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EARTH EXPLAINED · GUIA DA AULA

O dia em que o Japão se moveu

O terremoto e o tsunami de Tōhoku de 2011, a partir das placas

Vídeo 9:27Nível Do 6º ao 12º ano · Geologia universitária introdutóriaPadrões MS-ESS2-2, MS-ESS3-2, HS-ESS2-1, HS-ESS3-1, HS-PS4-1
Idioma Português

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Por que um dos países mais bem preparados da Terra ainda sofreu tanto em 11 de março de 2011, se os sinais de alerta estavam escritos em sua história e enterrados em seu solo havia mais de mil anos?

Em 11 de março de 2011, a placa do Pacífico deslizou até 50 metros sob o norte do Japão, ao longo da fossa do Japão, em um terremoto de magnitude 9,0–9,1, o mais forte já medido no Japão. Esta aula acompanha o evento a partir das placas: a falha de subducção travada que acumulou deformação durante séculos, o tsunami de Jōgan de 869, cuja areia ainda está sob a planície de Sendai, os primeiros minutos de alertas, um tsunami que alcançou cerca de 40 metros de altura em terra e atravessou o Pacífico, as consequências humanas e físicas, e as mudanças que o Japão fez depois. Ela termina com a fossa de Nankai, a próxima falha que o Japão está observando.

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Objetivos de aprendizagem Depois desta aula, os alunos serão capazes de:

  1. Identificar as quatro placas que se encontram no Japão e explicar como a subducção da placa do Pacífico na fossa do Japão acumula deformação em uma falha travada e a libera em grandes terremotos.
  2. Explicar como um soerguimento repentino do fundo do mar gera um tsunami, e por que um tsunami viaja rápido e baixo no oceano profundo, mas desacelera e cresce ao chegar à costa.
  3. Usar registros históricos e camadas de areia de tsunami para explicar como o tsunami de Jōgan de 869 revelou o perigo, e por que as previsões que esperavam um terremoto de magnitude em torno de 8 ainda assim o subestimaram.
  4. Descrever como o alerta antecipado de terremotos e os alertas de tsunami funcionaram em 11 de março de 2011, incluindo por que a primeira estimativa de magnitude, 7,9, foi pequena demais e como as observações no mar corrigiram os alertas.
  5. Interpretar medições dos efeitos físicos do evento: comprimento da ruptura e deslizamento, cota máxima de inundação, deslocamento medido por GPS e afundamento da costa, e a mudança calculada na duração do dia.
  6. Avaliar o que protegeu as pessoas e o que falhou, usando a pedra de tsunami de Aneyoshi, os simulados escolares de Kamaishi, os muros de contenção ultrapassados e a usina nuclear de Fukushima Daiichi.
  7. Explicar como o Japão mudou seus alertas e seu monitoramento depois de 2011, e interpretar uma probabilidade de longo prazo, como a previsão de 30 anos para a fossa de Nankai.

Antes de assistir

Vocabulário-chave ★ termos de aprofundamento para alunos mais velhos

Placa tectônica
Um grande bloco da camada externa rígida da Terra, geralmente com cerca de 100 km de espessura, que se move lentamente sobre o manto mais quente e mais macio que fica abaixo. O Japão fica onde quatro placas se encontram: a do Pacífico, a do Mar das Filipinas, a Norte-Americana e a Eurasiática.
Subducção
O processo em que uma placa se curva e afunda sob outra, voltando para o manto. Ao largo do nordeste do Japão, a placa do Pacífico afunda sob o Japão.
Fossa oceânica
O vale longo e profundo no fundo do mar onde uma placa se curva para baixo, sob outra. A fossa do Japão, onde a placa do Pacífico começa sua descida, tem cerca de 8 km de profundidade.
Falha travada
Uma parte de um limite de placas onde o atrito mantém as duas placas presas uma à outra, de modo que seu movimento fica armazenado como deformação elástica na rocha, como uma mola sendo tensionada, até que a falha desliza de repente em um terremoto.
Tsunami
Uma série de ondas oceânicas formadas quando uma grande massa de água é empurrada de repente, aqui pelo fundo do mar que se ergue bruscamente. A primeira onda muitas vezes não é a maior.
Magnitude
Uma medida do tamanho de um terremoto. Cada passo inteiro libera cerca de 32 vezes mais energia. O terremoto de 2011 teve magnitude 9,0 pela contagem da Japan Meteorological Agency (agência meteorológica do Japão) e 9,1 pela do U.S. Geological Survey (serviço geológico dos Estados Unidos).
Depósito de tsunami
Uma camada de areia que um tsunami leva terra adentro, vinda da praia e do fundo do mar, e deixa sobre o solo ou sobre a lama de um pântano. Microfósseis marinhos na areia mostram que ela veio do mar.
Cota máxima de inundação (run-up)
A altura acima do nível do mar do ponto mais alto em terra que a água alcança. Ela pode ser muito maior que a altura da onda na linha da costa, especialmente no fundo de baías estreitas e de encostas íngremes.
Alerta antecipado de terremotos
Um sistema que detecta as primeiras ondas sísmicas, mais rápidas, perto da origem de um terremoto já em andamento e envia um alerta antes que o tremor mais lento e mais forte chegue a lugares mais distantes. Ele dá de segundos a cerca de um minuto de aviso, não horas.
Subsidência
O afundamento da superfície do terreno. Em 2011, a península de Oshika afundou cerca de 1,2 m em minutos, deixando partes da costa permanentemente mais baixas e mais expostas ao mar.
Pedra de tsunami
Um monumento de pedra na costa do Japão que registra um tsunami do passado e alerta as gerações seguintes, como a pedra de Aneyoshi: não construam suas casas abaixo deste ponto.
Duração do dia
O tempo que a Terra leva para girar uma vez, cerca de 86.400 segundos. Aproximar massa do eixo da Terra faz o planeta girar um pouco mais rápido, como faz uma patinadora ao recolher os braços.
Terremoto de megacavalgamento★
Um terremoto na falha de baixa inclinação entre uma placa em subducção e a placa acima dela. Todos os terremotos de magnitude 9 ou mais, incluindo o terremoto de Tōhoku de 2011, foram de megacavalgamento.
Momento sísmico★
O tamanho físico de um terremoto: a rigidez da rocha × a área da falha que deslizou × o deslizamento médio. A magnitude de momento é calculada a partir dele.
Paleossismologia★
O estudo de terremotos e tsunamis que aconteceram antes de existirem instrumentos, usando evidências como camadas de areia enterradas, mudanças repentinas no nível do terreno e material vegetal datado.
Base de projeto★
O maior perigo, como um terremoto, uma inundação ou um tsunami, que uma estrutura é projetada para suportar. Em Fukushima Daiichi, o tsunami a superou em muito.

Capítulos Escolha um tempo para reproduzir a partir dele

0:00O momento

Às 2:46 da tarde da sexta-feira, 11 de março de 2011, o fundo do mar a cerca de 70 km da costa nordeste do Japão cedeu. O chão tremeu por vários minutos, e em muitos lugares do litoral as pessoas tiveram cerca de meia hora antes de o mar chegar.

