Quando ocorre um terremoto, o solo não treme apenas de uma maneira. A energia liberada na fonte do terremoto viaja através da Terra e ao longo dela como diferentes tipos de ondas. Duas das mais importantes são as ondas P e as ondas S.
Quando um sismógrafo começa a registrar um terremoto, o primeiro sinal a chegar geralmente é a onda P. Um pouco depois, chega a onda S, que se propaga mais lentamente. Se você estiver suficientemente longe do epicentro do terremoto, essa diferença pode até ser sentida pelas pessoas: primeiro uma vibração leve e curta, seguida por um tremor mais forte.
Mas a diferença entre as ondas P e S não se resume apenas a qual delas chega primeiro.
As ondas P podem se propagar tanto em sólidos quanto em líquidos, enquanto as ondas S não conseguem se propagar em líquidos. Essa propriedade aparentemente simples forneceu uma das evidências mais importantes que ajudaram os cientistas a entender que o núcleo externo da Terra, a milhares de quilômetros abaixo de nossos pés, é líquido.
As mesmas ondas ainda são usadas hoje para localizar terremotos, estudar a estrutura interna da Terra e operar sistemas de alerta precoce de terremotos.
Afinal, o que são exatamente as ondas P e S? Qual delas é mais rápida? Qual causa mais danos? E por que as ondas S não conseguem se propagar em líquidos?
O que são ondas P e ondas S?
As ondas P e S são classificadas como ondas internas , ou seja, ondas sísmicas que se propagam pelo interior da Terra.
Isso significa que eles não se movem apenas pela superfície da Terra. Eles podem atravessar rochas e viajar para o interior do planeta.
Quando uma falha geológica se rompe repentinamente durante um terremoto, uma grande quantidade de energia elástica armazenada é liberada. Essa energia é transferida para as rochas circundantes e produz diferentes tipos de ondas sísmicas.
O P em onda P significa Primária.
O "S" em onda S significa secundária.
A razão para esses nomes é simples:
As ondas P chegam primeiro a uma estação sísmica.
As ondas S chegam mais tarde.
No entanto, a forma como se movem através do material é completamente diferente.
Ondas P vs. Ondas S: Principais Diferenças
| Característica | Ondas P | Ondas S |
|---|---|---|
| Nome completo | Ondas primárias | Ondas secundárias |
| Chegada à estação sísmica | Primeiro nome | Após as ondas P |
| Agilidade (Speed) | Mais rápido | Mais lento |
| Movimento de partículas | Compressão e expansão | Movimento de cisalhamento |
| Viajar através de sólidos | Sim | Sim |
| Viajar através de líquidos | Sim | Não |
| Viagem através de gases | Sim | Não |
| Tipo de onda | Longitudinal / compressional | Transversal / cisalhamento |
| tremor típico | Geralmente mais fraco | Geralmente mais forte |
| Importância para o estudo do interior da Terra | Muito alto | Muito alto |
A tabela mostra as diferenças básicas entre as duas ondas, mas a parte mais interessante é entender por que essas diferenças existem.
O que são ondas P?
P-wave diagram showing compression and expansion as particles move parallel to the direction of wave travelAs ondas P são as ondas sísmicas mais rápidas produzidas durante um terremoto.
Por esse motivo, elas costumam ser as primeiras ondas sísmicas detectadas por um sismômetro.
À medida que as ondas P se propagam, elas movem as partículas de rocha para frente e para trás na mesma direção em que a própria onda está se propagando.
Você pode imaginar isso pensando em uma mola.
Se você comprimir uma extremidade de uma mola e soltá-la, a parte comprimida se desloca ao longo da mola. A mola inteira não se move de uma extremidade à outra; em vez disso, a energia se move através de compressões e expansões repetidas.
As ondas P comportam-se de maneira semelhante.
A rocha é, resumidamente:
comprimido → expandido → comprimido novamente.
Por essa razão, as ondas P também são chamadas de ondas compressivas.
A forma como as ondas sonoras se propagam pelo ar baseia-se num princípio semelhante.
Qual a velocidade de propagação das ondas P?
As ondas P não possuem uma velocidade fixa.
Sua velocidade depende do material pelo qual estão se deslocando, incluindo:
- densidade,
- propriedades elásticas,
- pressão,
- temperatura,
- composição mineral.
Na crosta terrestre, as ondas P geralmente se propagam através das rochas a uma velocidade aproximada de 5 a 8 quilômetros por segundo.
Sua velocidade pode aumentar nas partes mais profundas e densas do manto.
Isso é extremamente rápido.
Uma onda P viajando a 6 quilômetros por segundo pode percorrer cerca de 60 quilômetros em apenas 10 segundos.
