Epicentro

Os sismômetros registram o movimento do solo. Os registros obtidos por uma rede de estações sísmicas permitem determinar o horário de origem, a localização e a magnitude de um sismo.

Um dos primeiros instrumentos destinados a detectar abalos foi o sismoscópio atribuído ao estudioso chinês Zhang Heng, construído em 132. O aparelho tinha oito cabeças de dragão voltadas para as direções principais da bússola, cada uma com uma esfera sobre a boca de uma figura de sapo. Durante um abalo, uma ou mais esferas podiam cair, fornecendo uma indicação da direção do movimento registrado pelo instrumento. O aparelho não produzia um sismograma. Os primeiros movimentos registrados por sismômetros modernos podem apontar em direções diferentes conforme o tipo de ruptura inicial, informação usada na determinação do mecanismo focal.

A introdução de uma escala de tempo nos registros permitiu comparar com precisão os instantes de chegada das ondas sísmicas. Em vez de apenas observar ou registrar os movimentos absolutos de um pêndulo, os deslocamentos passaram a ser traçados em um registro móvel acionado por um mecanismo de relógio. Esses registros, os sismogramas, permitem medir o instante do primeiro movimento do solo e acompanhar as ondas que chegam depois.

Nos sismogramas distinguem-se diferentes fases sísmicas. A primeira onda de corpo a chegar é normalmente a onda P, seguida pela onda S. Como as duas se propagam a velocidades diferentes, o intervalo entre suas chegadas aumenta com a distância à fonte. Essa diferença pode ser comparada com curvas de tempo de percurso para estimar a distância até o epicentro.

Em uma construção geométrica simples, uma estação fornece uma distância que pode ser representada como uma circunferência de possíveis localizações. Duas estações produzem duas circunferências que normalmente se cruzam em dois pontos. Uma terceira distância permite selecionar a localização compatível com as três medições.

Esse procedimento é uma forma simplificada de trilateração. A localização instrumental moderna determina o hipocentro e o horário de origem usando os tempos de chegada observados numa rede de estações. Programas de computador partem de uma localização, profundidade e horário estimados, calculam os tempos esperados de chegada e ajustam iterativamente os parâmetros para reduzir a diferença entre valores calculados e observados. A distribuição de pequenos sismos localizados com precisão também pode ser usada no estudo da mecânica de falhas e do perigo sísmico.

O cálculo dos tempos de percurso depende de um modelo da estrutura local de velocidades sísmicas, pois a velocidade das ondas varia com as propriedades das rochas. Para ondas P em muitas rochas sedimentares, a relação empírica entre velocidade e densidade aparente foi estudada por Gardner, Gardner e Gregory e ficou conhecida como relação de Gardner.

Antes do período de observação instrumental dos sismos, o epicentro era muitas vezes tomado como o local onde deveriam ocorrer os maiores danos. A ruptura subterrânea de uma falha geológica, porém, pode se estender por uma longa distância, e os efeitos na superfície podem ficar distribuídos por toda a zona de ruptura.

No sismo de Denali de 2002, de magnitude 7,9, no Alasca, a ruptura começou perto de sua extremidade oeste e propagou-se para leste por cerca de 340 km, atravessando três falhas. Os maiores deslocamentos medidos na superfície ocorreram na porção oriental da ruptura. Danos geotécnicos e liquefação também foram mais intensos em setores orientais, efeito compatível com a propagação preferencial da ruptura nessa direção.

A distância até a fonte não é o único fator que controla a intensidade sísmica do movimento do solo. A direção de propagação da ruptura e as condições geológicas próximas à superfície também modificam o movimento observado. Sedimentos pouco consolidados e bacias sedimentares podem amplificar determinadas frequências e prolongar o tremor, de modo que, em algumas situações, locais mais afastados do epicentro podem registrar movimento mais intenso que outros mais próximos.

Nas regiões continentais, a sismicidade tectônica costuma concentrar-se na crosta rasa. Em falhas transformantes continentais, como a falha de San Andreas, a zona em que as rochas permanecem suficientemente frágeis para produzir sismos estende-se em muitos trechos até aproximadamente 20 km, embora esse limite varie de uma região para outra. Em zonas de subducção, sismos também ocorrem dentro das placas que afundam no manto e podem atingir profundidades próximas de 700 km.

Durante um sismo, as ondas sísmicas propagam-se a partir do hipocentro. O núcleo externo líquido afeta de maneira diferente as ondas P e S. As ondas S, que são ondas de cisalhamento, não se propagam através do núcleo externo líquido. As ondas P atravessam o núcleo, mas sofrem forte refração nas fronteiras do núcleo externo.