0:34Quatro placas

O Japão fica onde as placas do Pacífico, do Mar das Filipinas, Norte-Americana e Eurasiática se encontram. A placa do Pacífico avança em direção ao Japão a cerca de 8 cm por ano e afunda na fossa do Japão; onde as placas travam, a deformação se acumula até que a falha desliza e o fundo do mar se ergue bruscamente. É por isso que o Japão tem cerca de um em cada cinco terremotos fortes do mundo e mais de cem vulcões ativos.

2:00Alertas do passado

O tsunami de Jōgan de 869 inundou a planície de Sendai e afogou cerca de 1.000 pessoas, e a partir de 1990, mais ou menos, geólogos encontraram sua areia, com camadas mais antigas abaixo dela, muito terra adentro; mesmo assim, as previsões oficiais esperavam um terremoto de magnitude em torno de 8, e não 9. No litoral de Sanriku, tsunamis em 1896 e 1933 mataram cerca de 22.000 e 3.000 pessoas, e a aldeia de Aneyoshi gravou um aviso em pedra.

3:192:46 da tarde

A ruptura começou a cerca de 70 km da península de Oshika, a cerca de 30 km de profundidade, propagou-se por cerca de 400 km ao longo da fossa e deslizou até cerca de 50 m. O alerta antecipado deu a Tóquio cerca de um minuto; o primeiro alerta de tsunami, emitido três minutos após o terremoto, se baseou em uma magnitude de 7,9 e previu de 3 a 6 m, e foi elevado para mais de 10 m quando sensores no mar detectaram a onda real.

4:38A onda

Por que um tsunami atravessa o oceano profundo na velocidade de um avião a jato e se avoluma perto da costa. A água alcançou uma cota de cerca de 40 m perto de Miyako, ultrapassou os muros de contenção, varreu o aeroporto de Sendai e inundou mais de 500 km², enquanto Aneyoshi, construída acima de sua pedra, foi poupada. Em Fukushima Daiichi, uma onda de cerca de 14 m de altura inundou um local projetado para cerca de 6 m, e três reatores sofreram fusão do núcleo; o tsunami chegou ao Havaí em cerca de 7 horas, à Califórnia em cerca de 10 e ao Chile em cerca de um dia.

6:16As consequências

Mais de 18.000 pessoas morreram ou nunca foram encontradas, a maioria por afogamento, e cerca de 122.000 edifícios foram destruídos; o Banco Mundial estimou os danos em até US$ 235 bilhões. O GPS mostrou que a península de Oshika se deslocou 5,3 m e afundou 1,2 m, e um cálculo da NASA sugere que o dia ficou cerca de 1,8 milionésimo de segundo mais curto. Em Kamaishi, anos de simulados fizeram com que quase todos os cerca de 3.000 alunos da cidade sobrevivessem.

7:22O que o Japão mudou

Desde 2013, quando um terremoto é grande demais para ser medido rapidamente, o primeiro alerta de tsunami diz que o tsunami será 'enorme', em vez de arriscar um número. Uma rede de 150 estações no fundo do mar, ligadas por cabo, agora monitora as fossas do Japão e das Curilas, e mais de 400 km de novos muros de contenção, alguns com mais de 12 m de altura, margeiam a costa.

7:57Ainda em movimento

O Japão ainda sente cerca de 2.000 terremotos por ano. Em 2025, o governo estimou a chance de um grande terremoto na fossa de Nankai nos próximos 30 anos em 60–90% ou mais por um método, e em 20–50% por outro. O resumo: três coisas para lembrar e a lição da pedra de Aneyoshi.

Concepções erradas comuns Para o professor

Concepção erradaUm tsunami é uma única parede gigante de água, tão alta em alto-mar quanto na costa.

O que as evidências mostramNo oceano profundo, um tsunami pode ter apenas um metro de altura, embora se mova a cerca de 800 km/h. Ele só cresce quando desacelera em águas rasas, e chega como uma série de ondas. Em 2011, as primeiras medições pequenas na costa levaram algumas pessoas a acreditar que o tsunami seria pequeno, e por isso a Japan Meteorological Agency (agência meteorológica do Japão) mudou depois a forma como anuncia as primeiras observações.

Concepção erradaO primeiro alerta de tsunami diz qual será o tamanho da onda; então, se a previsão for menor que o muro de contenção local, você está seguro.

O que as evidências mostramA primeira previsão de 2011, de 3 a 6 m, se baseou em uma estimativa de magnitude de 7,9 que era pequena demais, e a agência meteorológica do Japão concluiu que ela pode ter atrasado algumas evacuações. A resposta segura a um tremor forte e longo na costa é ir imediatamente para um lugar alto, seja qual for o primeiro número.

Concepção erradaOs cientistas não tinham como saber que um tsunami tão grande poderia atingir essa costa.

O que as evidências mostramO tsunami de Jōgan de 869 foi descrito nos registros históricos do Japão, e a partir de 1990, mais ou menos, geólogos encontraram sua areia, e camadas mais antigas, a quilômetros terra adentro na planície de Sendai. As evidências existiam; ainda assim, as previsões oficiais esperavam um terremoto de magnitude em torno de 8, porque o registro instrumental era curto e o trabalho geológico ainda estava sendo incorporado às avaliações de perigo.

Concepção erradaO alerta antecipado de terremotos prevê terremotos antes que eles aconteçam.

O que as evidências mostramO alerta antecipado detecta um terremoto que já começou e corre contra as ondas mais lentas e mais destrutivas. Ele pode dar de dezenas de segundos a cerca de um minuto longe da origem, como em Tóquio em 2011, mas os lugares mais próximos da ruptura podem sentir um tremor forte antes que qualquer alerta chegue.

Concepção erradaO terremoto de 2011 tirou a Terra de seu eixo e mudou de forma perceptível a duração do dia.

O que as evidências mostramSegundo um cálculo da NASA, o dia ficou cerca de 1,8 milionésimo de segundo mais curto, e o eixo em torno do qual a massa da Terra se equilibra se deslocou cerca de 17 cm; o eixo da Terra no espaço não se moveu. A mudança foi calculada, não sentida, e é muito menor que as variações naturais da duração do dia causadas pelos ventos, pelas correntes oceânicas e pelo núcleo da Terra.

