
- O aparelho vulcânico fica instável, por falta de apoio.
- Uma parte do cone vulcânico, geralmente a central, abate dando origem a
uma zona deprimida limitada por rebordos abruptos.
- Forma-se uma caldeira (mais de um quilómetro de diâmetro), a qual pode ser
preenchida por água.
Materiais expelidos pelo vulcão:
- Produtos sólidos (piroclastos);
- Produtos líquidos (lava);
- Produtos gasosos (Hidrogénio, monóxido de carbono, dióxido de carbono,
ácido clorídrico, vapor de água, monóxido de enxofre e dióxido de enxofre).
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Piroclastos:
- De fluxo: Piroclastos que se movimentam ao longo das vertentes, envolvidos
em água ou em gases (nuvens ardentes).
- De queda: Piroclastos formados durante erupções explosivas em que os
fragmentos sólidos são ejectados e depois caem devido ao próprio peso.
Nuvens ardentes: Massas densas de cinzas e gases incandescentes, libertadas de modo
explosivo e dotadas de grande mobilidade (500 km/h).
As bombas quanto ao tipo de erupção:
Escórias:
- Cor escura (baixa % de sílica);
- Lava fluida, básica (erupção do tipo efusivo);
- Porosidade variável.
Pedra-pomes:
- Cor clara (elevada % de sílica);
- Lava viscosa, ácida (erupção do tipo explosivo);
- Porosidade elevada.
Magma e lava:
Lava
Magma
Local onde se forma
Após saída da cratera.
Em profundidade.
Constituição
Material rochoso em fusão
pobre em gases.
Material rochoso em fusão
rico em gases.
Tipos de solidificação de lavas viscosas:
- Agulhas vulcânicas (forma-se quando a lava é muito viscosa, consolidando no
interior da chaminé; posteriormente, a erosão põe-na a descoberto, ficando em saliência em
forma de agulha.);
- Domos ou cúpulas (a lava viscosa solidifica sobre a abertura vulcânica,
obstruindo a cratera.).
Tipos de solidificação de lavas fluidas:
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- Lavas encordoadas ou pahoehoe (Lavas muito fluidas. Durante o
arrefecimento a parte exterior consolida mais rapidamente, mantendo-se o interior fluido, o
que lhe dá um aspecto semelhante a cordas.);
- Lavas escoriáceas ou aa (São lavas menos fluidas. Após a sua solidificação
Magma
Teor de
sílica
Quantidade
de vapor
de água
presente
Temperatura
Grau de
viscosidade
Local
Tipo de
erupção
originam superfícies ásperas e porosas, em resultado da perda rápida de gases.);
- Lavas em almofada ou pillow lava (Lavas fluidas que arrefecem rapidamente
dentro de água, ficando com o aspecto de travesseiros sobrepostos uns em cima dos outros.).
Classificação dos magmas em função da percentagem em SiO2:
Magma Básico ou Basáltico
Características
Origem
Teor em sílica
Temperatura
Viscosidade
Tendência para
formar lavas
Manto superior
Inferior a 52 %
Alta
Baixa
Elevada
Andesítico ou
Intermédio
Ácido ou Riolitico
Crusta continental
52 % a 65 %
Intermédia
Intermédia
Intermédia
Crusta continental
Superior a 65 %
Baixa
Alta
Baixa
Quanto maior é a % de sílica, maior é a viscosidade da lava, mais baixa é a sua
temperatura.
Relação tipo de lava e tipo de erupção:
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Basáltico
ou Básico
Baixa
Baixa
Elevada
Baixa
Riftes ou
dorsais
oceânicas
Efusiva
Andesítico
Média
Média
Média
Média
Zonas de
subducção
Mista
Elevada
Choque de
duas placas
oceânicas
Explosiva
Ácido ou
Riolitico
Elevada
Elevada
Baixa
Uma erupção vulcânica depende essencialmente de dois factores:
- A quantidade de gases contidos no magma;
- A viscosidade do magma - quantidade de sílica (composição química),
quantidade de gás dissolvido, temperatura.
Tipos de erupção vulcânica:
- Efusiva;
- Explosiva;
- Mista.
