Microssísmo - Microseism

Na sismologia , um microssísmo é definido como um leve tremor de terra causado por fenômenos naturais. Às vezes referido como "zumbido", não deve ser confundido com o fenômeno acústico anômalo de mesmo nome . O termo é mais comumente usado para se referir aos sinais de ruído sísmico e eletromagnético de fundo dominantes na Terra, que são causados ​​por ondas de água nos oceanos e lagos. As características do microssísmo são discutidas por Bhatt. Como as oscilações das ondas do mar são estatisticamente homogêneas ao longo de várias horas, o sinal do microssísmo é uma longa oscilação contínua do solo. As ondas sísmicas mais energéticas que compõem o campo microssísmico são as ondas de Rayleigh , mas as ondas de amor podem constituir uma fração significativa do campo de onda e as ondas corporais também são facilmente detectadas com matrizes. Como a conversão das ondas do oceano em ondas sísmicas é muito fraca, a amplitude dos movimentos do solo associados aos microssismos geralmente não excede 10 micrômetros.

Detecção e características

Os microssismos são muito bem detectados e medidos por meio de um sismógrafo de banda larga , podendo ser registrados em qualquer lugar da Terra.

Função de densidade de probabilidade de densidade espectral de potência (escala de cores à direita) para 20 anos de dados de velocidade sísmica de componente vertical contínuo registrados em Albuquerque, Novo México pela estação ANMO do IRIS Consortium / USGS Global.Seismographic Network. Os limites alto e baixo são limites de ruído representativos para sismógrafos implantados em todo o mundo. As linhas sólidas e tracejadas indicam a mediana e a moda da função de densidade de probabilidade, respectivamente.

Os sinais de microssísmo dominantes dos oceanos estão ligados a períodos característicos de ondas do oceano e, portanto, ocorrem entre aproximadamente 4 a 30 segundos. O ruído microssísmico geralmente exibe dois picos predominantes. O mais fraco é para os períodos maiores, normalmente perto de 16 s, e pode ser explicado pelo efeito das ondas de gravidade superficial em águas rasas. Esses microssismos têm o mesmo período das ondas de água que os geram e são normalmente chamados de 'microssismos primários'. O pico mais forte, por períodos mais curtos, também se deve às ondas de gravidade da superfície na água, mas surge da interação de ondas com frequências quase iguais, mas em direções quase opostas (os clapotis ). Esses tremores têm um período que é a metade do período das ondas de água e geralmente são chamados de 'microssismos secundários'. Uma excitação incessante, leve, mas detectável, das oscilações livres da Terra, ou modos normais , com períodos na faixa de 30 a 1000 s, e é freqüentemente chamada de "zumbido da Terra". Para períodos de até 300 s, o deslocamento vertical corresponde às ondas de Rayleigh geradas como os microssismos primários, com a diferença de que envolve a interação das ondas de infragravidade com a topografia do fundo do oceano. As fontes dominantes desse componente de zumbido vertical estão provavelmente localizadas ao longo da quebra da plataforma, a região de transição entre as plataformas continentais e as planícies abissais.

Como resultado, do curto período de 'microssismos secundários' ao longo período 'zumbido', esse ruído sísmico contém informações sobre o estado do mar . Ele pode ser usado para estimar as propriedades das ondas do mar e sua variação, em escalas de tempo de eventos individuais (algumas horas a alguns dias) para sua evolução sazonal ou multi-decadal. Usar esses sinais, no entanto, requer uma compreensão básica dos processos de geração de microssismos.

Geração de microssismos primários

Os detalhes do mecanismo primário foram dados pela primeira vez por Klaus Hasselmann , com uma expressão simples da fonte do microseísmo no caso particular de um fundo inclinado constante. Acontece que essa inclinação constante precisa ser bastante grande (cerca de 5% ou mais) para explicar as amplitudes do microssísmo observadas, e isso não é realista. Em vez disso, as características topográficas de fundo de pequena escala não precisam ser tão íngremes, e a geração de microssismos primários é mais provavelmente um caso particular de um processo de interação onda-onda no qual uma onda é fixada, o fundo. Para visualizar o que acontece, é mais fácil estudar a propagação das ondas sobre uma topografia de fundo sinusoidal. Isso se generaliza facilmente para a topografia de fundo com oscilações em torno de uma profundidade média.