Perguntas para discussão

  1. Os geólogos tinham encontrado a areia do tsunami de Jōgan na planície de Sendai mais de vinte anos antes de 2011, mas as previsões oficiais esperavam um terremoto de magnitude em torno de 8. Por que novas evidências geológicas podem levar muito tempo para mudar os planos oficiais? Como uma sociedade deve agir diante de evidências fortes, mas ainda não certas?
  2. Em Aneyoshi, uma pedra gravada depois de 1933 manteve todas as casas fora do alcance do tsunami de 2011. Em outros lugares, muros de contenção construídos para tsunamis anteriores foram ultrapassados. Compare os dois tipos de proteção: quais são os pontos fortes e fracos de uma regra lembrada e de um muro construído pela engenharia?
  3. As crianças das escolas de Kamaishi praticavam havia anos uma única regra: depois de um grande terremoto, corram imediatamente para um lugar alto e não esperem por ninguém. Por que uma regra simples como essa pode salvar mais vidas do que esperar um alerta oficial? Você consegue pensar em situações em que seria difícil segui-la?
  4. O primeiro alerta de tsunami de 2011 deu um número que se revelou baixo demais. Desde 2013, quando o tamanho é incerto, o primeiro alerta simplesmente diz que o tsunami será 'enorme'. Um alerta sem número é melhor ou pior que uma previsão precisa, mas possivelmente errada? Explique seu raciocínio.
  5. Em Fukushima Daiichi, uma onda de cerca de 14 m de altura atingiu um local projetado para cerca de 6 m. Como engenheiros e governos devem decidir qual é o tamanho do perigo que uma usina nuclear, um hospital ou uma escola deve ser construído para suportar, quando os maiores eventos acontecem apenas a cada algumas centenas ou milhares de anos?
  6. Para a fossa de Nankai, o governo do Japão deu duas probabilidades para 30 anos: 60–90% ou mais por um método e 20–50% por outro. O que cada número significa para uma família, uma cidade e um governo nacional? Qual você destacaria nas mensagens ao público, e por quê?

Quiz Escolha uma resposta; a correção é automática

1.O que acontece onde a placa do Pacífico encontra o norte do Japão, na fossa do Japão?

2.Por que uma falha de subducção produz grandes terremotos repentinos em vez de deslizar suavemente o tempo todo?

3.Que evidências mostraram que tsunamis gigantes tinham atingido a planície de Sendai muito antes de 2011?

4.Três minutos após o terremoto, o primeiro alerta de tsunami previu ondas de 3 a 6 metros. Por que essa previsão foi baixa demais?

5.No oceano profundo, um tsunami pode ter apenas um metro de altura, mas viaja a cerca de 800 km/h. O que acontece quando ele chega a águas rasas perto da costa?

6.O que levou ao desastre na usina nuclear de Fukushima Daiichi?

7.O GPS mostrou que a península de Oshika se deslocou cerca de 5,3 metros em direção ao mar e afundou cerca de 1,2 metro. O que isso nos diz?

8.Quase todos os cerca de 3.000 alunos de Kamaishi sobreviveram ao tsunami. O que fez a maior diferença?

9.Desde 2013, se um terremoto é grande demais para ser medido rapidamente, o que faz o primeiro alerta de tsunami da agência meteorológica do Japão?

10.Em 2025, o governo do Japão estimou a chance de um grande terremoto na fossa de Nankai nos próximos 30 anos em 60–90% ou mais por um método, e em 20–50% por outro. Qual é a melhor interpretação?

Resposta escrita

1. Explique, passo a passo, como o terremoto de 2011 produziu um tsunami que chegou à costa do Japão em cerca de meia hora e atravessou todo o Pacífico. Use os termos subducção, falha travada, deformação, soerguimento do fundo do mar e águas rasas.

O que uma boa resposta inclui

A placa do Pacífico converge com o Japão a cerca de 8 cm por ano e sofre subducção na fossa do Japão. Onde as placas se tocam, a falha está travada, então a borda do Japão é arrastada para baixo e comprimida, e a deformação elástica se acumula. Em 2011, a deformação venceu o atrito: a falha deslizou até cerca de 50 m em uma zona de cerca de 400 km de comprimento, a borda comprimida voltou como uma mola e o fundo do mar se ergueu bruscamente, levantando toda a coluna de água acima dele. A gravidade puxou essa água elevada de volta para baixo, enviando ondas em todas as direções. No oceano profundo, elas viajaram a cerca de 800 km/h com apenas um metro de altura; em águas rasas perto da costa, desaceleraram e cresceram, chegando ao litoral próximo em cerca de meia hora e alcançando cotas de cerca de 40 m em alguns lugares. Pelo Pacífico aberto, chegaram ao Havaí em cerca de 7 horas e ao Chile em cerca de um dia.

2. Usando o tsunami de Jōgan de 869 como exemplo, explique como a geologia pode revelar um perigo que o registro instrumental não capta, e por que o terremoto de 2011 ainda assim foi maior do que as previsões oficiais esperavam.

O que uma boa resposta inclui

Os sismógrafos registram terremotos no Japão há apenas cerca de um século, muito menos que o tempo entre os maiores eventos. Os registros históricos do Japão descreviam o tsunami de 869 inundando a planície de Sendai e afogando cerca de 1.000 pessoas. A partir de 1990, mais ou menos, geólogos encontraram sua areia, trazida do mar, a quilômetros terra adentro, com camadas de areia mais antigas abaixo dela, mostrando que tsunamis gigantes tinham atingido a região repetidas vezes, com séculos de intervalo. Mesmo assim, as previsões oficiais se baseavam principalmente nos terremotos recentes mais conhecidos e esperavam um evento de magnitude em torno de 8. O trabalho geológico ainda estava estimando o tamanho do terremoto de Jōgan, e sua lição completa, de que um trecho muito maior da falha poderia se romper de uma só vez, ainda não tinha sido incorporada aos planos contra o perigo quando o terremoto de magnitude 9 aconteceu.

3. Compare três tipos de proteção descritos no episódio: a pedra de Aneyoshi, os simulados escolares de Kamaishi, e os muros de contenção junto com a usina de Fukushima Daiichi. Quais protegeram as pessoas, quais falharam e por quê?

O que uma boa resposta inclui

A pedra de Aneyoshi funcionou porque sua regra não dependia de prever o tamanho da próxima onda: todas as casas foram construídas acima dela, e a onda de 2011 parou cerca de 90 m morro abaixo. Os simulados de Kamaishi funcionaram porque uma regra simples e praticada, correr imediatamente para um lugar alto e não esperar, não dependia de alertas nem de estimativas; cerca de 99,8% dos alunos da cidade sobreviveram. Os muros de contenção construídos para tsunamis anteriores, e o local de Fukushima Daiichi, projetado para uma onda de cerca de 6 m, falharam porque foram projetados para uma altura fixa que o tsunami de 2011, de cerca de 14 m na usina, ultrapassou. A lição é que defesas dimensionadas a partir de eventos passados podem ser ultrapassadas, enquanto regras que tiram as pessoas do alcance da água funcionam seja qual for o tamanho da onda; os melhores planos usam as duas coisas.

Para aprofundar Universidade e ensino médio avançado

Com que rapidez um tsunami atravessa o Pacífico, e por que ele cresce?

O comprimento de onda de um tsunami (centenas de quilômetros) é muito maior que a profundidade do oceano, então ele se comporta como uma onda de águas rasas cuja velocidade depende apenas da profundidade d: c = √(g·d), com g = 9,81 m/s². Ao avançar para águas mais rasas, a conservação do fluxo de energia faz sua altura crescer aproximadamente na proporção de 1 ÷ ⁴√d, o inverso da raiz quarta da profundidade (lei de Green), antes de quebrar ou de inundar a terra.

ProblemaCalcule a velocidade para uma profundidade típica de 5.000 m, em m/s e em km/h. A distância pelo círculo máximo do epicentro de 2011 até Honolulu é de cerca de 5.960 km: preveja o tempo de viagem e compare-o com as cerca de sete horas do episódio. Depois, estime quanto uma onda de 1 m de altura sobre 4.000 m de água cresceria até chegar a águas de 10 m de profundidade, e qual seria sua velocidade ali. Por que a cota máxima de inundação em terra, de cerca de 40 m em 2011, pode ser ainda muito maior?

