0:00Introdução
Em junho de 1929, um forte terremoto sacudiu a Ilha do Sul da Nova Zelândia. Em Copenhague, uma sismóloga chamada Inge Lehmann estudou os registros que ele deixou em estações do mundo todo. Ondas fracas tinham chegado a estações na Rússia, em uma zona onde, segundo todas as teorias da época, o núcleo da Terra deveria tê-las impedido de chegar.
Ela dedicou anos a esse enigma. Em 1936, ela publicou sua resposta. Bem no interior do núcleo líquido, tinha de haver um segundo núcleo, um núcleo interno, onde as ondas viajam mais rápido. Esse núcleo interno tinha desviado essas ondas para dentro da zona proibida. Ninguém jamais esteve lá. Um terremoto mostrou isso a ela, e, até o fim desta aula, você vai ver como.
Nesta aula, vamos acompanhar um terremoto do começo ao fim. Vamos ver como uma falha se carrega e se rompe, e como os cientistas leem suas ondas. Depois, vamos ver como um terremoto leva ao seguinte e o que as ondas revelam nas profundezas do planeta.
A camada externa da Terra é partida em placas que se deslocam alguns centímetros por ano. Onde duas se encontram, o limite entre elas é uma falha, e, na maior parte do tempo, os dois lados ficam travados, mesmo com as placas continuando a se mover.
1:13A rocha perto de uma falha travada se curva lentamente, como um trampolim sob um peso cada vez maior. Em 1910, um geólogo chamado Harry Fielding Reid demonstrou isso com levantamentos topográficos feitos antes e depois do grande terremoto de São Francisco de 1906. Ele chamou isso de rebote elástico: décadas de curvatura lenta e, depois, um retorno repentino.
1:34Esse é o ciclo sísmico. A falha se carrega por décadas ou séculos, se rompe em segundos ou minutos, e então trava e começa a se carregar de novo. Cada grande terremoto é uma volta desse ciclo.
1:48Os cientistas conseguem observar a carga acontecendo. Receptores de GPS ancorados no chão acompanham a própria posição com precisão de uma fração de polegada, alguns milímetros. Longe de uma falha travada, as estações acompanham suas placas, mas as que estão perto dela ficam para trás. O chão está se curvando.
2:06O grau em que uma falha está travada se chama acoplamento. Uma falha totalmente acoplada armazena quase todo o movimento das placas, ano após ano. Ao largo do nordeste do Japão, o grande terremoto de março de 2011 mostrou que as placas ali estavam travadas até a própria fossa, onde a placa do Pacífico mergulha sob o Japão. Quando esse limite se soltou, o fundo do mar se deslocou, em alguns pontos cerca de 50 metros, mais de 150 pés.
2:33Nem toda falha fica perfeitamente parada enquanto se carrega. Sob o estado de Washington e a Colúmbia Britânica, a parte profunda do limite entre as placas desliza cerca de uma polegada, alguns centímetros, ao longo de umas duas semanas, aproximadamente a cada 14 meses. Ninguém sente. O GPS revelou esses eventos de deslizamento lento por volta do ano 2000. Os cientistas os acompanham de perto, porque cada um acrescenta carga à parte travada da falha acima.
3:00O ciclo deixa um registro no solo. Os geólogos cavam trincheiras atravessando as falhas e leem as camadas de solo como páginas de um livro. Onde uma camada está rasgada e deslocada, um terremoto a rompeu. Datar essas camadas mostra com que frequência uma falha se rompeu ao longo de milhares de anos.
3:20A ruptura
Um terremoto não rompe a falha inteira de uma vez. Ele começa em um ponto, o hipocentro, onde a tensão vence o atrito primeiro. Dali, a quebra, ou ruptura, avança rapidamente pela falha, em geral de 2 a 3 quilômetros a cada segundo. Algumas rupturas chegam a ser mais rápidas que algumas das ondas que emitem.
3:39Quanto maior o terremoto, mais tempo a ruptura continua. Um terremoto moderado termina em poucos segundos. No grande terremoto de Sumatra de 2004, a ruptura continuou rasgando rumo ao norte por cerca de oito minutos, ao longo de mais de 1.300 quilômetros de falha.
