sismologia 1

Dinâmica e Eng. Sísmica – Os Sismos (parte 1)

Autor: Prof. João Braga1

Sismologia – Estudo dos sismos/terramotos e genericamente dos movimentos que

ocorrem na superfície do globo terrestre

Trata-se de uma ciência que procura conhecer e determinar em que circunstâncias ocorrem os sismos naturais, assim como as suas causas e distribuição no globo terrestre

Objectivo máximo: Prever a ocorrência de sismos no tempo e no espaço (algo que actualmente não é possível)

Causa principal? → Movimentos vibratórios ao longo de falhas geológicas existentes entre as diferentes placas tectónicas que constituem a crosta terrestre, que são consequência da dissipação da energia


Evolução do conhecimento sobre os sismos

As primeiras interpretações para a origem dos sismos de que se tem conhecimento, são de

origem religiosa, acreditando-se que estes eram castigos sobre a Humanidade;

Um dos exemplos é o caso da mitologia grega, com o gigante Enceladus (derrotado pelos

deuses do Olimpo e enterrado na Sicília) – golpes de Enceladus; posteriormente, passou a

atribuir-se a origem do fenómeno a ventos ou mares no interior da Terra;

Teorias neptunistas: colapso de cavernas subterrâneas;

Teorias vulcanistas: o fogo no interior da Terra como papel central – Aristóteles afirmou

que vapores subterrâneos circulavam devido a fogo e radiação solar, e quando se escapavam

para o exterior dava-se um sismo;

Somente após os inquéritos do Marquês de Pombal e o desenvolvimento da teoria da

elasticidade, passaram a justificar-se devido à propagação de ondas, faltando compreender o

processo de geração




Estátua representativa do gigante Enceladus

Modelo aristotélico do interior da Terra





Gravura ilustrativa da cidade de Lisboa após o terramoto de 1755




Só após as investigações do físico irlandês Robert Mallet e das extensasobservações da falha de Santo André na Califórnia (após o sismo de 1906) é quepassou a ser globalmente aceite a teoria da tectónica de placas.

Rotura superficial ao longo dafalha de San Andreas, naCalifórnia, durante o terramotode San Francisco de 1906



Origem dos Sismos – Teoria do Ressalto Elástico

Quando o material terrestre é sujeito a um nível de tensão que ultrapassa o seu limite elástico,verifica-se deformação permanente desse material. A cedência pode ocorrer de um modo dúctil(induzindo dobramento do material) ou por fractura frágil (provocando movimentação emfalhas). A segunda destas situações produz um sismo.

Assim, é necessário verificarem-se simultaneamente duas condições:

Deve existir algum tipo de movimento diferencial no material de modo a que a tensão sepossa acumular e ultrapassar o limite elástico do material;

O material tem de ceder por rotura frágil.

A única região da Terra onde verificam estas condições é na litosfera e por isso só nelaocorrem os temores de terra, particularmente onde as tensões estão concentradas junto dasfronteiras das placas.



A teoria do ressalto elástico foi estabelecida por H. F. Reid com base em estudos geodésicosque realizou após o sismo de 1906 em São Francisco, Califórnia, de um e do outro lado dosegmento da falha de Sto. André que sofreu rotura durante o sismo.

De acordo com a teoria do ressalto elástico, as forças tectónicas geradas em profundidadeproduzem o deslocamento muito lento das rochas da crosta em sentidos contrários de um dooutro lado da falha, conduzindo à deformação progressiva das rochas localizadas na área demovimentação diferencial. Á medida que a movimentação tectónica prossegue, a deformaçãodas rochas acentua-se e acumula-se energia potencial.

A tensão de cisalhamento que actua no plano de falha aumenta, mas o atrito entre os lábiosda falha impede deslocações na estrutura. Quando esta tensão atinge o valorcrítico, ultrapassando o atrito na zona da falha, dá-se uma movimentação brusca e as rochasnos dois lábios da falha ressaltam elasticamente, libertando energia sob a forma de calor e deondas elásticas, isto é, produz-se um sismo.