Resolução comentada

c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, a velocidade do episódio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 horas, perto da chegada observada de cerca de sete horas (a onda real segue o fundo do mar real, em parte mais profundo que 5.000 m). Crescimento: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, então a onda de 1 m passa a ter cerca de 4,5 m de altura, movendo-se a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, ou cerca de 36 km/h, mais rápido do que a maioria das pessoas consegue correr. A cota máxima de inundação é a altura que a água sobe em terra, não a altura da onda ao largo: no litoral de Sanriku, baías estreitas em forma de V canalizam o fluxo e a água em movimento leva seu impulso morro acima, então a cota ali chegou a cerca de 40 m.

Magnitude, energia e deslizamento

A energia irradiada aumenta por um fator de cerca de 101.5 ≈ 32 a cada passo inteiro de magnitude. A magnitude de momento é definida a partir do momento sísmico M₀ (em newton-metros) por M₀ = 101.5·Mw + 9.1, e M₀ = μ·A·D, onde μ é a rigidez da rocha, A a área que deslizou e D o deslizamento médio. O USGS modela a ruptura de 2011 com cerca de 400 km de comprimento e 150 km de largura, e deslizamento máximo de 50 a 60 m.

ProblemaQuantas vezes mais energia a magnitude final, 9,1 (USGS), representou em relação à primeira estimativa de 7,9? Quanto importa a diferença entre o 9,0 da JMA e o 9,1 do USGS? Usando μ = 4 × 1010 Pa, calcule o deslizamento médio para Mw 9,0 e Mw 9,1 e compare-o com o deslizamento máximo.

Resolução comentada

101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 vezes mais energia que a primeira estimativa, e é por isso que a primeira previsão de tsunami foi tão baixa. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: os valores das duas agências diferem em cerca de 40% em energia, pouco perto do primeiro erro. Para Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, então D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; para Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m e D ≈ 23 m. O deslizamento médio, de aproximadamente 17 a 23 m, é menos da metade do máximo de 50 a 60 m, que se concentrou perto da fossa, onde ergueu mais o fundo do mar e gerou o maior tsunami.

Quanto tempo de aviso o alerta antecipado pode dar?

As ondas P viajam pela crosta a aproximadamente 6 a 7 km/s, e as ondas S, que carregam a maior parte do tremor forte, a aproximadamente 3,5 a 4 km/s. Um sistema de alerta antecipado detecta as ondas P em estações perto da origem, estima o terremoto e envia um alerta, que então viaja na velocidade da comunicação eletrônica. A ruptura de 2011 começou a cerca de 30 km de profundidade; Tóquio fica a cerca de 376 km do epicentro, e a ponta da península de Oshika, a cerca de 76 km.

ProblemaSuponha que o alerta seja enviado 30 segundos após o início da ruptura. Estime quanto tempo Tóquio teve antes da chegada das primeiras ondas S. Depois, estime o raio da 'zona cega', a área onde as ondas S chegam antes do alerta, e decida se a península de Oshika estava dentro dela. Por que o tremor mais forte de um grande terremoto pode chegar mais tarde do que este cálculo simples sugere?

Resolução comentada

Tempo de viagem das ondas S até Tóquio ≈ 376 km ÷ 3,5 a 4 km/s ≈ 94 a 107 s, então o tempo de aviso é de cerca de 64 a 77 s, cerca de um minuto, como no episódio. Em 30 s, as ondas S percorrem cerca de 105 a 120 km a partir do hipocentro; a 30 km de profundidade, isso alcança a superfície até √(105² − 30²) ≈ 100 km a √(120² − 30²) ≈ 116 km do epicentro. A península de Oshika, a cerca de 82 km do hipocentro, sentiu as ondas S após apenas cerca de 20 a 23 s, antes de um alerta assim. Em um grande terremoto, a própria ruptura continua crescendo por minutos e emite ondas fortes de partes da falha que se rompem depois e ficam mais perto de cidades distantes, então os tempos de aviso reais dependem da ruptura inteira, e não só do seu ponto de partida.

O balanço de deformação e a recorrência dos tsunamis do tipo Jōgan

A placa do Pacífico converge com o norte do Japão a cerca de 83 mm por ano (USGS). Minoura e colegas (2001) encontraram três camadas de areia de tsunami na planície de Sendai e estimaram que os maiores tsunamis ocorreram mais ou menos a cada 1.000 anos; Sawai e colegas (2012), usando idades por radiocarbono de muitos locais, sugeriram intervalos de 500 a 800 anos. Uma forma simples de transformar um intervalo de recorrência T em uma probabilidade é supor que os eventos ocorrem ao acaso: P = 1 − exp(−t/T) para um período de t anos.

ProblemaQuantos anos de convergência de placas um deslizamento de 50 m representa? E um deslizamento médio de cerca de 20 m? Quanta convergência se acumulou entre 869 e 2011? Depois, calcule a probabilidade de um tsunami do tipo Jōgan em 30 anos e em 50 anos para T = 1.000 anos e T = 500 anos. O que esses números sugerem sobre projetar usinas ou cidades costeiras para um evento 'de uma vez a cada mil anos'?

Resolução comentada

50 m ÷ 0,083 m/ano ≈ 600 anos; 20 m ÷ 0,083 m/ano ≈ 240 anos. De 869 a 2011 (1.142 anos), acumularam-se cerca de 95 m de convergência, mais que o deslizamento de 2011, então nem toda a convergência fica armazenada como deformação na área travada: parte é liberada por deslizamento lento e silencioso e pelos muitos terremotos menores nesse limite de placas. Ozawa e colegas (2011) apontam o outro lado do balanço: antes de 2011, o GPS mostrava a deformação se acumulando ao largo de Tōhoku muito mais rápido do que os terremotos anteriores no limite de placas a haviam liberado, em média, o que levantava a questão de como essa deformação acabaria sendo liberada. Probabilidades: para T = 1.000 anos, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% em 30 anos e 1 − exp(−0,05) ≈ 5% em 50 anos; para T = 500 anos, cerca de 6% e 10%. Alguns pontos percentuais ao longo da vida útil de uma usina de energia ou de uma cidade estão longe de ser desprezíveis quando as consequências são catastróficas, e é por isso que eventos raros precisam fazer parte do projeto, e não ficar de fora dele.

O terremoto mudou mesmo a duração do dia?

Sem torque externo, o momento angular da Terra L = I·ω se conserva, onde I é o momento de inércia e ω a velocidade de rotação. Se um terremoto aproxima um pouco de massa do eixo, I diminui, ω aumenta e o dia T = 2π/ω fica mais curto: ΔT/T = ΔI/I. Richard Gross, da NASA, calculou que o terremoto de 2011 encurtou o dia em cerca de 1,8 microssegundo. No longo prazo, o atrito das marés causado pela Lua alonga o dia; medições a partir de eclipses antigos mostram um aumento médio de cerca de 1,8 milissegundo por século (Stephenson e colegas, 2016).

