Sismologia Vulcânica

A sismologia vulcânica é o estudo dos terremotos originados em ambientes vulcânicos bem como da sua velocidade, estrutura, atenuação e outras propriedades físicas dos materiais terrestres que afetam a passagem de ondas sísmicas nessas montanhas. Terremotos vulcânicos podem ser definidos como sismos que ocorrem em vulcões ou próximos de edifícios vulcânicos ou que são relacionados a processos vulcânicos. Vulcões são lugares onde fluídos são móveis, quentes e concentrados, assim que o número de terremotos por unidade de tempo é elevado quando comparado com a crosta normal.

A sismologia tem tornado-se uma das mais úteis ferramentas para predição e monitoramento de erupções vulcânicas. Atualmente, aproximadamente 200 vulcões são sismicamente monitorados (aproximadamente um terço dos 538 vulcões que entraram em erupção nos tempos históricos), ainda que o número e a qualidade das estações em cada vulcão varia consideravelmente. Vulcões bem monitorados têm seis ou mais estações sísmicas locais dentro de um raio de 15 km e algumas estações regionais (a mais de 15 km) que são capazes de detectar terremotos vulcânicos de magnitude igual ou maior do que zero abaixo dos vulcões. Em torno de um terço dos vulcões monitorados tem no mínimo uma estação dentro de um raio de 1 km de distância do conduto ativo.

Uma estação sísmica é composta por sismômetro e um sismógrafo. O sismômetro é uma sonda muito sensível introduzida na terra para detectar os movimentos sísmicos que são transmitidos diretamente para o sismógrafo. Este, o sismógrafo, é um tambor rotativo que registra em um sismograma os traços das ondas sísmicas, isto é, as vibrações emitidas pela terra e captadas pelo sismômetro.

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS SÍSMICAS

Um terremoto é um rápido movimento da Terra, provocado por uma abrupta liberação de energia. As ondas sísmicas são manifestações dessa energia liberada que se propagam elasticamente através da crosta terrestre. Estas ondas se movimentam para longe da fonte do terremoto ao longo de uma superfície e através do interior da Terra em variadas velocidades dependendo dos materiais através dos quais se deslocam.

Algumas das vibrações são de freqüência elevada o suficiente para serem ouvidas, ao passo que outras são de muito baixa freqüência. Quando alcançam elevadas amplitudes estas ondas podem ser sentidas pelas pessoas e provocar danos a moradias ou infraestruturas, enquanto que as de pequena amplitude só são registradas em aparelhos de alta sensibilidade.

As ondas sísmicas são de dois tipos: as ondas sísmicas de corpo e as ondas sísmicas superficiais.

As ondas sísmicas de corpo são aquelas que percorrem o interior da Terra. Em função da sua forma de propagação são subdivididas em ondas sísmicas de compressão (ou primárias) e ondas sísmicas de cisalhamento (ou secundárias). As ondas sísmicas de compressão movem-se através da crosta terrestre como um elástico. Quando a onda move-se para a esquerda, por exemplo, ela expande e comprime na mesma direção. Produzem um movimento do solo para frente e para trás na mesma direção que a onda se propaga. Geralmente, em um registro sísmico, correspondem ao primeiro pulso que se observa. Também são chamadas de ondas sísmicas primárias (P). Ao contrário, as ondas sísmicas de cisalhamento provocam o movimento do solo para cima e para baixo, perpendicular a direção de propagação da onda. Em termos gerais, em um registro sísmico são as segundas ondas observadas. Desse modo, são também denominadas de ondas sísmicas secundárias (S).

As ondas sísmicas superficiais viajam pela superfície e outras camadas do interior da Terra e são subdivididas em ondas sísmicas superficiais Love e ondas sísmicas superficiais Rayleigh. As ondas sísmicas superficiais Love provocam um movimento do solo transversal à direção de propagação da onda. As ondas sísmicas superficiais Rayleigh movem o solo em sentido contrário ao da propagação da onda.

Um epicentro é o ponto da superfície da Terra situado diretamente acima do foco de um terremoto, que por sua vez é denominado de hipocentro. A distância entre o foco de um terremoto e a superfície é chamado de profundidade focal. Todos os hipocentros se situam a uma profundidade de até 700 km. Dentro desta faixa, eles são classificados como rasos (profundidade entre 0 e 70 km), intermediários (entre 70 e 300 km de profundidade) e profundos (abaixo de 300 km de profundidade).

