Como funcionam os terremotos

Introdução

Até muito recentemente, os cientistas tinham apenas suposições sobre o que realmente causava os terremotos. Mesmo hoje, ainda há uma certa dose de mistério que os rodeia, mas os cientistas já têm um entendimento muito mais claro do fenômeno.

Houve um enorme progresso no século passado: os cientistas identificaram as forças que causam os terremotos e desenvolveram uma tecnologia que nos informa a magnitude e a origem de um terremoto. O próximo passo é encontrar uma forma de prever os terremotos, para que eles não peguem as pessoas de surpresa.

Nesta matéria, descobriremos o que causa os terremotos e porque eles têm um efeito tão devastador.
 

Imagem cedida por USGS Uma parte da Interstate 880 em Oakland, Califórnia, danificada por um terremoto de 7.1 graus de magnitude que abalou a região de São Francisco em 1989

O chão treme
O terremoto é uma vibração que se movimenta pela crosta terrestre. Tecnicamente, um caminhão grande que faz um estrondo pela rua, causa um mini-terremoto se você sente a sua casa tremer quando ele passa, mas os terremotos são eventos que afetam uma área relativamente grande, como uma cidade inteira. Vários fatores podem causar terremotos:

• erupções vulcânicas
• impactos de meteoros
• explosões subterrâneas (um teste nuclear subterrâneo, por exemplo)
• estruturas que desmoronam (como uma mina)

Mas a maioria dos terremotos que ocorre naturalmente é causado pelos movimentos das placas terrestres, como veremos na próxima sessão.

Ouvimos falar sobre terremotos nos noticiários apenas de vez em quando, mas na verdade eles ocorrem todos os dias no nosso planeta. De acordo com a pesquisa da United States Geological (em inglês), mais de três milhões de terremotos ocorrem todos os anos, o que soma 8 mil por dia ou um a cada 11 segundos.

Imagem cedida por FEMA Estragos causados pelo terremoto de 1994 em uma residência, em Northridge, Califórnia

A vasta maioria destes 3 milhões de tremores é extremamente fraco. A lei das probabilidades também faz com que um bom número dos tremores mais fortes aconteça em lugares não habitados, onde ninguém os sente. São os grandes terremotos, que ocorrem em áreas muito populosas, que nos chamam a atenção.

Os terremotos causaram muitos danos às terras ao longo dos anos e tiraram muitas vidas. Nos últimos cem anos, houve mais de 1,5 milhões de fatalidades relacionadas aos terremotos. Geralmente, não é o tremor de terra em si que mata, é a destruição de estruturas feitas pelo homem e outros desastres naturais conseqüentes dos terremotos, tais como os tsunamis, as avalanches e os deslizamentos de terra.

Imagem cedida por NGDC Destruição em uma área residencial de Prince William Sound, Alasca, devido à liquefação causada por um terremoto de 9.2 graus de magnitude, em 1964

Na próxima sessão, examinaremos as forças poderosas que causam este tremor intenso e descobriremos porque os terremotos ocorrem com muito mais freqüência em determinadas regiões.

Placas deslizantes

Imagem cedida por USGS Uma das falhas mais conhecidas é a falha de San Andreas, na Califórnia. Ele marca o limite entre a placa do oceano Pacífico e a do continente norte-americano e se estende ao longo de 1.050 km de terra.

A maior descoberta científica na história da sismologia, o estudo dos terremotos, chegou na metade do século XX, com o desenvolvimento da teoria das placas tectônicas. Os cientistas propuseram a idéia das placas tectônicas para explicar uma série de fenômenos peculiares na terra, tais como o movimento aparente dos continentes ao longo do tempo, as regiões de atividade vulcânica e a presença de enormes sulcos no fundo do oceano.

A teoria básica é que a camada superficial da terra, a litosfera, é formada por muitas placas que deslizam sobre uma zona do manto externo, a astenosfera. Nos limites entre estas placas enormes de solo e pedra, três coisas diferentes podem acontecer.