No entanto, a velocidade da onda P não permanece constante em toda a Terra. À medida que as ondas passam entre camadas com diferentes densidades e composições, elas podem sofrer refração, reflexão e ter sua velocidade alterada.
Essa é uma das razões pelas quais os cientistas podem usar ondas sísmicas para investigar a estrutura interna da Terra.
Qual a sensação de uma onda P durante um terremoto?
Dependendo da distância da fonte do terremoto e da geologia local, uma onda P pode ser sentida como um pequeno solavanco ou uma leve vibração.
Algumas pessoas descrevem grandes terremotos dizendo:
“Primeiro houve um pequeno tremor, depois, alguns segundos depois, começou um tremor forte.”
Isso nem sempre significa que a pessoa sentiu claramente as ondas P e S. A geologia local, a resposta dos edifícios e outras ondas sísmicas podem alterar a percepção de um terremoto.
No entanto, quando uma pessoa está suficientemente longe da fonte do terremoto, a diferença entre os tempos de chegada das ondas P e S pode se tornar perceptível.
Essa diferença de fuso horário é também um dos princípios por trás dos sistemas de alerta precoce de terremotos.
O que são ondas S?
S-wave diagram showing shear motion as particles move perpendicular to the direction of wave travelAs ondas S são o segundo tipo principal de onda corporal e se propagam mais lentamente do que as ondas P.
O movimento deles, no entanto, é completamente diferente.
Enquanto as ondas P comprimem e expandem o material na direção em que se propagam, as ondas S movem as partículas perpendicularmente à direção de propagação da onda.
Por exemplo, se a onda estiver se movendo para leste, as partículas de rocha podem se mover para cima e para baixo ou de um lado para o outro.
Por essa razão, as ondas S também são chamadas de ondas de cisalhamento.
As ondas S geralmente produzem movimentos do solo mais intensos do que as ondas P. No entanto, seria incorreto afirmar que as ondas S sempre causam os maiores danos em terremotos. Ondas superficiais, especialmente as ondas de Love e Rayleigh, podem gerar movimentos mais fortes e duradouros durante grandes terremotos.
Por que as ondas S não conseguem se propagar em líquidos?
Essa é provavelmente a diferença mais importante entre as ondas P e as ondas S.
As ondas P podem se propagar através de:
sólidos + líquidos + gases
As ondas S, no entanto, só conseguem se propagar através de materiais capazes de suportar tensão de cisalhamento.
A razão é que uma onda S exige que o material resista à deformação lateral.
Se você empurrar lateralmente parte de uma rocha sólida, a rocha resistirá à deformação e poderá transferir a força para o material vizinho.
Um líquido não se comporta da mesma maneira.
Quando uma parte de um líquido é empurrada lateralmente, o líquido flui e muda de forma. Ele não consegue manter a tensão de cisalhamento da mesma forma que um sólido.
Por essa razão, os líquidos praticamente não possuem rigidez ao cisalhamento para a propagação de ondas sísmicas, e as ondas S não conseguem se propagar através deles.
Essa propriedade tornou-se extremamente importante para a compreensão da estrutura da Terra.
Qual é mais rápida: ondas P ou ondas S?
As ondas P são mais rápidas.
É por isso que elas são chamadas de “Ondas Primárias”.
Dentro da mesma rocha, uma onda P sempre se propaga mais rápido que uma onda S.
Por exemplo, em um material onde uma onda P se propaga a cerca de 6 quilômetros por segundo, uma onda S pode se propagar a aproximadamente 3 a 4 quilômetros por segundo.
À medida que a distância da fonte do terremoto aumenta, a diferença entre os tempos de chegada torna-se maior.
Próximo à fonte do terremoto, as ondas P e S podem chegar com apenas alguns segundos de diferença.
A centenas de quilômetros de distância, a diferença pode se tornar muito maior.
Os sismólogos usam essa diferença para estimar a distância entre a fonte de um terremoto e uma estação sísmica.
O que é o intervalo de tempo S-P?
Em um sismograma, a onda P chega primeiro.
A onda S surge posteriormente.
A diferença entre esses tempos de chegada é conhecida como intervalo S-P.
Por exemplo:
Se a onda P chegar às 10:00:00,
e a onda S chega às 10:00:20,
O intervalo S-P é de aproximadamente 20 segundos.
Em geral, quanto maior for esse intervalo, mais distante a fonte do terremoto estará da estação.
Uma única estação sísmica não consegue determinar com precisão a direção da fonte do terremoto. Mas, quando os dados de estações sísmicas em diferentes locais são combinados, a localização do terremoto pode ser calculada com alta precisão.
Isso geralmente é explicado usando exemplos simples com três estações e triangulação geométrica.
