+ Sismologia 280px|alt=Tambor de um sismógrafo com linhas de registro sísmico traçadas sobre papel. Sismograma em um registrador do Observatório de Weston, em Massachusetts, nos Estados Unidos. Área Geofísica Objeto de estudo Sismos, ondas sísmicas e suas fontes Instrumentos Sismômetros e acelerômetros Registros Sismogramas Métodos Análise de ondas sísmicas, tomografia sísmica e estudo de modos normais Aplicações Estudo do interior terrestre, monitoramento de sismos, prospecção geofísica e engenharia sísmica
Sismologia é o estudo científico dos sismos, ou, em sentido mais amplo, dos abalos, e da geração e propagação de ondas elásticas através de corpos planetários. Abrange também os efeitos ambientais dos sismos, como os tsunamis, e outras fontes sísmicas, como vulcões, geleiras, rios, microssismos oceânicos e fenômenos atmosféricos. Estuda ainda fontes artificiais, como explosões, e a sismicidade induzida por atividades humanas. O termo deriva do grego antigo σεισμός, seismós, "sismo", e -λογία, -logía, "estudo".
A Paleossismologia é um campo relacionado que usa a geologia para obter informações sobre sismos do passado. O registro do movimento da Terra em função do tempo, produzido por um sismógrafo, é chamado de sismograma. Um sismólogo é um cientista que trabalha com sismologia básica ou aplicada.
História
Antiguidade e período clássico O interesse pelos sismos remonta à Antiguidade. Especulações sobre suas causas naturais estão nos escritos de Tales de Mileto, Anaxímenes de Mileto e Aristóteles.
miniatura|Esquema do mecanismo de uma reconstrução do sismoscópio de Zhang Heng.
Em 132 d.C., Zhang Heng, da Dinastia Han, projetou o primeiro sismoscópio conhecido.
Início da ciência moderna No século XVII, Athanasius Kircher sustentou que os sismos eram causados pelo movimento de fogo através de um sistema de canais no interior da Terra. Martin Lister, que viveu de 1638 a 1712, e Nicolas Lemery, de 1645 a 1715, propuseram que tinham origem em explosões químicas no interior do planeta.
O sismo de Lisboa de 1755, ocorrido em uma época de intensa atividade científica na Europa, levou a novas tentativas de compreender o comportamento e as causas dos sismos. Entre os primeiros trabalhos estavam a coletânea organizada por John Bevis, de 1757, e o estudo de John Michell, de 1760. Michell interpretou os movimentos sísmicos como ondas que se propagavam pela Terra e procurou estimar a posição de sua origem. Sua explicação para a causa dos abalos, porém, era uma explosão de vapor no subsolo.
Em resposta a uma sequência de sismos perto de Comrie, na Escócia, em 1839, foi criado no Reino Unido da Grã-Bretanha e Irlanda um comitê para desenvolver métodos melhores de detecção de sismos. Um dos resultados foi a construção de um dos primeiros sismômetros modernos por James David Forbes, apresentado em um relatório de David Milne-Home em 1842. O aparelho era um pêndulo invertido que registrava a atividade sísmica por meio de um lápis colocado sobre papel acima do pêndulo. Os projetos não tiveram o desempenho esperado nos testes relatados por Milne.
Em 1849 e 1850, Robert Mallet realizou experimentos com explosivos para medir a propagação das ondas sísmicas. Também investigou os efeitos do sismo de Basilicata de 1857 e cunhou a palavra inglesa seismology. Por esses trabalhos, recebeu a designação de "pai da sismologia".
Em 1889, Ernst von Rebeur-Paschwitz registrou o primeiro sinal telessísmico conhecido, proveniente de um sismo no Japão e detectado em Potsdam, na Alemanha.
Em 1894, Fusakichi Ōmori mostrou que a frequência das réplicas diminui depois do abalo principal, com base em sua análise do sismo de Kumamoto de 1889, do sismo de Mino-Owari de 1891 e do sismo de Kagoshima de 1893.
