Sismologia - Seismology

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Seismology ( / s z m ɒ l ə i / ; de grego antigo σεισμός ( seismós ) significa "tremor de terra" e -λογία ( -logia ) significa "estudo de") é o estudo científico de tremores de terra e a propagação de elástica ondas através da Terra ou através de outros corpos semelhantes a planetas. O campo também inclui estudos de efeitos ambientais de terremotos , como tsunamis , bem como diversas fontes sísmicas , como processos vulcânicos, tectônicos, glaciais, fluviais, oceânicos, atmosféricos e artificiais, como explosões. Um campo relacionado que usa a geologia para inferir informações sobre terremotos anteriores é a paleoseismologia . Uma gravação do movimento da Terra em função do tempo é chamada de sismograma . Um sismólogo é um cientista que faz pesquisas em sismologia.

História

O interesse acadêmico por terremotos pode ser rastreado desde a antiguidade. As primeiras especulações sobre as causas naturais dos terremotos foram incluídas nos escritos de Tales de Mileto (c. 585 aC), Anaxímenes de Mileto (c. 550 aC), Aristóteles (c. 340 aC) e Zhang Heng (132 dC).

Em 132 dC, Zhang Heng, da dinastia Han da China, projetou o primeiro sismoscópio conhecido .

No século 17, Athanasius Kircher argumentou que os terremotos eram causados ​​pelo movimento do fogo dentro de um sistema de canais dentro da Terra. Martin Lister (1638 a 1712) e Nicolas Lemery (1645 a 1715) propuseram que os terremotos foram causados ​​por explosões químicas dentro da terra.

O terremoto de Lisboa de 1755 , coincidindo com o florescimento geral da ciência na Europa, pôs em movimento intensas tentativas científicas de compreender o comportamento e a causa dos terremotos. As primeiras respostas incluem trabalhos de John Bevis (1757) e John Michell (1761). Michell determinou que os terremotos se originam dentro da Terra e eram ondas de movimento causadas pela "mudança de massas de rocha milhas abaixo da superfície".

A partir de 1857, Robert Mallet lançou as bases da sismologia instrumental e realizou experimentos sismológicos usando explosivos. Ele também é responsável por cunhar a palavra "sismologia".

Em 1897, os cálculos teóricos de Emil Wiechert o levaram a concluir que o interior da Terra consiste em um manto de silicatos, envolvendo um núcleo de ferro.

Em 1906, Richard Dixon Oldham identificou a chegada separada de ondas P, ondas S e ondas de superfície em sismogramas e encontrou a primeira evidência clara de que a Terra tem um núcleo central.

Em 1909, Andrija Mohorovičić , um dos fundadores da sismologia moderna, descobriu e definiu a descontinuidade de Mohorovičić . Normalmente referido como o "Moho descontinuidade" ou a "Moho," é a fronteira entre a Terra 's crosta eo manto . É definido pela mudança distinta na velocidade das ondas sismológicas à medida que passam pelas mudanças nas densidades das rochas.

Em 1910, depois de estudar o terremoto de São Francisco de abril de 1906 , Harry Fielding Reid apresentou a " teoria do rebote elástico ", que continua sendo a base para os estudos tectônicos modernos. O desenvolvimento desta teoria dependeu do progresso considerável de fluxos de trabalho independentes anteriores sobre o comportamento de materiais elásticos e em matemática.

Em 1926, Harold Jeffreys foi o primeiro a afirmar, com base em seu estudo das ondas sísmicas, que abaixo do manto, o núcleo da Terra é líquido.

Em 1937, Inge Lehmann determinou que dentro do núcleo externo líquido da Terra existe um núcleo interno sólido .

Na década de 1960, as ciências da Terra haviam se desenvolvido a tal ponto que uma teoria abrangente da causação de eventos sísmicos e movimentos geodésicos se reuniu na agora bem estabelecida teoria das placas tectônicas .

Tipos de onda sísmica

Três linhas com freqüentes excursões verticais.
Registros do sismograma mostrando os três componentes do movimento do solo. A linha vermelha marca a primeira chegada das ondas P; a linha verde, a chegada posterior das ondas S.

As ondas sísmicas são ondas elásticas que se propagam em materiais sólidos ou fluidos. Eles podem ser divididos em ondas corporais que viajam pelo interior dos materiais; ondas de superfície que viajam ao longo de superfícies ou interfaces entre materiais; e modos normais , uma forma de onda estacionária.