A severidade de um terremoto pode ser expressa por dois modos principais:

A magnitude é uma expressão numérica da quantidade de energia liberada por um terremoto, normalmente expressa na Escala Richter, determinada pela medida da amplitude das ondas sísmicas em instrumentos registradores (os sismógrafos). A escala numérica para magnitudes é logarítmica, portanto, as deflexões de um sismógrafo para um terremoto de magnitude 5, por exemplo, são 10 vezes maiores que um terremoto de magnitude 4, e 100 vezes maiores que um terremoto de magnitude 3, e assim por diante A intensidade de um terremoto é uma medida subjetiva que descreve quão forte uma onda sísmica foi sentida em local particular. Em outras palavras, mede os efeitos de um terremoto em um determinado lugar.

A intensidade, expressa pela Escala Modificada de Mercalli, depende não somente da magnitude de um terremoto, mas também da distância desde um epicentro e a geologia local. A Escala Modificada de Mercalli varia de I a XII. Assim, os terremotos de Intensidade I não são normalmente sentidos pela maioria das pessoas em um determinado local, exceto por umas poucas pessoas localizadas em condições especialmente favoráveis, enquanto que terremotos de Intensidade XII provocam danos totais.

TERMINOLOGIA E TIPOS DE TERREMOTOS VULCÂNICOS

Os vulcões ativos são fontes de uma grande variedade de sinais sísmicos. tradicionalmente, terremotos vulcânicos têm sido classificados em vários tipos com base na aparência de sismogramas: (1) os eventos sísmicos de alta freqüência ou de curto período; (2) os eventos sísmicos de baixa freqüência ou de longo período; (3) os terremotos híbridos ou de médio período; (4) os terremotos relacionados com explosões; (5) tremores vulcânicos; (6) eventos de muito baixas freqüências ou de muito alto período; e (7) eventos sísmicos vulcânicos superficiais tais como avalanches, queda de rochas, fluxos piroclásticos e fluxos de lama vulcânicos (lahars).

(1) Eventos Sísmicos de Alta Freqüência ou de Curto Período

Os eventos sísmicos de alta freqüência ou de curto período, também chamados de terremotos vulcano-tectônicos, são sinais de fraturamento de rochas por pressão do magma e pelos fluídos na rocha encaixante. A pressão se transmite através das rochas, concentrando-se, e posteriormente sendo liberada através de zonas frágeis longes da fonte de pressão. Ocorrem predominantemente em enxames. Eventos sísmicos de alta freqüência têm ondas P e S definidas e as freqüências dominantes são de 5-15 Hz. Podem ser subdivididos em dois tipos, A e B. Os tremores vulcano-tectônicos do tipo A são mais profundos e refletem a ascensão de magma, enquanto que os tremores vulcano-tectônicos do tipo B mostram um fraturamento das rochas encaixantes mais superficial.

(2) Eventos Sísmicos de Baixa Freqüência ou de Longo Período

Os eventos sísmicos de baixa freqüência ou de longo período são os tremores que se geram por movimentos de fluídos em uma câmara magmática. Estes fluídos podem ser gases magmáticos, magma, água (ou vapor de água) ou uma mistura de todos estes. Estes eventos muitas vezes possuem ondas P emergentes, falta de ondas S e possuem freqüências dominantes entre 1 e 5 Hz, com 2 e 3 Hz muito comuns.

(3) Terremotos Híbridos ou de Médio Período

Terremotos híbridos ou de médio período são uma mescla dos tremores de longo período e dos tremores vulcano-tectônicos e representam uma mistura de processos. Ocorrem pela desgaseificação do magma (o magma se separa em uma fase gasosa e uma fase líquida) em profundidade ou por fraturamento em meios com comportamento frágil. Não há expressões superficiais desse fenômeno, isto é, não se observa uma relação com atividades fumarólicas. Estes eventos ocorrem na forma de enxames em períodos de intensa atividade freática.

(4) Terremotos relacionados com Explosões

Terremotos relacionados com explosões acompanham erupções explosivas, e muitos são caracterizados pela presença de ondas de choque nos sismogramas. Há um particionamento da energia na fonte: parte da energia se movimenta através do terreno como onda sísmica, e parte viaja através do ar como ondas acústicas. A onda acústica junta-se novamente com a onda sísmica um pouco antes de serem registradas pelo sismógrafo.

(5) Tremores Vulcânicos

Tremores vulcânicos são sinais contínuos com durações de minutos até dias ou mais. As freqüências dominantes dos tremores são 1-5 Hz (2-3 Hz são mais comuns), similares aos eventos de baixa freqüência. Tremores harmônicos e tremores espasmódicos são dois casos especiais de tremores vulcânicos. Tremores harmônicos são ondas de baixa freqüência, muitas vezes senóides, com amplitudes suavemente variadas. Tremores espasmódicos são sinais de alta freqüência, irregulares e pulsantes.