ProblemaCalcule a variação relativa do momento de inércia da Terra implicada por um dia 1,8 µs mais curto. Quantos dias da tendência de alongamento de longo prazo a anulariam? Se a mudança fosse permanente, quanto um relógio baseado na rotação da Terra adiantaria em relação a um relógio atômico em um ano?

Resolução comentada

ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. A tendência de 1,8 ms por século equivale a 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 dias ≈ 4,9 × 10−8 s por dia a cada dia, então ela anularia a mudança em cerca de 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 dias. Em um ano, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. O efeito é real, mas minúsculo, muito menor que as flutuações naturais da duração do dia causadas pelos ventos, pelas correntes oceânicas e pelo núcleo da Terra, e é por isso que ele foi calculado em vez de medido.

Alinhamento com padrões curriculares

Next Generation Science Standards (NGSS, Estados Unidos)

MS-ESS2-2

Construir uma explicação baseada em evidências de como os processos das geociências mudaram a superfície da Terra em diferentes escalas de tempo e de espaço.

Neste episódio: A lenta convergência de placas, de cerca de 8 cm por ano, contra os minutos de deslizamento, o soerguimento do fundo do mar e o afundamento da costa.

MS-ESS3-2

Analisar e interpretar dados sobre riscos naturais para prever futuros eventos catastróficos e orientar o desenvolvimento de tecnologias para mitigar seus efeitos.

Neste episódio: As camadas de areia de tsunami e a recorrência, o alerta antecipado, os alertas de tsunami, os cabos no fundo do mar, os muros de contenção e a previsão para a fossa de Nankai.

HS-ESS2-1

Desenvolver um modelo para ilustrar como os processos internos e superficiais da Terra operam em diferentes escalas espaciais e temporais para formar feições continentais e do fundo oceânico.

Neste episódio: O modelo de zona de subducção: fossa, falha travada, acúmulo de deformação e rebote elástico da placa de cima.

HS-ESS3-1

Construir uma explicação baseada em evidências de como a disponibilidade de recursos naturais, a ocorrência de riscos naturais e as mudanças no clima influenciaram a atividade humana.

Neste episódio: A pedra de Aneyoshi, os simulados de Kamaishi, a reconstrução costeira e os novos muros de contenção, e a localização e o projeto de Fukushima Daiichi.

HS-PS4-1

Usar representações matemáticas para apoiar uma afirmação sobre as relações entre frequência, comprimento de onda e velocidade de ondas que se propagam em diferentes meios.

Neste episódio: A velocidade do tsunami, c = √(g·d), em águas de diferentes profundidades, e por que a onda desacelera, encurta e cresce ao chegar à costa.

Advanced Placement (AP, Estados Unidos)

Disciplinas universitárias

Geologia física

Limites de placas e microplacas ao redor do Japão; zonas de subducção e fossas; o ciclo sísmico e o rebote elástico

Riscos naturais

Terremotos de megacavalgamento; geração, propagação, empolamento e cota máxima de inundação de tsunamis; paleossismologia e depósitos de tsunami; recorrência e probabilidade de longo prazo; sistemas de alerta e evacuação

Geofísica

Momento sísmico e magnitude de momento; saturação da magnitude; alerta antecipado de terremotos; geodésia por GPS e deslocamento cossísmico; os terremotos e a rotação da Terra

Gestão de riscos de desastres

Base de projeto e eventos raros na engenharia; comunicação de risco e redação dos alertas; simulados comunitários e memória de desastres passados

Transcrição A narração em português, como nas legendas

0:00O momento

Em 11 de março de 2011, às 2:46 da tarde de uma sexta-feira, o fundo do mar a 70 quilômetros da costa nordeste do Japão cedeu de repente.

0:10O chão tremeu por vários minutos, e em muitos pontos da costa as pessoas tiveram cerca de meia hora antes de o mar chegar.

0:18Esta é a história do terremoto mais forte já medido no Japão. Vamos ver por que ele aconteceu, por que seus alertas já tinham 1.000 anos e o que o Japão mudou depois.

0:34Quatro placas

Para entender aquele dia, temos que começar no subsolo, porque o Japão fica onde quatro das placas tectônicas da Terra se encontram.

0:41Essas quatro são a placa do Pacífico, a placa do Mar das Filipinas, a placa Norte-Americana e a placa Eurasiática. Cada uma é uma laje de rocha com cerca de 100 quilômetros de espessura, que se desloca lentamente pelo planeta.

0:54Nenhuma delas jamais para de se mover. A placa do Pacífico avança em direção ao Japão a cerca de 8 centímetros por ano, mais ou menos o dobro da velocidade com que as unhas crescem.

1:05Ao largo da costa nordeste, a placa do Pacífico encontra o norte do Japão na fossa do Japão, um rasgo no fundo do mar com cerca de 8 quilômetros de profundidade.

1:14Na fossa, a placa do Pacífico se curva e mergulha sob o Japão, afundando lentamente no manto quente lá embaixo.

1:22Mas ela não desliza suavemente. Onde as duas placas se tocam, elas travam, e assim, ano após ano, a borda do Japão é arrastada para baixo e comprimida, como uma mola cada vez mais tensionada.

1:34Com o tempo, a tensão vence o atrito. Em poucos minutos a falha desliza, a borda comprimida da placa volta como uma mola e o fundo do mar dá um salto para cima, erguendo todo o oceano acima dele.

1:47Esse processo explica por que o Japão sofre cerca de um em cada cinco terremotos fortes do mundo, e por que o país tem mais de 100 vulcões ativos.

2:00Alertas do passado

O Japão tem registros escritos de terremotos de mais de 1.000 anos atrás, e um deles descreve uma noite do ano 869.

2:09Naquela noite, um grande terremoto atingiu a região perto do que hoje é a cidade de Sendai, e o mar avançou muito terra adentro pela planície costeira. Cerca de 1.000 pessoas morreram afogadas.

2:19A partir de 1990, mais ou menos, geólogos que escavavam nessa mesma planície encontraram a marca deixada pelo tsunami. Era uma camada de areia do mar, a quilômetros da costa, com camadas de areia mais antigas por baixo, deixadas por ondas gigantes ainda mais antigas.

2:35As evidências mostraram que tsunamis gigantes haviam atingido essa costa repetidas vezes, com séculos de intervalo. As previsões oficiais esperavam, sim, um grande terremoto aqui, mas de magnitude 8, aproximadamente, e não nove.

2:49Mais ao norte, no litoral acidentado de Sanriku, as lembranças eram mais recentes. Em 1896, um tsunami chegou a até 38 metros de altura ali e matou cerca de 22.000 pessoas.

3:02Em 1933, outro tsunami matou cerca de mais 3.000. Depois, os moradores de uma pequena aldeia chamada Aneyoshi gravaram um aviso em pedra.

3:12A inscrição diz: Não construam suas casas abaixo deste ponto.

3:192:46 da tarde

Em 11 de março de 2011, às 2:46 da tarde, a falha finalmente se rompeu. A ruptura começou a cerca de 70 quilômetros da península de Oshika, a uns 30 quilômetros de profundidade.

3:32Dali, ela se propagou ao longo da fossa por cerca de 400 quilômetros, e em alguns pontos as duas placas deslizaram até 50 metros uma em relação à outra.