Ondas do corpo

Existem dois tipos de ondas corporais: ondas de pressão ou ondas primárias (ondas P) e ondas de cisalhamento ou secundárias (ondas S ). As ondas P são ondas longitudinais que envolvem compressão e expansão na direção em que a onda está se movendo e são sempre as primeiras ondas a aparecerem em um sismograma, pois são as ondas que se movem mais rapidamente através de sólidos. As ondas S são ondas transversais que se movem perpendicularmente à direção de propagação. As ondas S são mais lentas do que as ondas P. Portanto, elas aparecem depois das ondas P em um sismograma. Os fluidos não podem suportar ondas elásticas transversais devido à sua baixa resistência ao cisalhamento, então as ondas S viajam apenas em sólidos.

Ondas de superfície

As ondas de superfície são o resultado de ondas P e S interagindo com a superfície da Terra. Essas ondas são dispersivas , o que significa que frequências diferentes têm velocidades diferentes. Os dois principais tipos de ondas de superfície são ondas de Rayleigh , que têm movimentos de compressão e cisalhamento, e ondas de amor , que são puramente de cisalhamento. As ondas Rayleigh resultam da interação das ondas P e das ondas S polarizadas verticalmente com a superfície e podem existir em qualquer meio sólido. As ondas de amor são formadas por ondas S polarizadas horizontalmente interagindo com a superfície, e só podem existir se houver uma mudança nas propriedades elásticas com a profundidade em um meio sólido, o que é sempre o caso em aplicações sismológicas. As ondas de superfície viajam mais lentamente do que as ondas P e as ondas S porque são o resultado dessas ondas que viajam por caminhos indiretos para interagir com a superfície da Terra. Porque eles viajam ao longo da superfície da Terra, sua energia decai menos rapidamente do que as ondas do corpo (1 / distância 2 vs. 1 / distância 3 ) e, portanto, o tremor causado pelas ondas de superfície é geralmente mais forte do que as ondas do corpo, e o ondas de superfície primárias são freqüentemente, portanto, os maiores sinais em sismogramas de terremotos. As ondas de superfície são fortemente excitadas quando sua fonte está próxima à superfície, como em um terremoto raso ou uma explosão próxima à superfície, e são muito mais fracas para fontes de terremotos profundos.

Modos normais

As ondas do corpo e da superfície são ondas viajantes; entretanto, grandes terremotos também podem fazer toda a Terra "ressoar" como um sino ressonante. Esse toque é uma mistura de modos normais com frequências discretas e períodos de aproximadamente uma hora ou menos. O movimento em modo normal causado por um terremoto muito grande pode ser observado por até um mês após o evento. As primeiras observações dos modos normais foram feitas na década de 1960, quando o advento de instrumentos de alta fidelidade coincidiu com dois dos maiores terremotos do século 20, o terremoto Valdivia de 1960 e o terremoto de 1964 no Alasca . Desde então, os modos normais da Terra nos deram algumas das restrições mais fortes na estrutura profunda da Terra.

Terremotos

Uma das primeiras tentativas de estudo científico dos terramotos seguiu-se ao terramoto de 1755 em Lisboa. Outros terremotos notáveis ​​que estimularam avanços importantes na ciência da sismologia incluem o terremoto Basilicata de 1857 , o terremoto de San Francisco de 1906, o terremoto de 1964 no Alasca, o terremoto de Sumatra-Andaman de 2004 e o terremoto de Grande Leste do Japão em 2011 .

Fontes sísmicas controladas

Ondas sísmicas produzidas por explosões ou fontes vibratórias controladas são um dos principais métodos de exploração subterrânea em geofísica (além de muitos métodos eletromagnéticos diferentes , como polarização induzida e magnetotelúrica ). A sismologia de fonte controlada tem sido usada para mapear cúpulas de sal , anticlinais e outras armadilhas geológicas em rochas contendo petróleo , falhas , tipos de rocha e crateras de meteoros gigantes há muito enterradas . Por exemplo, a cratera Chicxulub , que foi causada por um impacto implicado na extinção dos dinossauros , foi localizada na América Central por meio da análise de material ejetado na fronteira Cretáceo-Paleógeno e, em seguida, comprovada fisicamente por meio de mapas sísmicos de petróleo exploração .

Detecção de ondas sísmicas

Instalação de uma estação sísmica temporária, planalto do norte da Islândia.