Efusiva:
- Erupção calma;
- Lavas muito fluidas (pouco viscosa);
- Formação de escoadas de lava, que podem atingir longas distâncias – rios ou
mantos de lava;
- Fácil libertação de gases;
- Não há projecção de piroclastos;
- Cones vulcânicos são baixos, de vertentes suaves e de bases largas.
Mista:
- Erupção mista, com alternância de períodos efusivos e explosivos;
- Lavas fluidas, com correntes de lava curtas;
- Gases com dificuldade de libertação;
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- Projecção de piroclastos (bombas e lapilli);
- Cones vulcânicos um pouco mais altos do que os do tipo efusivo.
Explosiva:
- Lavas viscosas, com escoadas de lava muito curtas;
- Libertação de grande quantidade de piroclastos (bombas, lapilli, mas
principalmente cinzas) e/ou nuvens ardentes, havendo fortes explosões;
- Cones vulcânicos são altos e de forte inclinação.
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1.3.3. Vulcanismo Secundário ou Residual:
Caracteriza-se pela persistência de uma erupção de vapor de água e/ou outros
produtos gasosos.
Nascentes termais: Nascentes de água quente enriquecida em vários minerais.
Fumarolas:
- Sulfataras (predominam emissões de gases ricos em enxofre.);
- Mofetas (predomina a emissão de dióxido de carbono.).
Emissões de gases a elevadas temperaturas que se libertam de fissuras próximas de
vulcões que terminaram a sua actividade.
Géisers: São jactos intermitentes e periódicos de água e vapor de água a elevada
temperatura, através das fissuras da crosta.
Vulcões e tectónica de placas:
- Limites divergentes: onde é criada a nova crusta oceânica.
- Limites convergentes: onde a crusta é destruída.
. Limites transformantes: onde a crusta não é criada nem destruída.
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Tipos de Vulcanismo:
Vulcanismo de subducção
Vulcanismo de vale do rifte
- Vulcanismo intraplaca:
Formação de um manto de basalto e de uma cadeia vulcânica a partir de um
ponto quente na extremidade de uma pluma térmica.
Formação de uma cadeia de ilhas a partir de um ponto quente:
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Previsão:
- Vulcão activo: quando entrou em actividade recentemente ou num período
em que tenha havido um registo histórico dessa erupção.
- Vulcão extinto: quando se apresenta muito erodido, sem sinais de futura
actividade, não havendo registos históricos dessa erupção.
- Vulcão adormecido: quando não há memória de erupções e o vulcão não
evidencia sinais de actividade, mas ainda não está completamente erodido. Ex: o monte
Pinatubo, nas Filipinas, esteve adormecido mais de 400 anos, antes da erupção de 1991.
Monitorização de vulcão: estudo de vulcão que implica a análise de sismos, de
emissões de vapor de água e outros gases, dilatações do cone vulcânico, aumento da
temperatura do cone.
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1.4. Sismologia:
Ciência que estuda os sismos, as suas causas, efeitos, localização, etc; através da
observação das vibrações do terreno.
Sismo:
- É um fenómeno natural;
- Resulta da libertação brusca de energia;
- Devido à ruptura +/- violenta no interior da Terra;
- Que se traduz pela vibração do terreno.
Sismo
Microssismos
Macrossismos
Libertam pequenas quantidades de energia, Libertam grande quantidade de energia, os
não são perceptíveis pela população. Não movimentos vibratórios são perceptíveis pela
causam danos.
população.
Comportamento dos materiais:
- Diferentes comportamentos dos materiais à pressão: lápis, régua, plasticina
(comportamento das rochas).
Teoria do ressalto elástico (H.F.Reyd, 1911) – Mecanismo gerador de sismos:
- As forças tectónicas (nas fronteiras das placas) levam à acumulação de
enormes quantidades de energia potencial (tenções) nas rochas;
- As tensões deformam os materiais enquanto a sua elasticidade (corpo que
recupera a forma após a actuação de forças sobre ele (geosfera tem este comportamento)) o
permitir;
- Quando superado o limite de plasticidade a rocha fractura, é libertada
energia sob a forma de calor e de ondas elásticas, que provocam o abalo sísmico;
- Os dois lados da falha sofrem um deslocamento em sentido oposto ao das
forças deformadoras (ressalto elástico).
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Tipos de forças:
- Forças compressivas.
- Forças cisalhantes.