• As placas podem se deslocar para lados diferentes - se duas placas estão se separando uma da outra, rochas quentes derretidas fluem das camadas do manto abaixo da litosfera. Este magma sobe para a superfície (do fundo do oceano), onde é chamado de lava. Quando a lava se esfria, ela endurece e forma novo material de litosfera, preenchendo a fenda. Isto se chama limite de placa divergente.
• As placas podem colidir - se duas placas se movimentam uma em direção à outra, uma placa geralmente desliza para baixo da outra. A placa que submerge, afunda nas camadas mais baixas do manto, onde derrete. Em alguns limites onde duas placas se encontram, nenhuma placa está em posição para submergir, portanto ambas se empurram uma contra a outra para formar montanhas. As linhas onde as placas se empurram uma contra a outra são chamadas de limites de placas convergentes.
• As placas deslizam uma contra a outra - em outros limites, as placas simplesmente deslizam em direções opostas. Ao mesmo tempo que as placas não se encontram diretamente uma contra a outra nestes limites de transformação, elas são empurradas bem próximo uma da outra. Uma grande quantidade de tensão se forma nos limites.

Onde estas placas se encontram, você vai encontrar falhas, que são fissuras na crosta terrestre, onde os blocos de rochas se movimentam em direções diferentes. Os terremotos são muito mais comuns ao longo das linhas de falhas do que em qualquer outro lugar do planeta.

Na próxima sessão, observaremos alguns tipos diferentes de falhas e como o movimento delas cria os terremotos.

Falhas

Os cientistas identificam quatro tipos de falhas, caracterizadas pela posição do plano de falha, a fissura na rocha e o movimento de dois blocos de rocha.

• Em uma falha normal (veja a animação abaixo), o plano de falha é quase vertical. A falha geológica, bloco de rocha posicionado acima do plano, empurra para baixo ao longo da placa inferior. A placa inferior empurra para cima, de encontro à rocha superior. Estas falhas ocorrem onde a crosta está sendo separada, devido à pressão de limites de placas divergentes.
  
  

• O plano de falha de uma falha reversa também é quase vertical, mas a rocha superior empurra para cima e a rocha inferior empurra para baixo. Este tipo de falha se forma onde a placa está sendo comprimida. 

• Uma falha de cavalgamento se movimenta da mesma maneira que uma falha reversa, mas a linha de falha é quase horizontal. Nestas falhas, que também são causadas por compressão, a rocha ascendente é, na verdade, empurrada para cima no topo da rocha inferior. Este é o tipo de falha que ocorre no limite de uma placa convergente.
• Em uma falha transcorrente, os blocos de rocha se movimentam em direções horizontais opostas. Estas falhas se formam quando os pedaços de crosta deslizam uns contra os outros, como num limite de placa transformantes.

Em todos estes tipos de falhas, os diferentes blocos de rochas se empurram uns contra os outros, criando uma forte fricção enquanto se movimentam. Se este nível de fricção for suficientemente alto, os dois blocos ficam travados. A fricção evita que eles deslizem um por cima do outro. Quando isto acontece, as forças nas placas continuam a empurrar a rocha, aumentando a pressão aplicada na falha.

Se a pressão aumenta o suficiente, então ela vai superar a força da fricção e os blocos se movimentarão rapidamente para a frente. Em outras palavras, quando as forças tectônicas empurram os blocos "travados", uma energia potencial se forma. Quando as placas finalmente se movimentam, esta energia formada se torna cinética. Alguns movimentos de falha criam mudanças visíveis na superfície da terra, mas outras mudanças ocorrem em rochas muito abaixo da superfície e, portanto, não criam uma ruptura na superfície.

Imagem cedida por USGS Curvas de nível de uma plantação desalinhada devido a uma falha transcorrente, no terremoto que atingiu El Progresso, na Guatemala, em 1976

A fissura inicial que cria a falha, juntamente com estas mudanças intensas repentinas ao longo das falhas já formadas, são as principais fontes de terremotos. A maioria dos terremotos ocorre nos limites de placa, porque é aí que a força dos movimentos das placas é sentida de maneira mais intensa, criando zonas de falhas, grupos de falhas interligados. Em uma zona de falha, a liberação de energia cinética pode aumentar o estresse (energia potencial) em outra falha próxima, levando a outros terremotos. Este é um dos motivos pelos quais vários terremotos podem ocorrer na mesma área em um curto período de tempo.