Sismômetros são sensores que detectam e registram o movimento da Terra decorrente de ondas elásticas. Sismômetros podem ser implantados na superfície da Terra, em abóbadas rasas, em furos de sondagem ou debaixo d'água . Um pacote completo de instrumentos que registra sinais sísmicos é chamado de sismógrafo . As redes de sismógrafos registram continuamente os movimentos do solo em todo o mundo para facilitar o monitoramento e a análise de terremotos globais e outras fontes de atividade sísmica. A localização rápida de terremotos torna possíveis os avisos de tsunami porque as ondas sísmicas viajam consideravelmente mais rápido do que as ondas do tsunami. Os sismômetros também registram sinais de fontes não terremoto que vão desde explosões (nucleares e químicas), a ruído local de vento ou atividades antropogênicas, a sinais incessantes gerados no fundo do oceano e costas induzidos por ondas do oceano (o microssismo global ), a eventos criosféricos associada a grandes icebergs e geleiras. Ataques de meteoros acima do oceano com energias tão altas quanto 4,2 × 10 13 J (equivalente ao lançado por uma explosão de dez quilotons de TNT) foram registrados por sismógrafos, assim como uma série de acidentes industriais e bombas terroristas e eventos (um campo de estudo referido como sismologia forense ). Uma das principais motivações de longo prazo para o monitoramento sismográfico global tem sido a detecção e o estudo de testes nucleares .

Mapeando o interior da Terra

Diagrama com camadas concêntricas e caminhos curvos
Velocidades sísmicas e limites no interior da Terra amostrados por ondas sísmicas

Como as ondas sísmicas comumente se propagam com eficiência à medida que interagem com a estrutura interna da Terra, elas fornecem métodos não invasivos de alta resolução para estudar o interior do planeta. Uma das primeiras descobertas importantes (sugerida por Richard Dixon Oldham em 1906 e definitivamente mostrada por Harold Jeffreys em 1926) foi que o núcleo externo da Terra é líquido. Como as ondas S não passam por líquidos, o núcleo do líquido causa uma "sombra" no lado do planeta oposto ao terremoto, onde nenhuma onda S direta é observada. Além disso, as ondas P viajam muito mais lentamente através do núcleo externo do que o manto.

Processando leituras de muitos sismômetros usando tomografia sísmica , os sismólogos mapearam o manto da Terra com uma resolução de várias centenas de quilômetros. Isso permitiu que os cientistas identificassem células de convecção e outras características de grande escala, como as grandes províncias de baixa velocidade de cisalhamento perto do limite núcleo-manto .

Sismologia e sociedade

Previsão de terremoto

A previsão de um tempo provável, localização, magnitude e outras características importantes de um evento sísmico futuro é chamada de previsão de terremoto . Várias tentativas foram feitas por sismólogos e outros para criar sistemas eficazes para previsões precisas de terremotos, incluindo o método VAN . A maioria dos sismólogos não acredita que um sistema para fornecer avisos oportunos para terremotos individuais já tenha sido desenvolvido, e muitos acreditam que tal sistema provavelmente não forneceria avisos úteis sobre eventos sísmicos iminentes. No entanto, previsões mais gerais prevêem rotineiramente o perigo sísmico . Essas previsões estimam a probabilidade de um terremoto de um tamanho específico afetar um determinado local dentro de um determinado período de tempo e são usadas rotineiramente na engenharia de terremotos .

A controvérsia pública sobre a previsão do terremoto surgiu depois que as autoridades italianas indiciaram seis sismólogos e um funcionário do governo por homicídio culposo em conexão com um terremoto de magnitude 6,3 em L'Aquila, Itália, em 5 de abril de 2009 . A acusação foi amplamente percebida como uma acusação por não ter previsto o terremoto e foi condenada pela Associação Americana para o Avanço da Ciência e pela União Geofísica Americana . A acusação afirma que, em uma reunião especial em L'Aquila na semana anterior ao terremoto, cientistas e autoridades estavam mais interessados ​​em pacificar a população do que em fornecer informações adequadas sobre o risco e a preparação para o terremoto.

Sismologia de Engenharia

Sismologia de engenharia é o estudo e aplicação da sismologia para fins de engenharia. É geralmente aplicado ao ramo da sismologia que trata da avaliação do risco sísmico de um local ou região para fins de engenharia sísmica. É, portanto, um elo entre as ciências da terra e a engenharia civil . Existem dois componentes principais da sismologia de engenharia. Em primeiro lugar, estudar a história dos terremotos (por exemplo, catálogos históricos e instrumentais de sismicidade) e tectônica para avaliar os terremotos que podem ocorrer em uma região e suas características e frequência de ocorrência. Em segundo lugar, estudar os fortes movimentos do solo gerados por terremotos para avaliar o tremor esperado de futuros terremotos com características semelhantes. Esses movimentos fortes do solo podem ser observações de acelerômetros ou sismômetros ou simulados por computadores usando várias técnicas, que são frequentemente usadas para desenvolver equações de previsão de movimento do solo (ou modelos de movimento do solo) [1] .

Ferramentas

Os instrumentos sismológicos podem gerar grandes quantidades de dados. Os sistemas para processamento de tais dados incluem:

Sismologistas notáveis

Veja também

Notas

Referências

links externos