O terremoto da Sumatra e o tsunami de 26.12.2004.
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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 !