3:41O sistema de alerta antecipado de terremotos do Japão cumpriu sua função principal. Seus sensores detectaram as primeiras ondas, mais rápidas, e os alertas saíram antes que o tremor mais forte chegasse.

3:53Tóquio, a cerca de 370 quilômetros, recebeu o alerta com cerca de um minuto de antecedência, embora ele tenha subestimado muito o tremor ali.

4:02Três minutos após o terremoto, a agência meteorológica do Japão emitiu seu nível mais alto de alerta de tsunami. A primeira estimativa do tamanho do terremoto, porém, foi pequena demais, magnitude 7,9, e por isso as primeiras previsões das ondas também foram baixas, de 3 a 6 metros.

4:21Então sensores em alto-mar detectaram a onda real, e os alertas foram elevados para mais de 10 metros. A magnitude final foi 9 pela medição do Japão, e 9,1 pelo Serviço Geológico dos Estados Unidos.

4:38A onda

Em águas profundas, um tsunami se move quase tão rápido quanto um avião a jato, a cerca de 800 quilômetros por hora, mesmo que tenha apenas um metro de altura.

4:50Conforme a água fica mais rasa perto da costa, a onda desacelera, e como a água que vem atrás continua chegando, ela não tem para onde ir a não ser para cima.

4:59Este tsunami se espalhou em todas as direções, por todo o Pacífico.

5:04Perto de Miyako, a água subiu uma encosta até 40 metros acima do nível do mar, e os muros construídos para tsunamis anteriores foram simplesmente ultrapassados.

5:14Navios foram levados para longe, terra adentro. Esta balsa em Miyako ficou encalhada entre as casas.

5:21Na planície de Sendai, a mesma terra que havia sido inundada em 869, o mar varreu o aeroporto de Sendai e seguiu por quilômetros terra adentro.

5:30No total, mais de 500 quilômetros quadrados do Japão ficaram debaixo d'água, e cidades pesqueiras inteiras ao longo da costa foram destruídas.

5:39Em Aneyoshi, a onda parou cerca de 90 metros morro abaixo da velha pedra. Todas as casas da aldeia tinham sido construídas acima dela, e todas foram poupadas.

5:49Na usina nuclear de Fukushima Daiichi, uma onda de cerca de 14 metros inundou um local projetado para cerca de seis. A usina ficou sem energia, três reatores derreteram e aquele se tornou o pior acidente nuclear desde Chernobyl.

6:04Enquanto isso, o tsunami continuou viajando. Ele chegou ao Havaí cerca de sete horas depois e à Califórnia cerca de dez, destruindo barcos nos portos, e cerca de um dia após o terremoto chegou ao Chile.

6:16As consequências

Mais de 18.000 pessoas morreram ou nunca foram encontradas, a maioria por afogamento, e mais de 120.000 edifícios foram destruídos.

6:25O Banco Mundial estimou os danos em até 235 bilhões de dólares, o que na época fez dele o desastre natural mais caro já registrado.

6:36O terremoto chegou a remodelar a própria terra. A península de Oshika se deslocou mais de 5 metros em direção ao mar e afundou mais de um metro.

6:46Ele também deslocou tanta massa da Terra que, segundo um cálculo da NASA, o planeta agora gira um pouquinho mais rápido. Cada dia ficou mais curto em cerca de 1,8 milionésimo de segundo, pouco demais para alguém perceber.

7:01Também há histórias de sobrevivência. Na cidade de Kamaishi, as crianças das escolas praticavam havia anos uma regra simples: depois de um grande terremoto, corram imediatamente para um lugar alto e não esperem por ninguém.

7:14Quase todos os cerca de 3.000 alunos da cidade sobreviveram.

7:22O que o Japão mudou

O Japão reformulou seus alertas de tsunami. Agora, quando um terremoto é grande demais para ser medido rapidamente, o primeiro alerta não tenta mais adivinhar um número. Ele simplesmente diz às pessoas que o tsunami será enorme.

7:35Ao longo das fossas do Japão e das Curilas, 150 estações no fundo do mar agora monitoram terremotos e tsunamis, ligadas à terra por cerca de 5.500 quilômetros de cabo.

7:47Mais de 400 quilômetros de novos muros de contenção agora margeiam a costa, e alguns têm mais de 12 metros de altura.

7:57Ainda em movimento

As placas não pararam de se mover. Em um ano típico, o Japão sente cerca de 2.000 terremotos, ou seja, cinco a seis por dia. A maioria é tão leve que só quem está parado dentro de casa percebe, mas cada um é um sinal das mesmas placas, ainda em movimento.

8:13Os cientistas também observam outra falha, a fossa de Nankai, ao largo do sudoeste do Japão. Em 2025, o governo do Japão estimou a chance de um grande terremoto ali nos próximos 30 anos. Por um método, é de 60 a 90% ou mais; por outro, de 20 a 50%.

8:32Então, três coisas para lembrar. Primeiro, o terremoto de 2011 veio da placa do Pacífico deslizando até 50 metros sob o norte do Japão, na fossa do Japão. Isso fez dele um terremoto de magnitude 9, o mais forte já medido no Japão. Segundo, o tsunami causou a maior parte dos danos: chegou a 40 metros de altura, e mais de 18.000 pessoas morreram ou nunca foram encontradas. E terceiro, os alertas já estavam lá, na inundação de 869 e em pedras como a de Aneyoshi.

9:05A pedra de Aneyoshi continua de pé, e sua mensagem é a lição de toda esta história. A Terra tem seu próprio calendário, e se lembra do que nós esquecemos. Obrigado por assistir ao Earth Explained. Inscreva-se para a próxima história e assista ao planeta ao vivo, a qualquer hora, no EarthWatch 24-7.

