Universidade de São PauloInstituto de Astronomia, Geofísica e Ciências AtmosféricasDepartamento de Geofísica

O terremoto da SumatraO terremoto da Sumatrae o tsunami de 26.12.2004 e o tsunami de 26.12.2004

Placa Indo-Australiana e os terremotos da Sumatra

NEIC-USGS terremotos de 26 e 27/12/2004

5 cm/ano

15 m / 300 anos

(Lay et al., Science, 2005)

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)

“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

epicentro = início da ruptura

NEIC-USGS

ruptura no primeiro minuto (M ~8)

~1300km de rupturadeslizamento de

até 15 mdurando ~10 minutos

Efeito Doppler

Norte

Norte

Sul

onda P, ~1Hz envoltória

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

L (100-1000km)

W (50-100km)

A

d

Área da ruptura = A = L W

Momento Sísmico Mo = µ A d (N.m)

módulo de rigidez

deslocamento médio na falha

d ~ A1/2

Mo ~ A3/2

Energia ~ A3/2

amplitude sísmica (λ > L) ~ A

Magnitude Mw = 2/3 log Mo - 6,05

1 min1 min

2 min2 min

3 min3 minModelo de propagação

da ruptura

(Chen Ji, Caltech)

frente de rupturafrente de ruptura

d = 10 m

Mo = 4 x 1022 Nm

Mw = 9,0 (Harvard CMT)

deslocamento na falha

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 ~ ½ ρ g h2 . A

h ~ d

Energia ~ A2 ~ 100 x d

hEnergia do tsunami

A Muito dependente da inclinaçãoe profundidade da falha !!

Bilham et al., SRL, 2005

Modelo de elevação da superfície, h

d

h

(Chen Ji, Caltech, January 2005)

Deslocamento do fundo do mar

450 km

até 5 m p/ cima até 11 m na horizontal

2 m p/ baixo

Primeiras ondaschegam em 16min(ondas P, o somdentro da Terra)

ondas de superfície

Rayleigh

Onda sísmica propagando-se pela parte sólida da Terra

ondas de superfície Rayleigh, período 200s

1 mm

2 mm

1 h 2 horas 3 h 4 h 5 h

P

Ondas Rayleigh, período 200s

1 mm

2 mm

1 h 2 horas 3 h 4 h 5 h

R1

R2

R3

R4

(Ammon et al., Science, 2005)

Magnitude Mw = 9,1(Mo = 6,5x1022 Nm)

Ondas sísmicas: poucodeslocamento na parte norte!

Evolução da ruptura modelada com ondas P, S, Rayleigh (R1,R2)

epicentrorup

tura

~2,

5 k

m/s

Model II

Model III

períodos de 20s a 2000s )

(Park et al., Science 2005)

ressonâncias da Terra: modos de oscilação livreEstação Canberra, Australia: 10 dias, comp. vertical

Acoplamento dosmodos Toroidal/

Esferoidal observado pela

1ª. vez em T > 15min

(Park et al., Science 2005)

Amplitude espectral de vibrações da TerraEstação no Polo Sul

20 min

26 minMw=9,0

Mw=9,1

Mw=9,0 (CMT, Harvard) ondas de até 300sMw=9,1 (Ammon) ondas de até 2000s

(Park et al., Science 2005; Stein & Okal, Nature 2005)

54 min

Estação SCSN, California

Modo esferoidal de 54 minutos

Mo = 2,6 x 4,0.1022 Mw = 9,3 !

Bilham et al., SRL, 2005

deslocamento d na falha A causa deformaçãovertical (h) e horizontal (x) na superfície

d

h

h

A

xx

(Banerjee et al., Science, 2005)

rede permanente de GPSco-sísmico: 5 dias depois – 5 dias antes

(Banerjee et al., Science, 2005)

Deslocamento medido por GPS também é

grande na parte norte (Andaman) !

GPS: medidas de campo nas Ilhas

Andaman e Nicobar

medido

modelo

deslocamento médio na falha > 5m Mw ~9,2

Geração do tsunami

NOAA

Movimento da placa da Índia

contato preso por atrito

acúmulo de tensão

NOAA

Deformação aumenta lentamente durante séculos

tensão aumenta

o fundo oceânico levanta a coluna de água

NOAA

excesso de água se espalha em ondas

geração

propagação

arrebentação

Vel= g h600–800 km/h

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

Banda Aceh,Norte da Sumatra

Sri Lanka,praia Kulatara

área costeira abaixa, mar avança.

antes

depois

Banda Aceh,Norte da Sumatra

Imagem Ikonos

Digital Globe

Praia de Kulatara, SW Sri Lanka antes do tsunami

Digital Globe

Durante o tsunami, logo após a primeira inundação

Digital Globe

Praia de Kulatara, SW Sri Lanka antes do tsunami

Digital Globe

Durante o tsunami, logo após a primeira inundação

Digital Globe

Mar recuando quase 400 m

água água drenando de drenando de

voltavolta

Cálculo das amplitudes máximas do tsunami

(NOAA)

Cuidados em caso de um tsunami(recomendações da NOAA-USA)

• 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.

• depois do terremoto, respeitar os sinais da natureza e avisos das autoridades.

Lay et al., Science, 2005

Modelamento das amplitudes do

tsunami indicam deslizamento

adicional, lento, de ~10 m por quase

uma hora (“slow slip”)

Satélite Jason

(Bilham, Science, 2005)

Na parte norte da falha, sismos posteriores (“réplicas”) começaram ~1 h mais tarde:

Modelo III (Ammon et al.)

Deslocamento lento de ~5 m adicionais na parte norte por uma hora (“terremoto silencioso” !)

ionosphere

L4=L1-

L2

GPS: ConteúdoTotal de Elétrons(TEC) unit : # electron/m2

Linha de visãoPara remover ionosferaL3=f1

2/(f12-f2

2) L1 - f22/(f1

2-f22) L2

Para isolar ionosferaL4=L1-L2

Sismologia Ionosférica

Heki (2005)

~300km

samp

cpn

chmi/cmi

bnkk/kmi

~1.0 km/secsis2sis2

phkt

pdng

samp

cpn

cmi

kmi

~1.0 km/sec

~10 TECU

chmi

bnkk

sis2

phkt

pdng

Heki (2005)

Sismologia Ionosférica

Distúrbio Ionosférico Co-sísmico (CID)

terremoto

ionosphere

Onda Acústica(Ionospheric P) Ondas de Gravidade (Ionospheric S)

Onda acústica secundária(Ionospheric Survace Wave)

~ 3.8 km/sec

~ 0.2-0.8 km/sec

~ 1.0 km/sec

Heki (2005)

Sismologia Ionosférica

GPS GPS

Sismologia Ionosférica

epicentro

propagação de ondas acústicas: compressões e dilatações

trajetória dos raios acústicos

300k

m

Heki (2005)

#1

#2

#3

#4

#5

#6

23

Satellite 13

CalcObs

#1#2 #3#4 #5#6

Modelagem do CID

Fixando ruptura em 2,5 km/s -> intensidade da “fonte”Heki (2005)

Lições ???

• Progresso – interdisciplinaridade.

• 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.

sismologia: sismógrafo + satélite (altimetria, InSAR) + GPS (deformações, co-sísmicas e pós-sísmicas) + Geofísica Espacial !

Obrigado !