Imagem cedida por USGS Trilhos distorcidos pelo terremoto de 1976, na Guatemala

De tempos em tempos, terremotos realmente ocorrem no meio das placas. Na realidade, uma das mais poderosas séries de terremotos nos Estados Unidos, ocorreu no meio da placa continental Norte Americana. Estes terremotos, que sacudiram vários estados em 1811 e 1812, originaram-se no Missouri. Nos anos 70, cientistas descobriram a origem provável deste terremoto: uma zona de falha de 600 milhões de anos enterrada embaixo de muitas camadas de rocha.

As vibrações de um dos terremoto desta série foram tão poderosas que tocaram os sinos das igrejas num raio tão poderoso que atingiu até Boston. Na próxima sessão, examinaremos as vibrações dos terremotos e veremos como elas viajam pelo solo.

Provocando ondas

Quando uma fissura ou mudança repentina ocorre na crosta terrestre, a energia irradia para fora como ondas sísmicas, assim como a energia da perturbação de um corpo na água irradia em forma de onda. Em cada terremoto, existem vários tipos diferentes de ondas sísmicas.

Imagem cedida por USGS Danos estruturais causados pelas vibrações do terremoto de 1964, no Alasca

Ondas de corpo se movimentam pela parte interna da terra, enquanto as ondas de superfície percorrem sua parte extrema. As ondas de superfície, às vezes chamadas de ondas longas, ou simplesmente ondas L, são responsáveis pela maior parte dos danos associados aos terremotos, porque causam as vibrações mais intensas. Originam-se das ondas de corpo que alcançam a superfície.

Existem dois tipos principais de ondas de corpo.

• Ondas primárias, também chamadas de ondas P ou ondas compressionais, percorrem de 1,6 a 8 km por segundo, dependendo do material por onde estão se movimentando. Esta velocidade é maior do que a velocidade de outras ondas, portanto as ondas P chegam primeiro em qualquer tipo de superfície. Elas percorrem sólidos, líquidos e gases e vão passar completamente pelo corpo da terra. Assim que percorrem as rochas, as ondas movimentam pequenas partículas, separando-as e depois juntando-as novamente, alinhadas com a direção do movimento da onda. Estas ondas chegam na superfície como um golpe abrupto.
• Ondas secundárias, também chamadas de ondas S ou ondas transversais, ficam um pouco atrás das ondas P. À medida que estas ondas se movimentam, elas deslocam partículas de rocha para fora, empurrando-as no sentido perpendicular a seu percurso. Isto resulta no primeiro período de revolução associado aos terremotos. Ao contrário das ondas P, as ondas S não se movimentam direto pela terra. Elas atravessam apenas os materiais em estado sólido e param na camada líquida no centro da terra.

Ambos os tipos de ondas de corpo viajam ao redor da terra e podem ser detectadas do lado oposto do planeta, a partir do ponto onde o terremoto começou. A qualquer momento, ocorre um número de ondas sísmicas muito leves que se movimentam em torno do planeta.

Ondas de superfície são como as ondas em um corpo de água, elas movimentam a superfície da terra. Isto geralmente causa o pior estrago, porque o movimento das ondas mexe com as fundações de estruturas feitas pelo homem. As ondas L são as que movimentam-se mais devagar, portanto, o tremor mais intenso geralmente vem no final de um terremoto.

Localizando a origem do terremoto

Imagem cedida por USGS Uma cerca deslocada devido ao terremoto de 1906, em São Francisco

Vimos na última sessão que existem três tipos diferentes de ondas sísmicas e que estas ondas se movimentam em velocidades diferentes. Como a velocidade exata das ondas P e S varia de acordo com composição do material que elas percorrem, a média entre as velocidades das duas ondas irá permanecer relativamente constante em qualquer terremoto. As ondas P geralmente viajam 1,7 vezes mais rápido do que as ondas S.

Usando esta média, os cientistas podem calcular a distância entre qualquer ponto na superfície da terra e o foco de um terremoto - o ponto de fissura onde as vibrações se originaram. Eles fazem isto com um sismógrafo, máquina que registra as diferentes ondas. Para descobrir a distância entre o sismógrafo e o foco, os cientistas também precisam saber a hora em que as vibrações chegaram. Com esta informação, eles observam quanto tempo passou entre a chegada de ambas as ondas e verificam uma tabela especial para saber a distância que as ondas percorreram, com base neste intervalo.