Fontes

  1. U.S. Geological Survey. M 9.1 – 2011 Great Tohoku Earthquake, Japan. Earthquake Hazards Program event page, with tectonic summary. earthquake.usgs.gov/earthquakes/eventpage/official20110311054624120_30/executiveUsada para: Magnitude 9,1, localização e profundidade, movimento das placas de 83 mm por ano, tamanho da ruptura e deslizamento
  2. Japan Meteorological Agency. (2013). Lessons learned from the tsunami disaster caused by the 2011 Great East Japan Earthquake and improvements in JMA's tsunami warning system. www.data.jma.go.jp/eqev/data/en/tsunami/LessonsLearned_Improvements_brochure.pdfUsada para: O primeiro alerta às 14:49 (M7,9, de 3 a 6 m), as elevações para mais de 10 m, a magnitude final de 9,0 e os alertas de tsunami 'enorme' de 2013
  3. National Police Agency of Japan. (2021). Police countermeasures and damage situation associated with 2011 Tohoku district – off the Pacific Ocean Earthquake (March 10, 2021). www.npa.go.jp/news/other/earthquake2011/pdf/higaijokyo_e.pdfUsada para: Mortos, desaparecidos e edifícios destruídos
  4. Ozawa, S., Nishimura, T., Suito, H., Kobayashi, T., Tobita, M., & Imakiire, T. (2011). Coseismic and postseismic slip of the 2011 magnitude-9 Tohoku-Oki earthquake. Nature, 475, 373–376. doi.org/10.1038/nature10227Usada para: Medições de GPS (GEONET) de quanto o terreno se moveu, e o deslizamento na falha ao longo de cerca de 400 km da fossa
  5. The 2011 Tohoku Earthquake Tsunami Joint Survey Group. 現地調査結果 (Field survey results). In Japanese. coastal.jp/ttjt/index.php?%E7%8F%BE%E5%9C%B0%E8%AA%BF%E6%9F%BB%E7%B5%90%E6%9E%9CUsada para: Alturas do tsunami e cota máxima de inundação de cerca de 40 m
  6. Minoura, K., Imamura, F., Sugawara, D., Kono, Y., & Iwashita, T. (2001). The 869 Jōgan tsunami deposit and recurrence interval of large-scale tsunami on the Pacific coast of northeast Japan. Journal of Natural Disaster Science, 23(2), 83–88. www.jsnds.org/jnds/23_2_3.pdfUsada para: O tsunami de Jōgan, sua areia a cerca de 3 a 4 km terra adentro, cerca de 1.000 mortes e uma recorrência de cerca de 1.000 anos
  7. Sawai, Y., Namegaya, Y., Okamura, Y., Satake, K., & Shishikura, M. (2012). Challenges of anticipating the 2011 Tohoku earthquake and tsunami using coastal geology. Geophysical Research Letters, 39, L21309. doi.org/10.1029/2012GL053692Usada para: Os depósitos de Jōgan ao longo da costa, sua recorrência e por que as evidências não anteciparam uma magnitude 9
  8. Fackler, M. (2011, April 20). Tsunami warnings, written in stone. The New York Times (reprinted by NBC News). www.nbcnews.com/id/wbna42688590Usada para: A pedra de Aneyoshi e o lugar onde a onda de 2011 parou
  9. International Atomic Energy Agency. (2015). The Fukushima Daiichi Accident: Report by the Director General. IAEA, Vienna. www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1710-ReportByTheDG-Web.pdfUsada para: A onda de 14 a 15 m, as premissas de projeto da usina e a perda de energia e de resfriamento
  10. NASA Jet Propulsion Laboratory. (2011, March 14). Japan quake may have shortened Earth days, moved axis. News release (Richard Gross), as reprinted by Geology.com. geology.com/nasa/japan-earthquakeUsada para: A mudança de 1,8 microssegundo na duração do dia e o deslocamento de 17 cm do eixo de figura
  11. Stephenson, F. R., Morrison, L. V., & Hohenkerk, C. Y. (2016). Measurement of the Earth's rotation: 720 BC to AD 2015. Proceedings of the Royal Society A, 472, 20160404. doi.org/10.1098/rspa.2016.0404Usada para: O alongamento do dia no longo prazo, de cerca de 1,8 ms por século
  12. Japan Science and Technology Agency. Educational activities for disaster prevention backed by scientific evidence behind a 'miracle' (Toshitaka Katada, Kamaishi). www.jst.go.jp/EN/achievements/research/toshitaka_katada2016.htmlUsada para: Kamaishi: 99,8% de cerca de 3.000 alunos sobreviveram
  13. Cabinet Office, Government of Japan. (2013). 平成25年版 防災白書 (White Paper on Disaster Management 2013), Part 1, Introduction. In Japanese. www.bousai.go.jp/kaigirep/hakusho/h25/honbun/1b_0s_01_00.htmUsada para: Cerca de 20% dos terremotos de magnitude 6 ou maior do mundo ocorrem ao redor do Japão
  14. Headquarters for Earthquake Research Promotion, Earthquake Research Committee. (2025). 南海トラフの地震活動の長期評価（第二版一部改訂） (Long-term evaluation of the Nankai Trough, second edition, partial revision). In Japanese. jishin.go.jp/evaluation/long_term_evaluation/subduction_fault/summary_nankaiUsada para: As probabilidades para 30 anos de 60–90% ou mais e de 20–50%

Imagens do episódio: USGS, NOAA e NASA (domínio público), com mapas da NASA/USGS Landsat via NASA GIBS; animações da EarthWatch 24-7. Créditos completos: earthwatch247.com/credits.html.

Cite esta aula

EarthWatch 24-7. (2026). O dia em que o Japão se moveu: O terremoto e o tsunami de Tōhoku de 2011, a partir das placas [Aula em vídeo]. Earth Explained, episódio 1. https://earthwatch247.com/learn/japan-2011/pt/

Gabarito

  1. C. Isso é subducção: a placa do Pacífico, que avança em direção ao Japão a cerca de 8 cm por ano, se curva para baixo na fossa do Japão e afunda sob o Japão.
  2. A. As placas continuam convergindo, mas o contato travado arrasta e comprime a borda do Japão como uma mola sendo tensionada. Quando a deformação vence o atrito, a falha desliza e a borda comprimida volta como uma mola.
  3. D. Os registros históricos do Japão descrevem o tsunami de 869, e geólogos que escavaram a partir de 1990, mais ou menos, encontraram sua areia muito terra adentro, com camadas de areia mais antigas abaixo dela, deixadas por ondas gigantes ainda anteriores.
  4. B. O método rápido de magnitude subestima terremotos muito grandes, então a primeira estimativa foi 7,9 em vez de 9,0. Quando sensores no mar detectaram a onda real, os alertas foram elevados para mais de 10 metros.
  5. A. A velocidade de um tsunami depende da profundidade da água. Quando a frente desacelera em águas rasas, a água de trás a alcança e não tem para onde ir a não ser para cima.
  6. C. A inundação cortou a energia da usina, um apagão total da estação, então os reatores não puderam ser resfriados. Foi o pior acidente nuclear desde Chernobyl.
  7. B. A falha travada tinha arrastado a costa em direção à terra e para baixo; quando ela deslizou, a placa de cima voltou em direção à fossa, e a costa perto da ruptura afundou.
  8. D. A regra era simples e foi praticada durante anos: depois de um grande terremoto, corram imediatamente para um lugar alto e não esperem. Cerca de 99,8% dos alunos da cidade sobreviveram.
  9. C. O Japão mudou seus alertas para que um primeiro número subestimado não possa mais fazer as pessoas acharem que estão seguras. Os números são acrescentados quando o tamanho do terremoto é conhecido.
  10. A. Uma probabilidade não é uma data nem uma certeza. Os dois valores são altos para um período de 30 anos, e o governo pede às pessoas e às autoridades locais que se preparem tendo em mente o mais alto.