Por causa dessa refração, existe uma zona de sombra para ondas P diretas aproximadamente entre 104° e 140° de distância angular do epicentro. Ondas P voltam a ser observadas além dessa faixa depois de atravessarem o núcleo. Já as ondas S diretas deixam de ser registradas em distâncias nas quais seu percurso exigiria atravessar o núcleo externo.

Nas distâncias em que ondas P e S chegam à mesma estação, elas são registradas em tempos diferentes porque têm velocidades e trajetórias distintas. Medindo a diferença entre os tempos de chegada e comparando-a com curvas de tempo de percurso, pode-se estimar a distância da estação ao epicentro.

Essa distância recebe o nome de distância epicentral. Em sismologia, pode ser expressa em quilômetros ou em graus de distância angular e é frequentemente representada por Δ, delta. A regra empírica de Láska fornece uma aproximação para distâncias de 2 a 10 megametros, ou 2.000 a 10.000 km. Nessa aproximação, a distância epicentral em milhares de quilômetros é aproximadamente igual à diferença, em minutos, entre os tempos de chegada das ondas S e P menos um.

Depois que as distâncias ao epicentro são estimadas a partir de pelo menos três estações, uma localização superficial pode ser obtida pela interseção dessas distâncias. A localização instrumental moderna do hipocentro usa um conjunto maior de tempos de chegada sempre que esses dados estão disponíveis.

A distância epicentral também entra no cálculo de algumas magnitudes sísmicas, entre elas a magnitude local e magnitudes calculadas a partir de ondas de corpo e de superfície.

Embora os sismos sejam frequentemente representados como pontos em mapas, o deslizamento ocorre sobre uma superfície de falha com comprimento e largura. A extensão dessa superfície e a quantidade de deslocamento variam com o tamanho do evento.

O ponto onde começa a ruptura é o hipocentro, ou foco. A partir daí, a ruptura pode se propagar pela superfície da falha até encontrar regiões onde as condições de tensão e resistência não permitem que continue, ou até alcançar material que se deforma de maneira mais dúctil.

O momento sísmico é proporcional à área da falha que deslizou, ao deslocamento médio nessa área e ao módulo de cisalhamento das rochas. A magnitude de momento é derivada do momento sísmico. Em muitos sismos pequenos, a área de ruptura é pequena demais ou profunda demais para alcançar a superfície. Sismos maiores podem produzir rupturas superficiais extensas. Rupturas de grandes sismos podem ultrapassar 100 km. No sismo de Sumatra de 2004, de magnitude de momento 9,1, a ruptura teve mais de 1.000 km de extensão.

Quando grande parte da ruptura se propaga predominantemente em uma direção, a radiação sísmica pode ser reforçada nessa direção. Esse fenômeno recebe o nome de diretividade da ruptura e pode produzir movimento do solo mais intenso ao longo da direção de propagação.

O epicentro macrossísmico é uma localização epicentral estimada a partir de dados macrossísmicos, isto é, dos efeitos observados de um sismo em diferentes lugares. Esses dados são normalmente expressos por meio de valores de intensidade sísmica e de sua distribuição geográfica.

Esse método é especialmente útil para sismos históricos ocorridos antes da instalação de redes instrumentais. A posição pode ser estimada a partir da região de maiores intensidades, da geometria das isossistas ou de métodos que procuram a localização que melhor reproduz a distribuição observada das intensidades. Não existe um único procedimento que produza sempre o mesmo resultado, sobretudo quando os dados são escassos ou distribuídos de maneira irregular.

O epicentro macrossísmico pode não coincidir com o epicentro instrumental. O segundo é a projeção na superfície do hipocentro determinado a partir dos registros sísmicos, enquanto o primeiro depende da distribuição dos efeitos observados. Rupturas extensas, diretividade e condições geológicas locais podem deslocar a área de maiores intensidades em relação ao ponto onde a ruptura começou.

A palavra deriva do substantivo do neolatim epicentrum, latinização do adjetivo da língua grega antiga ἐπίκεντρος, epikentros, "situado sobre um centro". A palavra grega é formada por ἐπί, epi, "sobre" ou "em", e κέντρον, kentron, "centro". O termo foi criado pelo sismólogo irlandês Robert Mallet.

A palavra também é usada em sentido figurado para indicar o centro de uma atividade ou acontecimento, como no exemplo de uma província chinesa chamada de "epicentro" de um surto de SARS. Garner's Modern American Usage reúne exemplos em que "epicenter" é empregado com o sentido de "centro". Garner também cita um artigo de William Safire no qual um geofísico atribuiu esse emprego à tentativa de escritores de soar eruditos e à falta de conhecimento científico de editores de texto. Garner propôs que esses usos podem ser entendidos como descrições metafóricas de pontos focais de ambientes instáveis ou potencialmente destrutivos.