A sismologia moderna, no entanto, utiliza dados de muito mais estações e combina os tempos de chegada das ondas P e S com modelos computacionais e métodos inversos.
Qual causa mais danos: as ondas P ou as ondas S?
Em geral, as ondas S podem produzir tremores mais fortes do que as ondas P.
Isso ocorre em parte porque seu movimento de cisalhamento pode forçar as estruturas a realizar movimentos horizontais ou verticais mais intensos.
No entanto, a declaração:
“As ondas S são as que causam mais danos em terremotos”
nem sempre está correto.
As ondas superficiais podem se tornar muito mais importantes durante grandes terremotos.
Em particular:
ondas de amor
e
ondas Rayleigh
Viajam perto da superfície da Terra e podem criar movimentos do solo de grande amplitude.
As ondas de Rayleigh podem mover o solo em um movimento ondulatório elíptico, de certa forma semelhante às ondas do oceano.
As ondas de amor criam um forte movimento horizontal de um lado para o outro.
Por essa razão, as ondas superficiais podem ser responsáveis por uma parte significativa dos danos estruturais durante grandes terremotos.
Ondas P vs Ondas S vs Ondas de Superfície
É útil dividir as principais ondas sísmicas em três grupos básicos.
Ondas P
Eles são os mais rápidos.
Eles viajam pelo interior da Terra.
Eles podem atravessar sólidos, líquidos e gases.
Ondas S
Elas são mais lentas que as ondas P.
Eles também viajam pelo interior da Terra.
Eles só conseguem se deslocar em meios sólidos.
Ondas de superfície
Eles viajam perto da superfície da Terra.
Elas geralmente são mais lentas do que as ondas P e S.
No entanto, podem ter grandes amplitudes e causar danos graves em áreas povoadas.
Uma ordem de chegada simplificada durante um terremoto pode, portanto, ser escrita como:
P → S → ondas de superfície
Os sismogramas reais são mais complexos. À medida que as ondas sísmicas interagem com as fronteiras dentro da Terra, elas podem refletir, refratar e produzir muitas fases sísmicas diferentes.
Como as ondas P e S revelaram a estrutura interna da Terra?
Um dos usos mais impressionantes das ondas sísmicas é que elas nos permitem investigar partes da Terra que os humanos nunca alcançaram fisicamente.
Os poços mais profundos já perfurados são minúsculos em comparação com o raio da Terra.
A distância da superfície da Terra ao seu centro é de aproximadamente 6,371 quilômetros.
No entanto, os cientistas sabem muito sobre:
- a crosta,
- o manto,
- o núcleo externo,
- o núcleo interno.
Uma das principais razões são as ondas sísmicas.
De certa forma, grandes terremotos criam um ultrassom natural do planeta.
Os cientistas estudam quais ondas sísmicas atingem diferentes estações, onde desaparecem, onde suas velocidades mudam e como se curvam ao viajar pela Terra.
A partir dessas observações, eles podem inferir o que existe nas profundezas abaixo da superfície.
Como as ondas S mostraram que o núcleo externo da Terra é líquido?
Quando ocorre um grande terremoto, as ondas S podem viajar através do manto da Terra.
Mas quando chegam à fronteira do núcleo externo, algo muda.
O núcleo externo é líquido.
Como as ondas S não conseguem se propagar em líquidos, elas não atravessam o núcleo externo.
Consequentemente, existem regiões no lado oposto da Terra onde as ondas S diretas não são registradas.
Essa região é conhecida como zona de sombra da onda S.
Essa observação levou os cientistas a uma importante conclusão.
Se a Terra fosse inteiramente sólida, as ondas S deveriam ter conseguido atravessar o núcleo.
Mas eles não o fizeram.
Isso se tornou uma das evidências sísmicas mais fortes de que o núcleo externo da Terra é líquido.
O que é a zona de sombra da onda P?
A situação com as ondas P é diferente.
As ondas P podem se propagar em líquidos.
Assim, quando chegam ao núcleo externo, não desaparecem completamente.
No entanto, quando as ondas P passam do manto sólido para o núcleo externo líquido, sua velocidade e direção mudam significativamente.
Eles sofrem forte refração.
Devido a essa refração, existe uma região na superfície da Terra onde as ondas P diretas estão ausentes ou são bastante reduzidas.
Essa região é chamada de zona de sombra da onda P.
Ao estudar em conjunto as zonas de sombra das ondas P e S, os cientistas aprenderam muito sobre a estrutura do núcleo da Terra.
Análises posteriores de diferentes fases da onda P também ajudaram os cientistas a determinar que existe um núcleo interno sólido no centro do planeta.
Como os sistemas de alerta precoce de terremotos usam ondas P?