Interferência das ondas do mar com topografia de fundo fixa. Aqui, ondas com período de 12 s interagem com ondulações de fundo de comprimento de onda de 205 m e amplitude de 20 m em uma profundidade média de água de 100 m. Essas condições dão origem a um padrão de pressão no fundo que viaja muito mais rápido do que as ondas do oceano, e na direção das ondas se seu comprimento de onda L 1 for menor do que o comprimento de onda L 2 , ou na direção oposta se seu comprimento de onda for mais, que é o caso aqui. O movimento é exatamente periódico no tempo, com o período das ondas do mar. O grande comprimento de onda na pressão inferior é 1 / (1 / L 1 - 1 / L 2 ).

Para um fundo real, de amplo espectro, são geradas ondas sísmicas com todos os comprimentos de onda e em todas as direções.

Geração de microssismos secundários

A interação de dois trens de ondas de superfície de diferentes frequências e direções gera grupos de ondas . Para ondas que se propagam quase na mesma direção, isso dá os conjuntos usuais de ondas que viajam na velocidade do grupo, que é mais lenta do que a velocidade de fase das ondas de água (veja a animação). Para ondas oceânicas típicas com um período em torno de 10 segundos, a velocidade desse grupo é próxima a 10 m / s.

No caso de direção de propagação oposta, os grupos viajam a uma velocidade muito maior, que agora é 2π ( f 1 + f 2 ) / ( k 1 - k 2 ) com k 1 e k 2 os números de onda das ondas de água em interação.

Grupos de ondas gerados por ondas com as mesmas direções. A curva azul é a soma do vermelho e do preto. Na animação, observe as cristas com os pontos vermelhos e pretos. Essas cristas se movem com a velocidade de fase das ondas lineares de água , e os grupos de ondas grandes se propagam mais lentamente ( animação )

Para trens de ondas com uma diferença muito pequena na frequência (e, portanto, números de onda), esse padrão de grupos de ondas pode ter a mesma velocidade das ondas sísmicas, entre 1.500 e 3.000 m / s, e excitará modos sísmicos-acústicos que se irradiam.

Grupos de ondas gerados por ondas com direções opostas. A curva azul é a soma do vermelho e do preto. Na animação, observe as cristas com os pontos vermelhos e pretos. Essas cristas se movem com a velocidade de fase das ondas lineares de água , mas os grupos se propagam muito mais rápido ( animação )

No que diz respeito às ondas sísmicas e acústicas, o movimento das ondas do mar em águas profundas é, na ordem principal , equivalente a uma pressão aplicada na superfície do mar. Essa pressão é quase igual à densidade da água vezes a velocidade orbital da onda ao quadrado. Por causa desse quadrado, não é a amplitude dos trens de ondas individuais que importa (linhas vermelhas e pretas nas figuras), mas a amplitude da soma, os grupos de ondas (linha azul nas figuras).

Ondas oceânicas reais são compostas por um número infinito de trens de ondas e sempre há alguma energia se propagando na direção oposta. Além disso, como as ondas sísmicas são muito mais rápidas do que as ondas de água, a fonte do ruído sísmico é isotrópica: a mesma quantidade de energia é irradiada em todas as direções. Na prática, a fonte de energia sísmica é mais forte quando há uma quantidade significativa de energia das ondas viajando em direções opostas. Isso ocorre quando o swell de uma tempestade encontra ondas com o mesmo período de outra tempestade, ou próximo à costa devido à reflexão costeira.

Dependendo do contexto geológico, o ruído registrado por uma estação sísmica em terra pode ser representativo do estado do mar próximo à estação (dentro de algumas centenas de quilômetros, por exemplo, na Califórnia central) ou em uma bacia oceânica completa (por exemplo, no Havaí ) Para entender as propriedades do ruído, é necessário entender a propagação das ondas sísmicas.

As ondas de Rayleigh constituem a maior parte do campo microssísmico secundário. Tanto a água quanto as partículas sólidas da Terra são deslocadas pelas ondas à medida que se propagam, e a camada de água desempenha um papel muito importante na definição da velocidade, velocidade do grupo e transferência de energia das ondas de superfície para as ondas de Rayleigh. A geração de ondas de amor do microssísmo secundário envolve a conversão de modo por batimetria não planar e, internamente, por homogeneidade de velocidade de onda sísmica dentro da Terra.

Veja também

Referências

Fontes