- Forças distensivas.
Causas do Sismo
Natural
Artificial
induzido
Sismo secundário (de colapso)
- Explosões nucleares;
- Desabamento de grutas.
Sismo tectónico
Sismo vulcânico
– Ruptura numa falha –
Erupção
activa (mais vulgares). vulcânica.
Sismo
Reajuste do equilíbrio terrestre
Antes…
Depois…
Abalos Premonitórios: Abalos prévios de Réplicas: Abalos mais tardios e de menor
intensidade relativamente fraca.
intensidade que os iniciais.
Componentes do Sismo:
- Hipocentro ou foco sísmico: Local em
profundidade onde ocorre a libertação de energia.
- Epicentro: Local à superfície (na vertical do
hipocentro) onde o sismo é sentido com maior intensidade.
- Onda sísmica: Superfícies concêntricas de
energia que fazem vibrar as partículas rochosas.
Propagação das Ondas Sísmicas:
- Frente de onda: Separa a região que já vibrou de uma em que ainda não
ocorreu a vibração;
- Raio sísmico: Qualquer trajectória perpendicular à frente de onda;
- Profundidade focal: Distância do foco ao epicentro.
Classificação do sismo de acordo com a profundidade focal:
Profundidade do hipocentro (foco):
- Superficiais (+ abundantes) (<70 km);
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- Intermédios (entre 70 e 300 km);
- Profundos (- abundantes) (> 300 km).
Classificação do sismo de acordo com a localização do epicentro:
- Terramoto (terra);
- Maremoto (oceano) – Velocidade das ondas é directamente proporcional à
profundidade das águas.
Causas de um Tsunami:
- Vulcão submarino;
- Sismo com epicentro submarino;
- Deslocamento de terras.
Tipos de ondas sísmicas (Vibrações que se propagam através das rochas a partir da
origem, segundo as diversas direcções do espaço que correspondem a raios sísmicos):
- Ondas internas ou profundas:
- Propagam-se no interior da Terra;
- Ondas P (primárias, de compressão ou longitudinais) e ondas S
(secundárias, de cisalhamento ou transversais).
- Ondas superficiais ou longas:
- Resultam da interacção das ondas interiores à superfície;
- Propagam-se em contacto com a atmosfera ou com a hidrosfera;
- São as ondas mais destruidoras;
- Ondas Love (de torção) e ondas R (Rayleigh ou circulantes).
Ondas interiores – Ondas P, primárias, longitudinais ou de compressão:
- Deslocamento das partículas é paralelo à direcção de propagação da onda;
- Ondas de volume – variações no volume (compressão e distensão);
- Ondas longitudinais – partículas deslocam-se na mesma direcção de
propagação da onda;
- Propagam-se em sólidos, líquidos e gases.
- Velocidade média de propagação: 6,5 km/s.
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Ondas interiores – Ondas S, secundárias, transversais ou de
cisalhamento:
- Deslocamento das partículas é perpendicular à direcção de propagação da
onda (ondas transversais);
- São mais lentas que as P: 3,2 km/s;
- Variações na forma mas não no volume das partículas;
- Só se propagam em sólidos.
Ondas superficiais – Ondas Rayleigh ou R:
- As partículas vibram perpendicularmente à direcção de propagação da onda;
- Provocam ondulações verticais da superfície terrestre com rotações elíptica;
- São as mais destruidoras;
- Variações no volume e na forma (emergem das ondas P e S);
- Propagam-se em meio sólido e líquido;
- Vr = 2,7 km/s (velocidade mais ou menos constante).
Ondas Superficiais – Ondas Love ou de torção:
- As partículas vibram horizontalmente (fazem um ângulo recto com direcção
de propagação da onda;
- Deslocações laterais;
- Provocam ondulações horizontais da superfície terrestre;
- São as mais destruidoras;
- Variações na forma (emergem apenas das ondas S);
- Propagam-se em meio sólido;
- Vr = 3,0 km/s (velocidade mais ou menos constante).
A propagação de ondas sísmicas no interior da Terra (P e S) varia com:
- Rigidez (quanto maior a rigidez maior a velocidade);
- Densidade (quanto maior a densidade, menor a velocidade);
- Incompressibilidade (existência de compactação) – só em ondas P (resistência
à compactação) - quanto mais incompressível for o material atravessado, maior é a velocidade.
