_____Física e Astronomia_____ Alexandre Medeiros: Efeito Doppler, Terremotos e Distâncias do Epicentro

Alexandre Medeiros (PhD, University of Leeds – Professor de Física e Astronomia, UFRPE)

SÉRIE DE TEXTOS: A FÍSICA NO DIA A DIA

AUTOR: Alexandre Medeiros

TÓPICO: EFEITO DOPPLER

TÍTULO DO ARTIGO: Efeito Doppler, Terremotos e Distâncias do Epicentro

Considere um terremoto que se dá ao longo de uma falha geológica, com um epicentro bem definido na mesma. Nestas circunstâncias, o que podemos dizer dos efeitos deste sismo para duas cidades; uma mais próxima e a outra mais afastada do referido epicentro?

Já discutimos em outro texto neste BLOG que terremotos que se dão como movimentos da crosta ao longo de falhas geológicas geram ondas planas. Vimos também que, em decorrência disso, para pontos não muito distantes da referida falha, a energia sísmica que atinge tais pontos é praticamente a mesma.

Uma coisa, entretanto, é comparar os efeitos destrutivos de um terremoto para pontos a diferentes distâncias da falha geológica, e outra coisa bem diferente é comparar os efeitos deste mesmo terremoto para pontos ao longo da dita falha, mas a diferentes distâncias do seu epicentro.

Observemos a figura abaixo, para melhor compreendermos as diferenças entre essas duas situações.

Os pontos A e B estão situados a distâncias diferentes da falha geológica, mas ambos não estão muito distantes da mesma. Em consequência, como já analisamos em outra questão, a onda sísmica plana atinge esses dois pontos praticamente com a mesma energia.

O caso, dos pontos A e C, entretanto, é completamente diferente, pois eles estão a igual distância da falha geológica, mas a diferentes distâncias do epicentro. E neste caso, o que importa é a distância medida ao longo da falha, de cada ponto até o epicentro.

As ondas geradas em um sismo ocorrido ao longo de uma falha geológica continuam se assemelhando às ondas geradas pela queda de um tronco na água, como já foi comentado em outra questão.

Cabe, entretanto, relembrar que o padrão de ondas em torno de um tronco que cai na água é mais estreito nas extremidades do mesmo. E este padrão deverá ser ainda mais estreito se considerarmos a possibilidade concreta de que o contato do tronco com a água se dê não através de uma queda paralela à superfície do líquido; mas, de modo que forme um certo ângulo com esta superfície. Ou seja, que uma das extremidades do tronco toque a água em primeiro lugar.

Isso faz com que, instantaneamente, aquele ponto de contato seja o centro do “terremoto”, mas com a queda do restante do tronco, esse ponto de colisão instantânea vai mudando ao longo do comprimento do tronco à proporção que o restante dele vai caindo sobre a água. Isso faz com que as frentes de ondas geradas tendam a se amontoarem à frente do tronco à proporção que o ponto de contato instantâneo (fonte do sismo) muda de lugar.

Sismos ocorridos ao longo de falhas geológicas são semelhantes a este caso de um tronco que cai formando um ângulo com a superfície da água. Por isso, as frentes de onda vão se amontoando ao longo da falha. A fonte instantânea do terremoto (originalmente no epicentro do mesmo) se move ao longo da falha em face do ponto de ruptura da rocha subterrânea que o originou ir também caminhando ao longo da falha subterrânea.

Esse acúmulo de frentes de onda gerado pelo movimento da fonte emissora das vibrações é o que se chama de efeito Doppler, um fenômeno também muito comum tanto em ondas sonoras quanto em ondas de luz.

A fonte instantânea das vibrações sísmicas (originalmente no foco) viaja ao longo da falha geológica carregando consigo a sua projeção superficial (originalmente no epicentro). As frentes de ondas superficiais geradas pelo movimento da fonte de vibração vão se acumulando na direção deste movimento da fonte devido ao efeito Doppler o que implica na compactação dessas frentes de ondas sísmicas, potencializando assim enormemente o seu efeito destrutivo. A fonte de vibrações geradora das ondas superficiais tem início no epicentro, mas avança como um ziper ao longo da falha geológica.

No grande terremoto de San Francisco, ocorrido em 1906, a cidade de Santa Rosa sofreu danos muito maiores do que a cidade de San Jose, apesar de esta última estar localizada bem mais perto do epicentro do terremoto. Isso se deveu ao fato de que a fonte geradora das ondas se moveu ao longo da falha na direção de San Jose para Santa Rosa, causando um efeito Doppler que aumentou os danos provocados em Santa Rosa.

Felizmente, a velocidade com a qual as fontes geradoras dos terremotos costumam se movimentar ao longo das falhas geológicas é menor do que a velocidade das ondas sísmicas mais lentas; algo em torno de no máximo 2/3 da velocidade de tais ondas. Caso a velocidade da fonte geradora dos sismos ao longo de uma falha fosse mais próxima da velocidade das próprias ondas sísmicas, uma terrível onda de choque poderia ser formada, o que multiplicaria de forma colossal o poder destrutivo dos terremotos.

O grande terremoto de 1906, de magnitude 7,9 na escala Richter, devastou completamente a cidade de San Francisco. Entretanto, outros terremotos, com magnitudes ainda mais altas, causaram, por vezes, devastações menores em outras localidades. Dentre os vários fatores que contribuiram decisivamente para o alto poder de devastação deste particular terremoto, destaca-se exatamente o acúmulo de energia causado pelo efeito Doppler gerado devido à movimentação da fonte geradora dos abalos sísmicos ao longo da falha geológica de San Andreas.