Sismologia: 9 fatos que você deve saber

O que é sismologia?

Sismologia é o estudo dos terremotos, sua devastação, causas e previsão. Além disso, leva a um estudo detalhado em termos de estrutura e imagens da terra. Como é impossível olhar diretamente para a terra. Então o método indireto é usado para saber sobre o planeta Terra e o que está acontecendo no fundo. Na sismologia, as ondas sísmicas carregam riqueza de informações quando atingem a superfície da Terra. As ondas sísmicas sendo de natureza mecânica dependem muito do meio através do qual se propagam. Assim, as propriedades físicas do meio podem ser extraídas. No local propriedades físicas é imensamente importante, pois a temperatura e a pressão afeta severamente essas medições indiretas.

Quem são os sismólogos?

Sismólogo

Aqueles que investigam estudos de sismologia relacionados a terremotos são “Sismólogo“. Pode ser associado à previsão de terremotos, compreensão da estrutura da terra usando sismograma, localização da origem do terremoto (epicentro e hipocentro), desenvolvimento de modelos de terra artificiais a partir da física das ondas sísmicas para imitar a terra real tanto quanto possível. Também envolve o estudo de terremotos anteriores para compreender o mecanismo do terremoto e para o sistema de alerta precoce se outro terremoto for iminente.

Sismômetro

Um instrumento é usado para movimentos terrestres, como causados ​​por terremotos, erupções vulcânicas e explosões.

Por que o terremoto acontece?

A parte litoférica da Terra é sustentada pela Astenosfera. A Ashtenosfera, em escala de tempo geológica, se arrasta, isto é, move-se muito lentamente, apesar de ser sólida (o interior da Terra é considerado sólido elástico, conforme evidenciado pelas ondas sísmicas). A placa litosférica assentada sobre ela sofre um movimento de retorno. À medida que os limites da placa são travados entre si, a placa em movimento força-os constantemente a se moverem. Um estágio é alcançado quando a placa sofre movimento superando o atrito uma contra a outra liberando a tensão armazenada. Este fenômeno é denominado terremoto. Assim, a energia é liberada na forma de ondas sísmicas e é registrada nos sismômetros.

O que são ondas sísmicas?

Terremoto ou qualquer vibração que ocorra dentro da terra atua como uma fonte de energia. A energia viaja por toda a Terra na forma de ondas. Essas ondas mecânicas são chamadas de ondas sísmicas. Eles se comportam de maneira diferente em várias partes da Terra e, portanto, são considerados propriedade característica do meio pelo qual viaja. Sempre que um terremoto acontece, ele irradia ondas com período que varia de um décimo de segundo a vários minutos. Dentro dessa faixa de período (ou frequência), as rochas se comportam como sólidos elásticos. Como os sólidos elásticos permitem uma variedade de ondas, tornando o movimento do solo bastante complexo depois que o evento ocorre.

Outra forma de representar o movimento do solo é em termos de modos normais. Depois de um grande terremoto, a terra toca como um 'sino'. O período de toque é identificável quando é grande, ou seja, maior que 40 segundos ou mais. A frequência mais baixa tem um período de cerca de uma hora.

Como a teoria da sismologia se desenvolveu?

Sempre que um terremoto acontece, ele emite ondas de frequência múltipla. A faixa de frequência de interesse permite que as rochas se comportem elasticamente. A propagação de ondas sonoras em mídia elástica é uma ciência comprovada e está além do escopo da presente discussão. A sismologia herdou esse conceito. Para o formalismo matemático, a mídia é considerada homogênea e isotrópica, por isso, às vezes, é cunhado o termo 'mídia simples' na Sismologia.

A onda que emana da fonte forma uma frente de onda esférica, desde que a fonte de perturbação seja uma fonte pontual (princípio de Huygen). No entanto, como a onda viaja a uma distância significativa, ela acaba se comportando como uma onda plana. A aproximação de onda plana é, portanto, usada para cálculos teóricos adicionais. Para simplificar, considerar um caminho de raio é conveniente e uma boa quantidade de cálculos teóricos foi realizada usando a teoria de raio.

A sismologia teórica é suficiente para entender a Terra?

