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 Diâmetro polar=12700 km Massa= kg109.4 24× 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, libertando-se 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 inter-placas 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); Inversa (galgamento); Transformante (strike slip)

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)