Fracturas na crosta terrestre

Quando, sob tensão, uma rocha atinge o ponto de ruptura, fractura-se. Existem dois tiposprincipais de fracturas:

Diaclases - quando há fractura mas não existe movimento apreciável entre os doisblocos.Falhas - quando a fractura é acompanhada de movimentação de um blocorelativamente ao outro, paralela ao plano de falha.



Tipos de Falhas

Normal

Inversa

Transcorrente



Hipocentros e Epicentros

Ainda que a geração de um sismo envolva o movimento numa superfície de muitosquilómetros quadrados de área (o plano da falha), quando observado a centenas oumilhares de quilómetros de distância, o sismo parece ter sido provocado por umafonte pontual.

O ponto de onde emanam as ondas sísmicas chama-se hipocentro ou foco e a sua projecção à superfície da Terra designa-se por epicentro. A distância entre o epicentro e o foco é a distância focal.



Como medir? → Sismógrafo

No estudo da sismologia, o sismógrafo é o aparelho que regista, com precisão e nitidez, as ondas sísmicas, ou seja, a medição da intensidade dos terramotos. O Instrumento detecta e mede as ondas sísmicas naturais ou induzidas e permite determinar, principalmente se organizado em rede de vários sismógrafos, a posição exacta do foco (hipocentro) dessas ondas e do ponto da sua chegada na superfície terrestre (epicentro) e quantificar a energia desses terramotos expressa na escala de Richter.



No ano 132, o chinês Chang Heng inventou o primeiro sismógrafo ("O Sismocóspio").

Este aparelho consistia numa bola de bronzesustentada por oito dragões que a seguravam com aboca. Quando ocorria um sismo, por menor quefosse, a boca do dragão abria e a bola caía na bocaaberta de um dos oitos sapos de metal que seencontrava em baixo.

Deste modo, determinava-se a direcção depropagação do sismo.A partir desta invenção foram-se desenvolvendo novasinvenções até chegar aos sismógrafos de hoje.



Sismógrafo

HorizontalVertical



No entanto, existem, também, sismógrafos electromagnéticos que respondem ao movimentorelativo entre um íman, que está solidário com o solo, e uma bobine de fio condutor enroladaem torno de uma massa inercial suspensa por uma pequena mola. Qualquer movimento dabobine no interior do campo magnético induz uma voltagem na bobine, proporcional à taxade variação do fluxo magnético. Durante a passagem da onda sísmica, a vibração do solorelativamente à bobine é transformada num sinal eléctrico que posteriormente é amplificadoe registado. Ao produzir-se o movimento do solo, gera-se corrente na bobina proporcional àvelocidade de movimento do solo.

Exemplos de sismógrafos

electromagnéticos



Sismogramas

O sismograma representa a conversão do sinal do sismógrafo para um registo temporal doevento sísmico. Nos primeiros tempos da sismologia moderna, o modo mais comum de obterdirectamente um registo visível utilizava um tambor que rodava a velocidade constante demolde a providenciar uma escala temporal no registo. A invenção dos sismógrafoselectromagnéticos permitiu a conversão do sinal sísmico em sinal eléctrico, o qual é registado.

Os sismógrafos modernos convertem o sinal eléctrico num sinal digital, o qual é registado emsuporte magnético. Para além dos registos digitais terem maior fiabilidade do que osanalógicos, apresentam como principal vantagem o facto de já estarem "prontos" para oprocessamento numérico por computador.

O sismograma de um sismo distante contém chegadas de numerosas ondas sísmicas queviajaram por vários percursos diferentes através da Terra desde a fonte até ao receptor. Devido aeste facto, o aspecto do sismograma costuma ser bastante complexo e a sua interpretaçãorequer considerável experiência. Cada trem de ondas que é registado no sismograma édesignado pelo termo de fase.



Sismogramas


Autor: Prof. João Braga18Distribuição de epicentros na crosta terrestre

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