Não. A sismologia teórica simplesmente nos ajuda a simplificar a propagação das ondas, transformando-se em física com regras bem conduzidas. No entanto, a observação é a essência. Uma aproximação simples não imita o interior da Terra. Conjuntos de dados observacionais são obtidos dos instrumentos e, em seguida, são combinados com os conjuntos de dados teóricos para as condições geológicas semelhantes. As avaliações são feitas nos dados teóricos e na física de fundo, a menos que coincidam com as observações em boa medida. Este ato de minimizar o erro é denominado otimização. Este tópico precisa de mais explicações em detalhes. A obtenção do parâmetro do modelo teórico a partir dos dados observados é chamada de inversão sismológica.

Como obter conjuntos de dados observacionais?

Na sismologia, colocamos sismômetro no solo. É um instrumento altamente sensível que mede a dependência do deslocamento do solo no tempo. No entanto, não é tão direto quanto parece. O princípio básico está na 'inércia'. A massa é fixada verticalmente à mola e é alojada em uma estrutura em forma de gaiola que é mantida no solo. Por causa da vibração, começa o movimento diferencial entre a massa suspensa e a gaiola.

Isso, por sua vez, percebe o movimento que pode ser posteriormente interpretado quantitativamente. O instrumento utilizado é denominado sismômetro. Hoje em dia, os sismômetros digitais já existem. Os dados registrados são chamados de sismograma. Um sismograma típico registra vibrações em três direções. Componente leste-oeste, norte-sul e vertical são as direções de vibração.

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Sismologia: Sismograma
Crédito da imagem: anônimo, Sismograma, marcado como domínio público

Tipos de ondas sísmicas

As ondas sísmicas são amplamente divididas em

  1. Ondas do corpo
  2. Onda de superfície.

Onda corporal

A onda corporal surge devido à força corporal, este é um campo de força de volume dado por \\int \\int \\int f dv, onde f é a força por unidade de volume atuando em um volume infinitesimal.

As ondas corporais são divididas em:

Ondas primárias / ondas P: essas ondas viajam por deslocamentos elásticos no meio. Eles viajam por compressões e rarefações das partículas do meio elástico na direção da propagação das ondas. Isso o torna de natureza longitudinal. Desta forma, as partículas do meio sofrem movimento harmônico simples e a onda sísmica é transmitida como um conjunto complexo de movimentos de onda. Isso ajuda a entender o comportamento sismológico da onda, pois ela pode ser colocada em formulações matemáticas.

As ondas primárias são as ondas mais rápidas até agora e atingem primeiro a superfície terrestre. No sismograma, a primeira chegada é a onda P. Como o meio particulado vibra na mesma direção da propagação das ondas, as ondas P são identificadas principalmente na componente vertical do sismograma. A velocidade da onda P é dada por \\sqrt{\\frac{\\lambda + 2\\mu }{\\rho }}. \\ lambda e \\mu são o parâmetro elástico (chamado parâmetro de Lame) que controla a velocidade. \\rho é a densidade.

Impulsão de compressão Onde 1d 30 petit
Crédito da imagem: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Impulsão de compressão Onde 1d 30 petitCC BY-SA 3.0

Ondas secundárias / onda S: A partir da própria fonte de energia, produz-se outro tipo de perturbação que desloca a partícula na direção perpendicular ao movimento da onda. Isso os torna de natureza transversal. O movimento transversal das partículas leva à distorção de cisalhamento no meio. Essas ondas são isovolumétricas, o que significa que o volume de uma determinada unidade permanece inalterado durante a propagação da onda. A velocidade da onda cisalhante é dada por \\sqrt{\\frac{\\mu }{\\rho }} . O único parâmetro elástico que controla a velocidade da onda de cisalhamento é o módulo de cisalhamento.

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Crédito da imagem: Christophe Dang Ngoc Chan (cdang), Onde impulsão de cisaillement 1d 30 petitCC BY-SA 3.0

A imagem superior representa a onda S, onde o movimento das partículas é perpendicular à propagação da onda, enquanto a imagem inferior é a onda P, onde o movimento das partículas é para frente e para trás na direção da propagação da onda. Uma das principais diferenças entre a onda P e S é que a onda P pode viajar em todos os meios, como sólido, líquido e gás, enquanto a onda de cisalhamento não pode viajar em fluido. Assim, no núcleo externo da Terra, a onda S não está presente em lugar nenhum. Apenas a onda P existe.

