Universidade de São Paulo
Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas
Departamento de Geofísica
O terremoto da Sumatra
e o tsunami de 26.12.2004
Placa Indo-Australiana e os terremotos da Sumatra
5 cm/ano
15 m / 300 anos
NEIC-USGS
terremotos de 26 e 27/12/2004
1833 (M9), 1861 (M8,5):
tsunami ~10m
1881 (M7,9):
tsunami < 1m na Índia
Pensava-se que o maior
perigo era na parte sul
(parte central da
Sumatra)
(Lay et al., Science, 2005)
“Ninguém que conhecesse a geologia e história do arco
de Sumatra/Andaman poderia ter previsto a magnitude
do terremoto e sua complexidade”
(Roger Bilham, Science, 2005)
~40 anos ANTES
1 mês APÓS (“réplicas”)
Tensão acumulada na parte rasa da subducção?
11 maiores terremotos desde 1900 (M>8,5)
Chile 1960 M=9,5
Liberação de Momento Sísmico = últimos 10 anos
(Lay et al., Science, 2005)
Terremoto de M 9,0 da
Sumatra-Nicobar-Andaman
~1300km de ruptura
deslizamento de
até 15 m
durando ~10 minutos
ruptura no primeiro minuto (M ~8)
epicentro = início da ruptura
NEIC-USGS
onda P, ~1Hz
envoltória
Efeito Doppler
Norte
Sul
Norte
Ammon et al., Science, 2005
Modelo numérico da ruptura
(usando 3 min da onda P e 4 min da SH)
Chen Ji,
Caltech
Momento Sísmico (Mo) e Magnitude Mw
Área da ruptura = A = L W
Momento Sísmico Mo = µ A d (N.m)
L (100-1000km)
d
módulo de rigidez
deslocamento médio na falha
d ~ A1/2
A
Mo ~ A3/2
W (50-100km)
Energia ~ A3/2
amplitude sísmica (λ > L) ~ A
Magnitude Mw = 2/3 log Mo - 6,05
Modelo de propagação
da ruptura
3 min
frente de ruptura
2 min
1 min
d = 10 m
Mo = 4 x 1022 Nm
Mw = 9,0 (Harvard CMT)
(Chen Ji, Caltech)
Relações com a Magnitude
Aumentando-se uma unidade de magnitude (e.g., de 8 a 9):
Área A aumenta 10 x
Mo e Energia sísmica aumentam 30 x
Energia do tsunami
h
energia ~ ½ ρ g h2 . A
h ~d
d
Energia ~ A2
A
~ 100 x
Muito dependente da inclinação
e profundidade da falha !!
Modelo de elevação da superfície, h
h
d
Bilham et al., SRL, 2005
Deslocamento do fundo do mar
até 5 m p/ cima
2 m p/ baixo
(Chen Ji, Caltech, January 2005)
até 11 m na horizontal
ondas de superfície
Primeiras ondas
chegam em 16min
(ondas P, o som
dentro da Terra)
Rayleigh
Onda sísmica propagando-se pela parte sólida da Terra
ondas de superfície Rayleigh, período 200s
2 mm
1 mm
P
1h
2 horas
3h
4h
5h
Ondas Rayleigh, período 200s
2 mm
1 mm
1h
2 horas
R1
3h
4h
5h
R3
R2
R4
Evolução da ruptura modelada com ondas P, S, Rayleigh (R1,R2)
períodos de 20s a 2000s )
ruptura ~2,5 km/s
Model III
Magnitude Mw = 9,1
(Mo = 6,5x1022 Nm)
Ondas sísmicas: pouco
deslocamento na parte norte!
epicentro
Model II
(Ammon et al., Science, 2005)
ressonâncias da Terra: modos de oscilação livre
Estação Canberra, Australia: 10 dias, comp. vertical
Acoplamento dos
modos Toroidal/
Esferoidal
observado pela
1ª. vez em
T > 15min
(Park et al., Science 2005)
Amplitude espectral de vibrações da Terra
Estação no Polo Sul
20 min
26 min
Mw=9,1
Mw=9,0
Mw=9,0 (CMT, Harvard) ondas de até 300s
Mw=9,1 (Ammon) ondas de até 2000s
(Park et al., Science 2005)
Modo esferoidal de 54 minutos
54 min
Estação SCSN, California
Mo = 2,6 x 4,0.1022
Mw = 9,3 !