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Velocidade das ondas P é > em sólidos e < em gases.
A velocidade das ondas S em líquidos e em gases é 0 km/s.
Informações que retiramos do sismograma:
- Calcular a magnitude do sismo;
- Velocidade das ondas sísmicas (V = D/T);
- Distância ao epicentro (D.C. = ((S-P)- 1) × 100 km);
- Profundidade do foco;
- Localização do epicentro (necessita de 3 sismógrafos).
Quanto mais perto o sismógrafo se encontrar do epicentro mais rapidamente regista
as várias ondas e menor é o atraso das ondas S em relação às ondas P.
A velocidade das ondas P e S aumenta com a distância ao epicentro devido à rigidez
dos materiais, enquanto que a velocidade das ondas longas é constante.
Nota: Se o sismógrafo estiver a menos de 600 km do epicentro as ondas sobrepõem-se
impossibilitando a leitura do sismograma.
Determinação do epicentro de um sismo:
- Primeiro calculamos a distância epicentral, ou seja a distância entre o
sismógrafo e o epicentro.
A – Determinar a diferença de tempo entre a chegada das ondas P e das ondas
S normalmente em segundos – (S - P);
B – Calculamos a distância epicentral e podemos faze-lo de 3 formas
diferentes:
- Através de gráficos como o da pág. 184;
- Pela fórmula;
- Através do gráfico de F.T. em que S – P é calculada em min.
- Localização do epicentro (ponto) ou área epicentral (uma zona): é feito pela
intercepção de circunferências.
Classificação de sismos quanto à sua distância epicentral:
- Sismos locais (< 150 km);
- Sismos próximos (< 1000 km);
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- Sismos distantes (> 1000 km).
Parâmetro de avaliação de um sismo:
- Intensidade sísmica: Avalia os efeitos materiais e pessoais produzidos pelo
sismo – Escala de Mercalli Modificada (Escalas subjectiva, qualitativa, depende do relato das
pessoas, das condições do material, …, vai de I a XII graus;
- Magnitude: Mede/quantifica a energia libertada no hipocentro – Escala de
Richter (Escala objectiva, rigorosa, quantitativa, vai de 1 a 9 graus.
Isossistas: Linhas que unem pontos de igual intensidade sísmica de traçado irregular?
No oceano as isossistas estão a tracejado porque a intensidade sísmica apenas é
avaliada pelos efeitos que o sismo causa em populações, obras humanas e paisagens, não
sendo possível de determinar no mar.
Zonas de grande actividade sísmica:
- Zona circumpacífica (anel de fogo do Pacífico);
- Cintura mediterrânico-asiática;
- Zona médio-oceânica (rifte do Atlântico).
Sismos e tectónica de placas:
- Sismos interplacas (95%): nos limites das placas litosféricas:
- Zona circumpacífica (80% sismos de magnitude >6);
- Cristas oceânicas (5% dos sismos de fraca magnitude – regiões de
rifte);
- Cintura mediterrânico-asiática (15% dos sismos de forte e média
magnitude).
- Sismos intraplacas (5 %).
Limites convergentes:
- Ocorrem em zonas de subducção;
- Também podem ocorrer em limites convergentes sem subducção (ex:
Himalaias);
- Os sismos distribuem-se segundo o Plano de Benioff (ex: cintura
circumpacífica (anel de fogo) e mediterrânico-asiática).
Limites divergentes:
- Ocorrem nas falhas paralelas aos riftes (cristas oceânicas);
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- Sismos de foco pouco profundo;
- Sismos de magnitude menor do que nos limites convergentes.
Limites conservativos:
- Sismos de foco pouco profundo (≤ 100 km).
Sismicidade interplaca em Portugal:
- Portugal continental: NE do banco de Gorringe: faz com que o risco de
sismos, no continente, diminua de Sul para Norte;
- Açores: Dorsal médio-atlântica (e o rifte da Terceira que passa no meio das
ilhas);
- Madeira: No seio da placa africana, longe de qualquer grande falha ou rifte,
possui baixo índice de sismicidade.
Prevenção:
- Estudo geológico dos terrenos;
- Construções parassísmicas;
- Formação pessoal;
- Planos de evacuação;
- Educação das populações.
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