Resposta escrita

  1. A placa do Pacífico converge com o Japão a cerca de 8 cm por ano e sofre subducção na fossa do Japão. Onde as placas se tocam, a falha está travada, então a borda do Japão é arrastada para baixo e comprimida, e a deformação elástica se acumula. Em 2011, a deformação venceu o atrito: a falha deslizou até cerca de 50 m em uma zona de cerca de 400 km de comprimento, a borda comprimida voltou como uma mola e o fundo do mar se ergueu bruscamente, levantando toda a coluna de água acima dele. A gravidade puxou essa água elevada de volta para baixo, enviando ondas em todas as direções. No oceano profundo, elas viajaram a cerca de 800 km/h com apenas um metro de altura; em águas rasas perto da costa, desaceleraram e cresceram, chegando ao litoral próximo em cerca de meia hora e alcançando cotas de cerca de 40 m em alguns lugares. Pelo Pacífico aberto, chegaram ao Havaí em cerca de 7 horas e ao Chile em cerca de um dia.
  2. Os sismógrafos registram terremotos no Japão há apenas cerca de um século, muito menos que o tempo entre os maiores eventos. Os registros históricos do Japão descreviam o tsunami de 869 inundando a planície de Sendai e afogando cerca de 1.000 pessoas. A partir de 1990, mais ou menos, geólogos encontraram sua areia, trazida do mar, a quilômetros terra adentro, com camadas de areia mais antigas abaixo dela, mostrando que tsunamis gigantes tinham atingido a região repetidas vezes, com séculos de intervalo. Mesmo assim, as previsões oficiais se baseavam principalmente nos terremotos recentes mais conhecidos e esperavam um evento de magnitude em torno de 8. O trabalho geológico ainda estava estimando o tamanho do terremoto de Jōgan, e sua lição completa, de que um trecho muito maior da falha poderia se romper de uma só vez, ainda não tinha sido incorporada aos planos contra o perigo quando o terremoto de magnitude 9 aconteceu.
  3. A pedra de Aneyoshi funcionou porque sua regra não dependia de prever o tamanho da próxima onda: todas as casas foram construídas acima dela, e a onda de 2011 parou cerca de 90 m morro abaixo. Os simulados de Kamaishi funcionaram porque uma regra simples e praticada, correr imediatamente para um lugar alto e não esperar, não dependia de alertas nem de estimativas; cerca de 99,8% dos alunos da cidade sobreviveram. Os muros de contenção construídos para tsunamis anteriores, e o local de Fukushima Daiichi, projetado para uma onda de cerca de 6 m, falharam porque foram projetados para uma altura fixa que o tsunami de 2011, de cerca de 14 m na usina, ultrapassou. A lição é que defesas dimensionadas a partir de eventos passados podem ser ultrapassadas, enquanto regras que tiram as pessoas do alcance da água funcionam seja qual for o tamanho da onda; os melhores planos usam as duas coisas.

Para aprofundar

  1. Com que rapidez um tsunami atravessa o Pacífico, e por que ele cresce?: c = √(9,81 × 5.000) ≈ 221 m/s ≈ 800 km/h, a velocidade do episódio. 5.960 km ÷ 800 km/h ≈ 7,5 horas, perto da chegada observada de cerca de sete horas (a onda real segue o fundo do mar real, em parte mais profundo que 5.000 m). Crescimento: ⁴√(4.000 ÷ 10) = ⁴√400 ≈ 4,5, então a onda de 1 m passa a ter cerca de 4,5 m de altura, movendo-se a √(9,81 × 10) ≈ 10 m/s, ou cerca de 36 km/h, mais rápido do que a maioria das pessoas consegue correr. A cota máxima de inundação é a altura que a água sobe em terra, não a altura da onda ao largo: no litoral de Sanriku, baías estreitas em forma de V canalizam o fluxo e a água em movimento leva seu impulso morro acima, então a cota ali chegou a cerca de 40 m.
  2. Magnitude, energia e deslizamento: 101.5 × 1.2 = 101.8 ≈ 63 vezes mais energia que a primeira estimativa, e é por isso que a primeira previsão de tsunami foi tão baixa. 101.5 × 0.1 = 100.15 ≈ 1,4: os valores das duas agências diferem em cerca de 40% em energia, pouco perto do primeiro erro. Para Mw 9,0, M₀ = 1022.6 ≈ 4,0 × 1022 N·m, então D = 4,0 × 1022 ÷ (4 × 1010 × 4 × 105 m × 1,5 × 105 m) ≈ 17 m; para Mw 9,1, M₀ ≈ 5,6 × 1022 N·m e D ≈ 23 m. O deslizamento médio, de aproximadamente 17 a 23 m, é menos da metade do máximo de 50 a 60 m, que se concentrou perto da fossa, onde ergueu mais o fundo do mar e gerou o maior tsunami.
  3. Quanto tempo de aviso o alerta antecipado pode dar?: Tempo de viagem das ondas S até Tóquio ≈ 376 km ÷ 3,5 a 4 km/s ≈ 94 a 107 s, então o tempo de aviso é de cerca de 64 a 77 s, cerca de um minuto, como no episódio. Em 30 s, as ondas S percorrem cerca de 105 a 120 km a partir do hipocentro; a 30 km de profundidade, isso alcança a superfície até √(105² − 30²) ≈ 100 km a √(120² − 30²) ≈ 116 km do epicentro. A península de Oshika, a cerca de 82 km do hipocentro, sentiu as ondas S após apenas cerca de 20 a 23 s, antes de um alerta assim. Em um grande terremoto, a própria ruptura continua crescendo por minutos e emite ondas fortes de partes da falha que se rompem depois e ficam mais perto de cidades distantes, então os tempos de aviso reais dependem da ruptura inteira, e não só do seu ponto de partida.
  4. O balanço de deformação e a recorrência dos tsunamis do tipo Jōgan: 50 m ÷ 0,083 m/ano ≈ 600 anos; 20 m ÷ 0,083 m/ano ≈ 240 anos. De 869 a 2011 (1.142 anos), acumularam-se cerca de 95 m de convergência, mais que o deslizamento de 2011, então nem toda a convergência fica armazenada como deformação na área travada: parte é liberada por deslizamento lento e silencioso e pelos muitos terremotos menores nesse limite de placas. Ozawa e colegas (2011) apontam o outro lado do balanço: antes de 2011, o GPS mostrava a deformação se acumulando ao largo de Tōhoku muito mais rápido do que os terremotos anteriores no limite de placas a haviam liberado, em média, o que levantava a questão de como essa deformação acabaria sendo liberada. Probabilidades: para T = 1.000 anos, 1 − exp(−0,03) ≈ 3% em 30 anos e 1 − exp(−0,05) ≈ 5% em 50 anos; para T = 500 anos, cerca de 6% e 10%. Alguns pontos percentuais ao longo da vida útil de uma usina de energia ou de uma cidade estão longe de ser desprezíveis quando as consequências são catastróficas, e é por isso que eventos raros precisam fazer parte do projeto, e não ficar de fora dele.
  5. O terremoto mudou mesmo a duração do dia?: ΔI/I = ΔT/T = −1,8 × 10−6 s ÷ 86.400 s ≈ −2,1 × 10−11. A tendência de 1,8 ms por século equivale a 1,8 × 10−3 s ÷ 36.525 dias ≈ 4,9 × 10−8 s por dia a cada dia, então ela anularia a mudança em cerca de 1,8 × 10−6 ÷ 4,9 × 10−8 ≈ 37 dias. Em um ano, 365 × 1,8 µs ≈ 0,66 ms. O efeito é real, mas minúsculo, muito menor que as flutuações naturais da duração do dia causadas pelos ventos, pelas correntes oceânicas e pelo núcleo da Terra, e é por isso que ele foi calculado em vez de medido.