(Park et al., Science 2005; Stein & Okal, Nature 2005)
deslocamento d na falha A causa deformação
vertical (h) e horizontal (x) na superfície
h
h
x
x
d
A
Bilham et al., SRL, 2005
rede permanente de GPS
co-sísmico: 5 dias depois – 5 dias antes
(Banerjee et al., Science, 2005)
GPS: medidas de
campo nas Ilhas
Andaman e Nicobar
modelo
medido
Deslocamento medido
por GPS também é
grande na parte norte
(Andaman) !
deslocamento médio
na falha > 5m
Mw ~9,2
(Banerjee et al., Science, 2005)
Geração do tsunami
contato preso por atrito
acúmulo de tensão
NOAA
Deformação aumenta lentamente durante séculos
tensão aumenta
NOAA
o fundo oceânico levanta a coluna de água
excesso de água se espalha em ondas
NOAA
arrebentação
propagação
Vel= g h
600–800 km/h
geração
Decifrando a Terra, Cap. 3 (baseado em Gonzalez, Sci.Am., 1999)
Modelo de
propagação do
tsunami
(Sataki, NOAA)
90 minutos após o terremoto
Velocidade e
amplitude da
onda depende
da topografia
do fundo
oceânico
Sri Lanka,
praia Kulatara
Banda Aceh,
Norte da Sumatra
área costeira abaixa, mar avança.
Banda Aceh,
Norte da Sumatra
depois
antes
Imagem Ikonos
Praia de Kulatara, SW Sri Lanka
Digital Globe
antes do tsunami
Durante o tsunami, logo após a primeira inundação
Digital Globe
Praia de Kulatara, SW Sri Lanka
Digital Globe
antes do tsunami
Durante o tsunami, logo após a primeira inundação
Digital Globe
Mar recuando quase 400 m
água
drenando de
volta
Digital Globe
Cálculo das amplitudes máximas do tsunami
(NOAA)
Cuidados em caso de um tsunami
(recomendações da NOAA-USA)
• depois do terremoto, respeitar os sinais da
natureza e avisos das autoridades.
• ir para local em terreno alto, e ficar lá.
• ir para andares superiores de prédio alto, ou
para o telhado.
• subir numa árvore.
• pode haver várias ondas durante horas.
Satélite Jason
Modelamento das
amplitudes do
tsunami indicam
deslizamento
adicional, lento, de
~10 m por quase
uma hora
(“slow slip”)
Lay et al., Science, 2005
Na parte norte da
falha, sismos
posteriores
(“réplicas”)
começaram ~1 h
mais tarde:
Deslocamento
lento de ~5 m
adicionais na
parte norte por
uma hora
(“terremoto
silencioso” !)
Modelo III (Ammon et al.)
(Bilham, Science, 2005)
Sismologia Ionosférica
GPS: ConteúdoTotal de Elétrons
(TEC) unit : # electron/m2
ionosphere
~300km
Para remover ionosfera
L3=f12/(f12-f22) L1 - f22/(f12-f22) L2
Para isolar ionosfera
L4=L1-L2
Heki (2005)
Sismologia Ionosférica
Distúrbio Ionosférico Co-sísmico (CID)
~10 TECU
~1.0 km/sec
pdng
chmi/cmi
sis2
samp
phkt
bnkk/kmi
cpn
cpn
kmi
phkt
bnkk
samp
sis2
chmi
pdng
~1.0 km/sec
terremoto
cmi
Heki (2005)
Sismologia Ionosférica
ionosphere
~ 1.0 km/sec
Onda Acústica
(Ionospheric P)
Ondas de Gravidade (Ionospheric S)
~ 0.2-0.8 km/sec
Onda acústica secundária
(Ionospheric Survace Wave)
~ 3.8 km/sec
Heki (2005)
Sismologia Ionosférica
300km
trajetória dos raios acústicos
GPS
GPS
epicentro
propagação de ondas acústicas:
compressões e dilatações
Heki (2005)
Modelagem do CID
#
#4
#26
Calc
#6
Obs
#5
#3
#1
23
Satellite 13
#5
#4
#3
#2
#1
Fixando ruptura em 2,5 km/s -> intensidade da “fonte”
Heki (2005)
Lições ???
• Fenômenos muito raros, mesmo com
probabilidade de ocorrência extremamente
baixa, um dia acabam acontecendo...
• Não apenas o mundo é incerto. A incerteza
também faz parte da Ciência.
• Progresso – interdisciplinaridade.
sismologia: sismógrafo + satélite (altimetria,
InSAR) + GPS (deformações, co-sísmicas
e pós-sísmicas) + Geofísica Espacial !
Obrigado !