3:56Quanto da falha se rompe, e quanto ela desliza, define o tamanho de um terremoto. Os cientistas multiplicam três coisas: a área da falha que se rompeu, quanto seus dois lados deslizaram e quão rígida é a rocha. O resultado, o momento sísmico, é a base da escala de magnitude moderna. Cada degrau inteiro na escala significa cerca de 32 vezes mais energia liberada.
4:18A maioria dos terremotos começa a até cerca de 70 quilômetros da superfície. Mas, onde uma placa mergulha sob outra, os terremotos acompanham a placa que afunda, até cerca de 700 quilômetros de profundidade. Em 1994, um dos maiores terremotos profundos já registrados aconteceu a cerca de 630 quilômetros abaixo da Bolívia. Ele foi sentido até no Canadá.
4:44A leitura das ondas
A ruptura emite ondas. As ondas P comprimem e esticam a rocha, como um empurrão ao longo de uma mola, e são as mais rápidas. As ondas S a sacodem de um lado para o outro e chegam depois. Onde elas chegam à superfície, as ondas superficiais se espalham rolando pelo chão. Elas são as mais lentas e causam boa parte dos danos.
5:03O intervalo entre as ondas P e S diz a uma estação a que distância está o terremoto. Para um terremoto próximo, cada segundo desse intervalo significa cerca de 8 quilômetros. Três estações bastam para localizar o ponto, e redes com centenas de estações fazem isso em segundos.
5:19As falhas se rompem de três maneiras principais. Em uma falha normal, a crosta se estica e um bloco desce. Em uma falha inversa, ela é comprimida e um bloco sobe por cima do outro. Em uma falha transcorrente, os dois lados deslizam lateralmente um pelo outro.
5:34As próprias ondas revelam de que modo uma falha se rompeu. Em algumas estações, o primeiro movimento do chão é um empurrão; em outras, um puxão. Mapeados ao redor do globo, esses empurrões e puxões desenham um padrão que os sismólogos chamam de “bola de praia”. Em fevereiro de 2023, um terremoto de magnitude 7,8 atingiu a Türkiye. Sua “bola de praia” mostrou uma ruptura transcorrente, e suas réplicas traçaram essa ruptura ao longo da falha da Anatólia Oriental.
6:02Determinar o tamanho leva mais tempo. Em 2011, o primeiro alerta de tsunami do Japão, cerca de três minutos depois do início do tremor, se baseou em uma magnitude de 7,9. O método rápido atinge seu limite nos maiores terremotos, e a estimativa foi elevada, em etapas, até 9. Os números rápidos servem para os alertas; o definitivo vem do registro completo.
6:27Esse número definitivo é a magnitude de momento, calculada a partir da área e do deslizamento da falha. Ao contrário das escalas mais antigas, ela não para de crescer nos maiores terremotos. Por isso, um grande terremoto pode apresentar várias magnitudes na primeira hora, à medida que as estimativas rápidas dão lugar à magnitude de momento.
6:45Satélites de radar conseguem mapear um terremoto inteiro de uma só vez. Comparando imagens feitas antes e depois, eles desenham faixas de cor onde o chão se moveu, cada faixa com cerca de 3 centímetros, mais ou menos uma polegada, de movimento em direção ao satélite. O padrão traça a falha que se rompeu, mesmo onde ninguém consegue chegar.
7:07Os terremotos conversam entre si
Os terremotos seguem regras próprias. A cada degrau abaixo na magnitude, há cerca de dez vezes mais. No mundo todo, há mais de 1.000 terremotos de magnitude 5 ou mais em um ano típico, mas só cerca de um de magnitude 8 ou mais.
7:22Depois de um grande terremoto vêm as réplicas, e elas diminuem de forma regular, um padrão que o sismólogo Fusakichi Omori descobriu no Japão na década de 1890. Dez dias depois do tremor principal, elas ocorrem com cerca de um décimo da frequência do primeiro dia. Cem dias depois, cerca de um centésimo.
7:40A maior réplica é, em média, cerca de 1,2 menor em magnitude que o terremoto principal. Por isso, depois de um terremoto de magnitude 7, uma réplica forte perto de magnitude 6 não é surpresa, e os prédios danificados devem ficar vazios até serem inspecionados.
7:59Um terremoto não só libera tensão. Ele a desloca. Onde a falha rompida termina, a tensão na rocha logo além dela aumenta, e o segmento seguinte é empurrado para mais perto da ruptura.