Em 1897, cálculos teóricos de Emil Wiechert o levaram à conclusão de que a estrutura interna da Terra contém um manto de silicatos em torno de um núcleo de ferro.
Em 1900, Richard Dixon Oldham distinguiu nos sismogramas as chegadas das ondas de compressão, das ondas de cisalhamento e das ondas de superfície. Em 1906, apresentou argumentos sísmicos para a existência de um núcleo central na Terra.
Em 1909, Andrija Mohorovičić descobriu a Descontinuidade de Mohorovičić. Chamada com frequência de "Moho", ela é o limite entre a crosta e o manto. Sua identificação se baseia no aumento da velocidade das ondas sísmicas ao atravessarem esse limite, que separa materiais com composição e propriedades elásticas diferentes.
Em 1910, depois de estudar o sismo de São Francisco de 1906, Harry Fielding Reid propôs a teoria da recuperação elástica. Nela, a deformação elástica se acumula nas rochas enquanto a falha permanece travada e é parcialmente liberada quando ocorre o deslizamento sísmico. A formulação da teoria dependeu de avanços anteriores no estudo dos materiais elásticos e na matemática.
Um dos primeiros estudos científicos das réplicas de um sismo destrutivo ocorreu depois do sismo de Xalapa de 1920, em janeiro daquele ano. Um sismógrafo Wiechert de 80 kg foi levado de trem à cidade mexicana de Xalapa depois do sismo. O instrumento foi instalado para registrar as réplicas. Os dados obtidos permitiram atribuir o abalo principal a uma falha crustal rasa.
Em 1926, Harold Jeffreys apresentou argumentos baseados nas ondas sísmicas para a natureza líquida da região do núcleo imediatamente abaixo do manto, chamada de núcleo externo.
Em 1935, Charles Francis Richter propôs uma escala instrumental de magnitude baseada nas amplitudes dos registros sísmicos, corrigidas para a distância à fonte. A magnitude local permitiu comparar sismos sem depender apenas da intensidade dos efeitos observados em cada local.
Em 1936, Inge Lehmann inferiu a existência de um núcleo interno distinto a partir da propagação de ondas P pelo núcleo terrestre. A natureza sólida dessa região recebeu confirmação por meio de observações dos modos normais da Terra, como as analisadas por Adam Dziewonski e Freeman Gilbert em 1971.
Em 1950, Michael S. Longuet-Higgins formulou uma teoria que explica a geração de microssismos pela interação de ondas oceânicas que se propagam em sentidos opostos. Esse mecanismo produz os chamados microssismos secundários, cuja frequência é aproximadamente o dobro da frequência das ondas oceânicas que os geram.
Em 1961 começou a implantação da World-Wide Standardized Seismograph Network, a WWSSN, com instrumentos e procedimentos de registro padronizados. Redes posteriores incorporaram instrumentos de banda larga, aquisição digital e transmissão mais rápida dos dados. Na década de 1980 foram implantadas redes globais digitais, entre elas a GEOSCOPE, a partir de 1982, e a Global Seismographic Network, a partir de 1988.
Na década de 1960, as geociências reuniram a explicação de muitos sismos e dos movimentos da superfície terrestre na teoria da tectónica de placas.
Em 1966, Keiiti Aki usou o momento sísmico para caracterizar a fonte do sismo de Niigata de 16 de junho de 1964, relacionando a medida às propriedades físicas da ruptura.
Em 1977, Hiroo Kanamori formulou uma escala baseada no momento sísmico para medir grandes sismos sem a saturação que afeta algumas escalas anteriores. Essa formulação está na origem da escala de magnitude de momento.
Ramos e métodos A sismologia pode ser dividida conforme o fenômeno estudado, a escala espacial e o método empregado. A Sismogênese trata dos processos de nucleação e ruptura na fonte de um sismo. A Sismotectônica relaciona a distribuição dos sismos, as falhas e os mecanismos de ruptura ao tectonismo. A sismologia global usa ondas registradas a grandes distâncias e as oscilações livres da Terra para investigar sua estrutura interna. A sismologia instrumental trata dos sensores, das redes de observação e do processamento dos registros, enquanto a sismologia teórica modela a fonte e a propagação das ondas.