A alta velocidade das ondas P não é apenas um fato acadêmico.
Isso pode proporcionar uma vantagem que salva vidas.
Quando um terremoto começa, as ondas P se propagam rapidamente a partir da fonte.
As ondas S e grande parte das vibrações mais fortes se propagam mais lentamente.
Os sistemas de alerta precoce de terremotos utilizam sensores rápidos para detectar as primeiras ondas P.
O sistema poderá então:
- Detecte a primeira onda P.
- Comece estimando a localização e a magnitude do terremoto.
- Enviar alertas para áreas onde se prevê tremores mais fortes.
Esses sistemas não preveem terremotos.
O terremoto já começou.
Mas os sinais de comunicação viajam muito mais rápido do que as ondas sísmicas, então pessoas a alguma distância da origem do terremoto podem receber vários segundos — e em algumas situações dezenas de segundos — de aviso.
Muito próximo da área epicentral, no entanto, o tempo de alerta pode ser extremamente curto ou inexistente.
Podemos ver ondas P e S?
Não diretamente.
Uma onda sísmica que se propaga através de uma massa rochosa normalmente não pode ser vista a olho nu.
Mas seus efeitos podem ser medidos.
Instrumentos altamente sensíveis chamados sismógrafos registram o movimento do solo.
O registro resultante é chamado de sismograma.
Em um sismograma, o primeiro movimento menor geralmente marca a chegada da onda P, seguida por um movimento mais forte da onda S e, posteriormente, pela energia da onda de superfície.
Essas gravações permitem que grandes terremotos sejam detectados mesmo por estações a milhares de quilômetros de distância.
Por que as ondas P conseguem se propagar em líquidos, mas as ondas S não?
Essa questão oferece uma das maneiras mais fáceis de entender a diferença entre as duas ondas.
Uma onda P se propaga comprimindo e expandindo a matéria.
Os líquidos podem ser comprimidos e podem transmitir mudanças de pressão.
Portanto, as ondas P podem se propagar em líquidos.
Uma onda S tenta cisalhar o material lateralmente.
Os líquidos não conseguem suportar esse tipo de tensão de cisalhamento.
Portanto, a onda S não pode se propagar através deles.
Essa única diferença física ajudou os cientistas a determinar que o núcleo externo da Terra é líquido.
Perguntas frequentes
Qual onda sísmica chega primeiro?
A onda P.
As ondas P viajam mais rápido que as ondas S.
As ondas P são longitudinais ou transversais?
As ondas P são principalmente ondas compressivas longitudinais . O movimento das partículas é paralelo à direção de propagação da onda.
As ondas S são transversais?
Sim. Nas ondas S, o movimento das partículas é perpendicular à direção de propagação da onda.
As ondas P podem se propagar na água?
Sim. Travas deslizantes portáteis
As ondas P podem se propagar em líquidos.
As ondas S podem se propagar na água?
Não.
As ondas S não conseguem se propagar em líquidos.
Qual onda sísmica é a mais rápida?
A onda P.
Qual onda sísmica causa mais danos?
As ondas S podem produzir movimentos do solo mais intensos do que as ondas P, mas durante grandes terremotos, as ondas superficiais podem ser responsáveis por alguns dos tremores mais destrutivos.
As ondas P e S são produzidas apenas por terremotos?
Não.
Explosões, atividade vulcânica e algumas grandes liberações de energia produzidas pelo homem também podem gerar ondas sísmicas.
Considerações finais da análise do Fortune Dragon
Inicialmente, as ondas P e S podem parecer nada mais do que dois tipos diferentes de vibrações criadas por um terremoto.
Na realidade, elas fazem parte da base da sismologia moderna.
As ondas P são mais rápidas e podem se propagar em sólidos, líquidos e gases. Elas movimentam a matéria por meio de compressão e expansão alternadas, na mesma direção geral de propagação da onda.
As ondas S são mais lentas e só conseguem se propagar em sólidos. Elas movimentam o material perpendicularmente à direção de propagação da onda.
A diferença em suas velocidades permite que os cientistas ajudem a determinar a localização dos terremotos.
A chegada antecipada das ondas P proporciona aos sistemas de alerta precoce de terremotos segundos preciosos.
E a incapacidade das ondas S de atravessarem o núcleo externo líquido ajudou os cientistas a entender o que existe nas profundezas do nosso planeta.
Os seres humanos nunca chegaram ao núcleo da Terra.
Nunca trouxemos de lá uma amostra de rocha.
No entanto, sabemos que o núcleo externo é líquido e o núcleo interno é sólido.
Um dos principais motivos é que podemos ouvir as ondas P e S enviadas através do planeta por terremotos poderosos.