8:11A falha da Anatólia do Norte, na Türkiye, mostra isso claramente. A partir de 1939, uma série de grandes terremotos avançou ao longo dela de leste a oeste durante 60 anos. Um estudo dos dez maiores concluiu que nove tinham sido levados para mais perto da ruptura pelos anteriores. Em agosto de 1999, o avanço chegou a Izmit, perto de Istambul, e aumentou a probabilidade de um terremoto forte sob Istambul.
8:38As pessoas também podem destravar falhas. Em Oklahoma, operações de petróleo e gás bombearam enormes volumes de águas residuais salgadas para o fundo do subsolo, aumentando a pressão dentro de falhas antigas até que elas deslizassem. Os terremotos de magnitude 3 ou mais saltaram de cerca de dois por ano para mais de 900 em 2015. O maior de Oklahoma, de magnitude 5,8, perto de Pawnee em 2016, foi sentido em vários estados.
9:07Tudo isso entra nas previsões, que dão probabilidades, nunca uma data. A pequena cidade de Parkfield, na Califórnia, fica sobre a falha de San Andreas. Entre 1857 e 1966, seis terremotos moderados aconteceram ali, aproximadamente um a cada 22 anos.
9:24Em 1985, os cientistas previram o próximo para antes de 1993 e encheram a área de instrumentos para registrá-lo. Ele veio em 2004, 11 anos depois que a janela da previsão se fechou. As falhas são regulares o bastante para serem previstas, mas não o bastante para cumprir um horário.
9:43Por isso, as previsões modernas combinam o ciclo, o registro nas trincheiras e as medições de GPS da carga em probabilidades para cada falha nas próximas décadas. Depois do surto em Oklahoma, o Serviço Geológico dos Estados Unidos começou a emitir também previsões de um ano para terremotos causados por pessoas.
10:04Vendo o interior da Terra
As mesmas ondas que sacodem o chão viajam através do planeta inteiro. A rocha mais profunda está sob uma pressão enorme, e as ondas em geral ficam mais rápidas à medida que descem. Por isso suas trajetórias se curvam suavemente de volta para a superfície, como o tremular de uma miragem sobre uma estrada quente.
10:19Em 1909, um cientista croata chamado Andrija Mohorovičić percebeu que as ondas de um terremoto próximo chegavam em dois grupos. Algumas tinham seguido um caminho mais rápido, através de rocha mais profunda. Ele tinha encontrado a base da crosta, um limite que até hoje leva o seu nome: o Moho.
10:38Muito mais fundo, as ondas revelam o núcleo. A mais de um quarto da volta ao globo a partir de um terremoto, as ondas S desaparecem e nunca mais voltam. As ondas P também enfraquecem até sumir, e depois reaparecem do outro lado. As ondas S não conseguem atravessar líquidos. O núcleo externo está fundido.
10:55E isso nos traz de volta a Inge Lehmann. As ondas fracas na Rússia tinham atravessado o núcleo líquido e sido desviadas por algo mais rápido dentro dele. Era um núcleo interno, com um raio de cerca de 1.200 quilômetros. Trabalhos posteriores mostraram que ele é de ferro e níquel sólidos, mais ou menos tão quente quanto a superfície do Sol. As redes modernas mapeiam o interior profundo da Terra em três dimensões, a partir de milhões desses registros.
11:19Ninguém perfurou além de cerca de 12 quilômetros de profundidade. A maior parte do que sabemos sobre tudo o que há lá embaixo vem de cronometrar as ondas dos terremotos em estações do mundo todo.
11:32Três coisas
Então, três coisas para lembrar. Primeiro, uma falha se carrega por décadas, se rompe em minutos e trava de novo: o ciclo sísmico. Segundo, as ondas revelam onde uma falha se rompeu, como ela se moveu e quão grande foi a ruptura, e cada terremoto passa tensão adiante para o seguinte. E terceiro, essas mesmas ondas mapearam o interior do planeta, até o seu núcleo sólido.
11:54Cada terremoto é uma mensagem de dentro do planeta. Inge Lehmann leu uma de 1929 e encontrou um mundo que ninguém jamais vai visitar. Obrigado por assistir ao Earth Explained. Inscreva-se para a próxima aula e assista ao planeta ao vivo, dia e noite, no EarthWatch 24-7.