Uma introdução sobre ondas sísmicas

Durante um terremoto, as rochas sob forte tensão, repentinamente são rompidas. Isso provoca vibrações na estrutura interna da Terra e liberação de grande quantidade de energia na forma de ondas sísmicas. No entanto, estas ondas não são geradas somente durante terremotos. Erupções vulcânicas, explosões ou mesmo deslizamento de terra geram as ondas sísmicas.

Afinal, o que são ondas sísmicas?

Onda sísmica é, simplesmente, o nome dado às ondas que viajam internamente pelo planeta ou sobre sua superfície como resultado de grandes eventos, como os terremotos.

Elas podem ser classificadas em dois grupos, a depender do meio em que se propagam. As ondas de volume que se propagam no interior da Terra e as ondas de superfície, que como o nome sugere, se propagam na superfície. Cada classificação agrupa ondas que possuem formatos, velocidades a naturezas distintas.

As ondas que se propagam internamente na Terra se apresentam em dois tipos:

• Ondas P, ou ondas de compressão, se propagam em líquidos e sólidos e são as que se propagam mais rapidamente pelo interior da Terra. São também as primeiras ondas a serem detectadas pelos sismógrafos (equipamento que registra os sismos);
• Ondas S possuem movimento cisalhante, o que significa que o solo é deslocado perpendicularmente à direcção de propagação, e se propagam apenas em sólidos, uma vez que fluidos não possuem resistência ao cisalhamento. As animações abaixo, mostram a forma como essas ondas são propagadas.

Já as ondas de superfície podem ser:

• Ondas de Love são ondas transversais que possuem um movimento essencialmente horizontal com a superfície. Este tipo de onda, move o chão de um lado para o outro em um plano horizontal. O tremor dessas ondas é particularmente danoso para as fundações das estruturas.

• Ondas de Rayleigh são as mais lentas de todos os tipos de ondas sísmicas e, em alguns aspectos, as mais complicadas. Elas são o resultado da interferência das ondas P e S. Sua vibração é contrária ao sentido de propagação da onda, realizando um movimento elíptico retrógrado.

A partir da análise dos sismogramas, os geólogos podem calcular a velocidade média das ondas P e S. Esse cálculo é feito pela divisão a distância percorrida pelo tempo da viagem. A medida da velocidade média dessas ondas pode ser usada para inferir a qualidade dos meios materiais que elas encontram ao longo dos seus percursos.

Na figura abaixo, um exemplo de um registro em um sismograma identificando o tempo de chegada de cada tipo de onda.

O que as ondas sísmicas podem nos dizer?

Estudos dos diferentes tipos de ondas sísmicas podem nos dizer muito sobre a natureza da estrutura da Terra. Por exemplo, os sismólogos podem usar a direção e a diferença dos tempos de chegada entre ondas P e as ondas S para determinar a distância até a fonte de um terremoto.

Os conceitos de tempo de viagem e o caminho das ondas mecânicas são bastante simples. No entanto, surgem complicações quando as ondas atravessam mais de um tipo de rocha ou material. Entre duas rochas diferentes, algumas ondas batem e voltam (isto é, são refletidas) e outras são parcialmente transmitidas (refratam). Quando as ondas cruzam a fronteira entre duas rochas elas sofrem um desvio, à medida que sua velocidade varia de uma rocha para outra.

Estudando o quão rápido as ondas viajam e como elas são refratadas e refletidas nas interfaces internas da Terra, os sismólogos foram capazes de medir a espessura das camadas da crosta, do manto e do núcleo com grande precisão.

Se a Terra fosse constituída de um só material com propriedades constantes da superfície ao centro, as ondas P e S viajariam do foco do tremor até um sismógrafo atravessando o interior ao longo de uma reta. Contudo, a primeira observação das ondas que se propagaram por longas distâncias no interior da Terra, mostrou que o caminho dessas ondas não eram uma reta, mas uma curva, como mostrado na figura a seguir.

O entendimento da natureza física das ondas sísmicas permitiu aos sismólogos uma melhor compreensão da estrutura interna da Terra. Hoje sabemos ser formada por uma crosta, manto, um núcleo líquido e um sólido. Permitiu também gerenciar melhor os riscos e impactos dos terremotos, ou mesmo localizar mais precisamente suas origens. As descobertas e técnicas em seus desdobramentos permitiu, entre outras coisas, a exploração de petróleo e gás. Na indústria, tremor de terra é gerado artificialmente pela explosão de dinamites ou mesmo caminhões que provocam tremores de terra chamado de Vibroseis. Mas essas são conversas que ficam para um próximo texto.

REFERÊNCIAS

Anderson DL. Theory of the Earth. Blackwell Publications, 1989.

Frank Press, Raymond Siever,‎ John Grotzinger, Thomas H. Jordan. Understand Earth. W.H.Freeman & Co Ltd; 4th, 2003.

Luc T Ikelle, Lasse Amundsen. Introduction to Petroleum Seismology (Investigations in Geophysics No. 12). 2005.