Ao juntar estas informações de três ou mais pontos, pode-se descobrir o local do foco através do processo de trilateração. Basicamente, desenha-se uma esfera imaginária em volta de cada localização sismográfica, com o ponto de medida como o centro e a distância (vamos chamá-la de X) a partir deste ponto até o foco como o raio. A superfície do círculo descreve todos os pontos que estão a X quilômetros de distância do sismógrafo. O foco tem que estar em algum lugar ao longo desta esfera. Se surgirem duas esferas, baseadas nas evidências de dois sismógrafos diferentes, obtêm-se um círculo bi-dimensional, onde elas se encontram. Já que o foco tem que estar dentro da superfície das duas esferas, todos os pontos de foco possíveis estão situados no círculo formado pela intersecção destas duas esferas. Uma terceira esfera vai interceptar este círculo apenas duas vezes, dando-lhe dois possíveis pontos de foco. E como o centro de cada esfera está na superfície da terra, um destes possíveis pontos estará no ar, restando apenas um local de foco lógico.

Para uma discussão mais completa do cálculo trilateral, veja Como funcionam os receptores GPS.

Medindo a magnitude e a intensidade

Sempre que um terremoto mais importante aparece nos noticiários, ouve-se falar da Escala Richter. Pode-se também pode ouvir falar da Escala Mercalli, apesar de não se falar nela com tanta freqüência. Estas duas medidas descrevem a potência de um terremoto a partir de duas perspectivas diferentes.

Imagem cedida por NGDC Destruição causada por um terremoto de magnitude (Richter) de 6,6 graus em Caracas, Venezuela. O terremoto de 1697 causou a morte de 240 pessoas e um prejuízo de mais de 50 milhões de dólares

A Escala Richter é usada para medir a magnitude de um terremoto, ou seja, a quantidade de energia que é liberada. Isto é calculado usando a informação obtida por um sismógrafo. A Escala Richter é logarítmica, o que quer dizer que o aumento total indica um aumento de dez vezes. Neste caso, o aumento é uma amplitude de onda, ou seja, a amplitude de onda em um terremoto de nível 6 é 10 vezes maior do que um de nível 5 e a amplitude aumenta 100 vezes entre o terremoto de nível 7 e o de nível 9. A quantidade de energia liberada aumenta 31,7 vezes entre os valores totais.

O maior terremoto já registrado marcou 9,5 graus na Escala Richter usada atualmente, apesar de não ser improvável que tenham ocorrido tremores mais fortes na história da terra. A maioria dos terremotos registra menos de 3 graus na Escala Richter. Estes tremores, que geralmente não são sentidos pelas pessoas, são chamados de micro-tremores. Geralmente, não se vê muitos estragos causados por terremotos que ficam abaixo de 4 na escala. Os terremotos mais importantes registram 7 graus ou mais. 

Imagem cedida por NGDC Estragos em uma escola em Anchorage no Alasca, causados pelo terremoto de 1964, em Prince William Sound. O terremoto matou 131 pessoas e causou prejuízos de 538 milhões de dólares e atingiu 9,2 graus na Escala Richter.

A classificação pela escala Richter nos dá apenas uma idéia superficial sobre o verdadeiro impacto de um terremoto. Como vimos, o poder de destruição de um terremoto varia dependendo da composição do solo na área e a localização das estruturas feitas pelo homem. A extensão dos estragos é avaliada pela Escala Mercalli. Os números da Mercalli aparecem em algarismos romanos e se baseiam em interpretações subjetivas. Um terremoto de baixa intensidade, onde algumas pessoas sentem a vibração e no qual não há danos significativos, é classificado como II. A classificação mais alta, XII, é aplicada apenas a terremotos onde estruturas são destruídas, o solo fica rachado e outros desastres naturais se iniciam (como desabamento de terras ou Tsunamis).

