Estrutura Interna da Terra e as Zonas
de Sombra e de Triplicação
Afonso E. V. Lopes & Marcelo Assumpção
Maio de 2010
(1909) A. Mohorovicic (1857-1936)
(1906-1914) B. Gutenberg (1889-1960)
(1936) I. Lehmann (1888-1993)
Topografia + Espessura da Crosta
http://www.geosci.usyd.edu.au/users/prey/Teaching/Geol-1002/HTML.Lect2/sld005.htm
Estrutura Estratificada da Terra
Descontinuidade de 410 & 660 km
Conceitos Básicos de
Propagação de Ondas:
Princípio de Huygens, Lei de Snell &
Partição de Ondas Elásticas
Refração versus Reflexão
Fonte Sísmica
Onda Refletida
Onda Refratada
Bacia Sedimentar
Embasamento
Princípio de Huygens
Quando uma frente de onda atinge uma interface
que separa dois meios diferentes, cada ponto da
interface vai oscilar gerando novas onda.
Na prática, o que isso significa?
Lei de Snell e Partição de Ondas (para refração e reflexão)
Lei de Snell e a Refração crítica
Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
SV
iSV-R
P
i0
P
iP-R
iP-T
iSV-T
P
SV
Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
SV
SV iSV-R
i0
P
iP-R
iP-T
iSV-T
P
SV
Partição de Ondas Sísmica em Interfaces
SV
SH iSH-R
i0
iSH-T
Onda SH só gera onda SH!
SV
Ondas Sísmicas:
Nomenclaturas & Características
Ondas Sísmicas
c : reflexão na borda mantonúcleo externo
K: Onde P transmitida no núcleo
externo
i: Onda P refletida na borda
núcleo externo-núcleo interno
I: Onda P transmitida no núcleo
interno
J: Onda S transmitida no núcleo
interno
PKIKP
P
K
I
K
P
P
K
PKJKP
J
K
P
Zona de Triplicação
A zona de triplicação é caracterizada
pelo aumento da energia sísmica
devido a um aumento significativo das
velocidades das ondas sísmicas em
uma camada no interior da Terra,
sendo que a principal zona de
triplicação ocorre para distâncias
menores que 35o, e são causadas pela
Zona de Transição do manto. Essas
descontinuidades são físicas e
possuem aumento de velocidade de
4% e 6% para as descontinuidades de
410 km e 660 km, respectivamente, e
ocorrem devido a alteração da
estrutura cristalina dos minerais no
manto devido a alta pressão e
temperatura.
Zona de Triplicação – Descontinuidades de 410 km & 660 km
Em (a) é apresentado um modelo de velocidade que apresenta uma região onde há
um aumento significativo da velocidade, o que gera a zona de triplicação, conforme
mostrado em (b). Em c) é apresentada a curva de tempo de percurso em função da
distância e em (d) a curva da distância em função do parâmetro de raio. Nessas curvas
são identificados os diversos ramos (progressivo e regressivo) e os pontos cáusticos.
Zona de Triplicação
As descontinuidades de 410 km e 660
km, causam duas triplicações nas
chegadas das ondas P e S entre 15o e 30o
de distância. Os traçados de raio em a)
são codificados por cores, que são
utilizadas na identificação dos tempos de
percursos no gráfico apresentado em g),
que está com o tempo reduzido
considerando 10 seg./grau. Nos perfis b)
a f) são mostrados de forma isolada os
diferentes raios apresentados em a). Em
g), o ramo AB consiste de ondas diretas
que vão até a profundidade de 410 km
(linha vermelha sólida). O ramo BC é de
ondas refletidas na descontinuidade de
410 km (linha vermelha tracejada); o
ramo CD, para ondas refratadas entre na
camada entre 410km e 660 km; o ramo
DE,
para
ondas
refletidas
na
descontinuidade de 660 km; e o ramo EF,
de ondas refratadas até o manto inferior.
Figura adaptada de Shearer (2000).
Coeficientes de Clapeyron & Zona de Transição
Um fato importante nas descontinuidades de 410 km e 660 km é que as
transformações de fase que ocorrem nessas profundidades têm coeficientes de
Clapeyron (DP/DT) opostos, fazendo com que as profundidades dessas
descontinuidades dependam da temperatura de forma oposta (Bina &
Helffrich, 1994; Helffrich & Wood, 2001; Figura 3). Bina & Helffrich (1994)
propõe os seguintes valores para os coeficientes de Clapeyron dessas
descontinuidades: +3 MPa/K (para 410 km), e -2 MPa/K (para 660 km).
Ilustração exemplificando as alterações nas profundidades das descontinuidades de 410 km e 660
km, provocada por anomalias de temperatura negativa (azul) e positiva (vermelho). Note que as
descontinuidades de 410 km e 660 km sofrem alterações opostas. Figura de Bianchi (2008).
Zona de Sombra & Núcleo Externo
Na sismologia, a zona de sombra mais conhecida é a gerada pelo núcleo externo. Essa
zona de sombra é a área na qual a onda S não é detectada devido a existência do núcleo
externo, onde a onda S não se propaga. A onda P direta também sobre uma zona de
sombra devido ao núcleo externo. A zona de sombra em geral ocorre para distâncias
epicentrais entre 105o e 180o para ondas S, e entre 105o e 140o para ondas P.
Uma zona de baixa velocidade (LVZ)
é o resultado de um decrescimento
da velocidade com o aumento da
profundidade, criando uma zona de
sombra na superfície e gaps nas
curvas Tempo-Distância e TauP.
Figura adaptada de Shearer.
Zona de Sombra & Núcleo Externo
O fato de haver essas zonas de sombras, principalmente a da onda S, foi o que levou
Richard Dixon Oldham propor em 1906 que a Terra tinha um núcleo liquido.
Posteriormente foi proposto o modelo atual da Terra, onde há um núcleo externo
líquido e um núcleo interno sólido. Na Lua não é observado zonas de sombra para
ondas P e S, o que nos leva a conclusão oposta, de que o núcleo da Lua é sólido.
Ilustração das zonas de sombra para as ondas P e S refratadas. Na zona se sombra alguma ondas
como a PP ou SS, entre outras ondas refletidas, são observadas, mas não são observadas ondas do
tipo PKP, PKIKP, ScS, e outras ondas refratadas.
Nucleo Interno – Onda PKIKP e PKiKP