Ondas de superfície:

As ondas de superfície são a manifestação das ondas do corpo. Eles são como ondulações no corpo d'água formadas quando pedras são atiradas. Sua origem é considerada como sendo da força superficial, representada por onde f é a força atuando por unidade de área.

Tipos de onda de superfície:

As ondas de superfície são divididas em:

Onda Rayleigh:

Surge da superposição da onda P com a componente vertical da onda S, ou seja, onda SV. Como P e SV são polarizados na direção perpendicular um em relação ao outro. Sua superposição leva à polarização elíptica da onda de Rayleigh.

Onda Rayleigh em meio-espaço uniforme: Em meio-espaço uniforme, as ondas Rayleigh são não-dispersivas por natureza. No entanto, na realidade, o meio em si não é uniforme, resultando na natureza dispersiva da onda de Rayleigh.

Onda Rayleigh
Crédito da imagem: Uploaders: WoudloperRelógio estelarOnda Rayleigh, marcado como domínio público, mais detalhes sobre Wikimedia Commons

O que é dispersão?

A dispersão se refere à dependência da velocidade com a freqüência. Isso significa que ondas com frequências diferentes viajam com velocidades diferentes. Como as ondas sísmicas que emanam da fonte contém todo o componente de frequência variando de 0.001 Hz a 100 Hz.

Esta é uma ampla faixa de frequência que transporta uma grande quantidade de informações sobre a estrutura da superfície ao centro da Terra. Como a frequência é inversamente proporcional ao período de tempo. Parte da onda com baixa frequência terá período alto e consequentemente maior profundidade de penetração e vice-versa. Além disso, a onda com maior período de tempo será sensível à estrutura do mesmo tamanho. Portanto, se estamos interessados ​​em obter imagens da estrutura maior dentro da Terra, devemos escolher a forma de onda com período mais alto. Para imagens de camada fina, ondas com período inferior (frequência mais alta) devem ser escolhidas.

Onda de amor :

É a superposição da componente horizontal das ondas de cisalhamento, ou seja, SH. Ela surge na condição em que a onda de cisalhamento fica presa em uma camada cuja velocidade é maior do que a superfície livre (superfície superior) e menor do que as do meio-espaço semi-infinito. Nesse caso, ondas SH superpostas que foram refletidas em um ângulo supercrítico interferem construtivamente para formar ondas de amor. As ondas do amor viajam horizontalmente. Eles são muito destrutivos.

Propagação de onda
Crédito da imagem: NicoguaroOnda de amorCC BY 4.0

O que é a atenuação da onda sísmica?

Durante a transmissão dentro da terra, a onda sísmica é atenuada de várias maneiras.

Espalhamento geométrico:

Conforme a onda se propaga para longe da fonte, a energia se espalha por uma área de superfície maior, de modo que a quantidade de energia por unidade de área continua diminuindo. É universal com todos os tipos de ondas.

A onda do corpo e a onda da superfície se atenuam igualmente?

Não, na propagação geométrica, a onda do corpo atenua como enquanto as ondas de superfície atenuam como.

2. Atenuação anelástica:

Na realidade, a Terra não é perfeitamente elástica para a propagação de ondas sísmicas. O componente anelástico leva à absorção de ondas sísmicas até certo ponto, isso é chamado de atenuação anelástica.

Natureza dispersiva das ondas sísmicas:

As ondas corporais são de natureza não dispersiva. Considerando que as ondas de superfície são dispersivas sob certas condições. As ondas de Rayleigh ao passar por um meio homogêneo são não dispersivas. Enquanto as ondas do amor são inerentemente dispersivas. A dispersão das ondas de superfície desempenha um papel fundamental na compreensão da estrutura terrestre. Ondas com período mais alto (frequência mais baixa) viajam mais rápido e viajam mais fundo na Terra e vice-versa. Isso é verdadeiro para a dispersão normal. No entanto, em alguns casos acontece o contrário. Nessas ondas com período mais curto viaja mais rápido e atinge o sensor antes das ondas de longo período.

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