(6) Eventos Sísmicos de Muito Baixa Freqüência ou de Muito Longo Período

Na década passada, sismógrafos de banda larga eram empregados no monitoramento de vulcões. Estes equipamentos tinham a capacidade de detectar uma banda de larga freqüência, registrando eventos de muito baixa freqüência ou muito longo período. Esses eventos são associados com erupções ou vigorosas atividades fumarólicas, e os eventos observados possuem muito pequenas amplitudes.

(7) Eventos Sísmicos Vulcânicos Superficiais

Sismógrafos localizados em vulcões podem registrar uma variedade de sinais sísmicos locais provocados por processos superficiais. Estes incluem (a) avalanches, (b) queda de rochas, (c) fluxos piroclásticos e (d) fluxos de lama.

(a) Avalanches

Avalanches de vários tamanhos ocorrem em vulcões. Avalanches geram um sinal sísmico de muitos minutos de duração, dependendo do tamanho e da velocidade do evento. As amplitudes variam com a quantidade de material, com grandes avalanches gerando fortes sinais sísmicos.

(b) Queda de rochas

Queda de rochas é um tipo especial de avalanche no qual uma ou mais rochas são desprendidas de uma estrutura vulcânica, normalmente um domo de lava ou uma frente de fluxo de lava, e rolam pelo flanco do edifício vulcânico. Os sismogramas correspondentes mostram fortes sinais locais persistindo por mais de um minuto.

(c) Fluxos Piroclásticos

Fluxos piroclásticos são produtos de erupções explosivas e consistem de partículas de rochas incandescentes e gases que se movem rapidamente sobre a superfície do terreno. Estes eventos mostram sismogramas complexos que duram muitos minutos e podem conter elevadas freqüências, sendo que os grandes fluxos são associados com sinais de grande amplitude.

(c) Fluxos de Lama Vulcânicos (Lahars)

Fluxos de lama vulcânicos são processos comuns em terrenos vulcânicos íngremes que englobam água e grandes massas de sedimentos, que se deslocam juntos pelos flancos dos vulcões incorporando sedimentos adicionais. Estes eventos geram sinais sísmicos de longa duração que lembram tremores vulcânicos, exceto que o sinal é mais forte próximo do fluxo do canal, oposto aos tremores, que são mais fortes próximo do conduto vulcânico.

CARACTERÍSTICAS DOS TERREMOTOS VULCÂNICOS

Terremotos vulcânicos ocorrem em profundidades superficiais (entre 1-9 km) enquanto que terremotos tectônicos ocorrem em profundidades maiores do que 15 km na crosta (em zonas de subducção eles ocorrem em profundidades de até 600 km). Eventos vulcânicos também diferem em seus padrões de ocorrência: eles muitas vezes ocorrem em enxames, grupos de eventos muito pequenos com tamanhos e locações similares. Isto é contrastante com os típicos sinais de “terremoto principal – terremotos posteriores” dos terremotos tectônicos.

Muitos enxames seguem uma seqüência regular que consiste dos seguintes componentes: (1) terremotos normais a região (background) relacionados com tensões regionais e calor; (2) enxames de eventos de alta freqüência associados com pressões magmáticas e transmissão de tensões; (3) quiescência relativa após um pico sísmico; (4) eventos de baixa freqüência correlacionados com calor magmático e preenchimento de cavidades por fluídos; (5) tremores vulcânicos relacionados com a vesiculação do magma e interação deste com água subterrânea; (6) terremotos relacionados com explosões e vinculados com a fragmentação do magma; e, por último, (7) terremotos profundos seguindo a erupção associados com a diminuição da quantidade de magma após uma erupção e relaxamento das tensões regionais. Esta seqüência reflete variações sistemáticas nas locações dos terremotos e nos processos físicos dominantes.

Referências bibliográficas utilizadas na confecção do texto acima:

McNutt, S. 2000. Volcanic Seismicity. In: Encyclopedia of Volcanoes, Sigurdsson, H. (Ed.), p. 1015 – 1033.

McNutt, S. 2000. Seismic Monitoring. In: Encyclopedia of Volcanoes, Sigurdsson, H. (Ed.), p. 1095 – 1119.

Páginas da web consultadas para a confecção do texto acima:

Escuela Politecnica Nacional – Instituto Geofísico do Equador – Tipos de Sismicidad   Volcánica

Shedlock, K. M. & Pakiser, L. C. 1997. Earthquakes

 

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