Física da Fonte Sísmica

Um terremoto é o deslizamento friccional súbito de uma falha que libera a deformação elástica armazenada, irradiando ondas sísmicas cujo padrão e tamanho codificam a geometria, energia e dinâmica da ruptura.

Definition

A física da fonte sísmica é o estudo dos processos mecânicos pelos quais uma falha se rompe e irradia energia sísmica, caracterizando a fonte através de seu mecanismo focal, momento sísmico, queda de tensão e dinâmica de ruptura.

Scope

Este tópico abrange a física da fonte sísmica: o modelo de rebote elástico e deslizamento-adesão (stick-slip), o atrito da falha e a nucleação e propagação da ruptura, o sistema de força de duplo par e seu padrão de radiação, mecanismos focais, o tensor do momento sísmico e a magnitude de momento. Ele trata de parâmetros da fonte, como queda de tensão, velocidade de ruptura e distribuição de deslizamento, e as relações de escala que conectam terremotos pequenos e grandes. A ênfase está em como a mecânica do falhamento determina o campo sísmico irradiado.

Core questions

• O que governa a nucleação, propagação e interrupção de uma ruptura de falha?
• Como o momento sísmico é definido e por que a magnitude de momento é preferida para grandes eventos?
• O que o padrão de radiação revela sobre a geometria da falha e a direção do deslizamento?
• Como a queda de tensão e a velocidade de ruptura escalam em toda a gama de tamanhos de terremotos?

Key concepts

• Falhamento por deslizamento-adesão (stick-slip) e o ciclo sísmico
• Sistema de força de duplo par e padrão de radiação
• Momento sísmico e o tensor de momento
• Magnitude de momento e escalonamento de terremotos
• Queda de tensão, velocidade de ruptura e distribuição de deslizamento

Key theories

Rebote elástico e falhamento por deslizamento-adesão (stick-slip)

O modelo de rebote elástico de Reid sustenta que o carregamento tectônico armazena deformação elástica em uma falha travada até que a falha friccional permita o deslizamento súbito; experimentos de deslizamento-adesão em laboratório forneceram posteriormente o mecanismo friccional subjacente a este ciclo sísmico.

Momento sísmico e magnitude de momento

O momento sísmico, o produto da rigidez, área da falha e deslizamento médio, fornece uma medida fisicamente fundamentada do tamanho do terremoto; Kanamori o utilizou para definir uma magnitude de momento que não satura para grandes terremotos.

Mechanisms

A tensão tectônica carrega uma falha mantida por atrito; quando a tensão de cisalhamento excede a resistência friccional, o deslizamento nucleia e se propaga como uma frente de ruptura, sendo a descontinuidade ao longo da falha equivalente a um sistema de força de duplo par que irradia ondas P e S com um padrão de quatro lóbulos, e a queda de tensão que acompanha o deslizamento controla a energia irradiada e as amplitudes do movimento do solo.

Clinical relevance

A física da fonte determina o tamanho, localização e características da ruptura relatados após um terremoto, informa a previsão do movimento do solo e os modelos de risco sísmico, e distingue terremotos naturais de explosões no monitoramento de testes nucleares.

History

Reid formulou o rebote elástico a partir do terremoto de San Francisco de 1906; a representação de duplo par foi resolvida em debates de meados do século, e a magnitude de momento de Kanamori de 1977, juntamente com a inversão rotineira do tensor de momento, tornou a caracterização da fonte quantitativa e globalmente padronizada.

Key figures

• Harry Fielding Reid
• Hiroo Kanamori
• Christopher Scholz

Seminal works

• reid1910
• kanamori1977
• scholz2019

Frequently asked questions

Por que a magnitude de momento substituiu a escala Richter para grandes terremotos?

A escala Richter original e magnitudes relacionadas saturam, subestimando o tamanho dos maiores terremotos porque são baseadas em amplitudes de ondas de período fixo; a magnitude de momento é derivada do momento sísmico, uma medida física direta do deslizamento e da área da falha, por isso permanece precisa para os maiores eventos.

O que é queda de tensão e por que ela é importante?

A queda de tensão é a diferença entre a tensão de cisalhamento em uma falha antes e depois de seu deslizamento; ela influencia a intensidade com que um terremoto irradia energia de alta frequência e, portanto, a intensidade do tremor para uma dada magnitude.