Imagem cedida por NGDC Estragos causados por um terremoto de magnitude de 7,4 que atingiu Niigata no Japão, em 1964

O grau da Escala Richter é determinado logo após o terremoto, assim que os cientistas compararam os dados de diferentes estações de sismógrafos. O grau da Escala Mercalli, por outro lado, não pode ser determinado até que os investigadores tenham tempo para conversar com testemunhas para descobrir o que ocorreu durante o terremoto. Assim que eles têm uma idéia clara sobre os prejuízos, eles usam o critério Mercalli para se decidir por um grau adequado.

Na próxima sessão, veremos como os cientistas podem calcular a origem de um terremoto ao detectar estas ondas diferentes.

Como agir em caso de terremotos

Compreendemos os terremotos muito melhor hoje do que há 50 anos, mas ainda não podemos fazer muito a respeito deles. Eles são causados por processos geológicos fundamentais que estão muito além do nosso controle. Estes processos também são meio imprevisíveis, portanto não é possível dizer quando um terremoto vai ocorrer. As primeiras ondas sísmicas detectadas nos dirão que vibrações mais poderosas estão a caminho, mas isto nos dá apenas alguns minutos de alerta, no máximo.

 

Imagem cedida por USGS Estragos no centro de Anchorage no Alasca, causados pelo terremoto de 1964, em Prince William Sound

Os cientistas podem dizer onde é provável que terremotos maiores ocorram, baseados no movimento das placas na terra e na localização das zonas de falha. Eles também podem fazer suposições de quando eles podem ocorrer em uma certa área, observando a história dos terremotos na região e detectando onde a pressão está aumentando ao longo das linhas da falha. Contudo, estas previsões ainda são extremamente vagas. Os cientistas foram mais bem sucedidos ao prever os tremores posteriores, tremores adicionais que seguiram um terremoto. Estas previsões são baseadas em pesquisa extensa de padrões após um tremor. Os sismologistas podem fazer uma boa suposição de como um terremoto, que se originou ao longo de uma falha, vai causar terremotos adicionais em falhas relacionadas.

Uma outra área de estudo é a relação entre as descargas magnéticas e elétricas em material rochoso e os terremotos. Alguns cientistas criaram hipóteses de que estes campos eletromagnéticos mudam um pouco antes de um terremoto. Os sismologistas também estão estudando a infiltração de gás e a inclinação do solo como sinais de aviso de terremotos. Na maior parte das vezes, os cientistas não podem prever os terremotos com precisão.

Então o que podemos fazer a respeito dos terremotos? Os avanços mais importantes nos últimos 50 anos têm sido na área da construção civil. Em 1973, o código de construção civil, um conjunto de padrões internacionais para a construção civil, acrescentou especificações para reforçar os prédios contra a força de ondas sísmicas. Isto inclui o reforço de material de apoio, assim como o projeto de prédios flexíveis para absorver as vibrações sem cair ou se deteriorar. É muito importante projetar estruturas que suportem este tipo de choque, particularmente em áreas sujeitas a terremotos. Veja Como funcionarão as estruturas inteligentes para mais detalhes sobre como os cientistas estão criando novas formas de proteger os prédios da atividade sísmica.

 

Imagem cedida por USGS Colunas de uma ponte rachadas pelo terremoto de 1989, em Loma Prieta na Califórnia

Outro detalhe importante é a educação do público. A United States Geological Survey -USGS (em inglês) e outras agências do governo produziram vários folhetos explicando os processos envolvidos em um terremoto e dando instruções sobre como preparar sua casa e o que fazer quando ocorre um terremoto.

 

Imagem cedida por USGS O grande incêndio de São Francisco em 1906 começou devido a um terremoto muito forte. As vibrações do terremoto e um incêndio destruíram a maior parte da cidade, deixando 250 mil pessoas desabrigadas.

No futuro, melhorias na previsão e na preparação das pessoas devem minimizar ainda mais a perda de vidas e de propriedade associadas aos terremotos. Mas ainda vai demorar muito tempo antes de estarmos preparados para todos os terremotos fortes que possam ocorrer. Assim como as doenças graves e o clima, os terremotos são uma força inevitável gerada pelos processos naturais poderosos que dão forma ao nosso planeta. Tudo o que podemos fazer é aumentarmos nosso entendimento sobre o fenômeno e desenvolver formas melhores de lidar com ele. Para aprender mais sobre terremotos, confira o site da USGS (em inglês) ou qualquer um dos outros links na seção seguinte.