A Paleossismologia procura eventos anteriores aos registros instrumentais por meio de vestígios geológicos. A Arqueossismologia estuda os efeitos de sismos preservados em monumentos, estruturas construídas e estratos arqueológicos. A Sismologia histórica trabalha com relatos e outros documentos anteriores às redes instrumentais. Esses campos se complementam e suas cronologias podem se sobrepor.
A sismologia de fonte controlada, empregada na exploração geofísica, e a sismologia de engenharia são tratadas em seções próprias abaixo.
Brasil e Portugal Em Portugal, o Instituto Português do Mar e da Atmosfera mantém uma rede de monitoramento sísmico e publica informações sobre os sismos registrados em Portugal continental, nos arquipélagos portugueses e em outras regiões.
No Brasil, o Observatório Nacional realiza medições sismológicas desde a década de 1890 e mantém desde 1915 uma estação sismográfica com código internacional. A Rede Sismográfica Brasileira, a RSBR, iniciou sua operação em meados de 2011 por meio de uma cooperação entre o Observatório Nacional, a Universidade de Brasília, a Universidade Federal do Rio Grande do Norte e a Universidade de São Paulo. A rede reúne estações distribuídas pelo território brasileiro, com transmissão de dados em tempo real e armazenamento em seus centros de operação.
Tipos de onda sísmica
miniatura|320px|Registros de sismograma mostrando os três componentes do movimento do solo. A linha vermelha assinala a primeira chegada das ondas P e a linha verde, a chegada posterior das ondas S.|alt=Três traçados de movimento do solo, com as chegadas das ondas P e S assinaladas.
As ondas sísmicas são ondas elásticas que se propagam em materiais sólidos ou fluidos. Podem ser divididas em ondas de corpo, que atravessam o interior dos materiais, e ondas de superfície, que se propagam ao longo de superfícies ou interfaces. Os modos normais são padrões de oscilação do corpo inteiro, que podem ser entendidos como ondas estacionárias.
Ondas de corpo Existem dois tipos principais de ondas de corpo, as ondas de pressão ou primárias, chamadas ondas P, e as ondas de cisalhamento ou secundárias, chamadas ondas S. As ondas P são ondas longitudinais de compressão e rarefação, nas quais as partículas se movem paralelamente à direção de propagação. Em um mesmo meio, propagam-se mais rapidamente que as ondas S e costumam produzir a primeira chegada de um sismo registrada no sismograma.
As ondas S são ondas transversais, com movimento das partículas perpendicular à direção de propagação. Elas se deslocam mais lentamente que as ondas P. Como líquidos e gases não sustentam a deformação elástica de cisalhamento necessária à sua propagação, as ondas S atravessam sólidos, mas não o interior de fluidos.
Ondas de superfície As ondas de superfície resultam das condições impostas pela superfície e pelas interfaces do meio à propagação das ondas elásticas. Os dois tipos principais são as ondas de Rayleigh, que envolvem movimentos de compressão e de cisalhamento em um plano vertical, e as ondas de Love, cujo movimento é horizontal e perpendicular à direção de propagação.
As ondas de Rayleigh podem se propagar na superfície de um sólido homogêneo. As ondas de Love exigem uma estrutura que aprisione ondas de cisalhamento polarizadas horizontalmente. No modelo mais simples, essa estrutura é uma camada superficial com velocidade de ondas S menor que a do material abaixo dela.
Na Terra, as ondas de superfície geralmente são dispersivas, isto é, suas velocidades dependem da frequência, porque ondas de diferentes comprimentos amostram profundidades e propriedades elásticas diferentes. No modelo ideal de um semiespaço homogêneo, isotrópico e perfeitamente elástico, as ondas de Rayleigh não apresentam essa dispersão. Suas velocidades dependem das propriedades elásticas, da densidade e da estrutura em profundidade do meio.