Terremoto de 2011 no Japão moveu o país após onda sísmica viajar ao núcleo da Terra

O megaterremoto de Tohoku-Oki, ocorrido na sexta-feira, 11 de março de 2011, no Japão, gerou uma poderosa onda sísmica que percorreu aproximadamente 2.900 quilômetros até a fronteira do núcleo da Terra, retornando à superfície cerca de 13 minutos depois e deslocando todo o território japonês em aproximadamente seis milímetros para leste. Embora esse movimento tenha sido imperceptível para a população, a rede de alta sensibilidade do Japão detectou a alteração de forma quase simultânea em todo o país. Durante 15 anos, cientistas não conseguiram explicar esse sinal anômalo, pois não correspondia ao terremoto principal, a tremores secundários ou a outros eventos geológicos conhecidos. Uma pesquisa recente, publicada na revista Science, finalmente identificou a onda sísmica de retorno como a causa, marcando a primeira observação documentada de um fenômeno tão profundo com efeitos mensuráveis na superfície.

A jornada subterrânea de uma onda sísmica por quase 2.900 quilômetros

O estudo que desvendou o mistério foi conduzido por Sunyoung Park, professora assistente de ciências geofísicas da Universidade de Chicago, em colaboração com Hiroo Kanamori, do Instituto de Tecnologia da Califórnia, e Luis Rivera, da Universidade de Estrasburgo.

Os pesquisadores constataram que o inexplicável sinal de GPS era provocado por uma onda ScS, um tipo de onda de cisalhamento sísmica produzida durante terremotos de grande intensidade. Diferente das ondas superficiais, que são as principais responsáveis pelos tremores sentidos pelas pessoas, as ondas ScS viajam em grande profundidade através do manto sólido do planeta.

Após o terremoto de Tohoku-Oki em 2011, uma dessas ondas desceu por cerca de 2.890 quilômetros até alcançar a interface entre o núcleo e o manto terrestre, a zona que separa o manto rochoso do núcleo externo líquido.

As ondas de cisalhamento não possuem a capacidade de atravessar líquidos. Por essa razão, ao atingir o ferro e o níquel fundidos do núcleo externo, a onda ScS não pôde continuar seu trajeto. Em vez disso, ela foi refletida na fronteira entre o núcleo e o manto, retornando em direção à superfície, de forma análoga a um eco que ricocheteia em uma parede. A jornada completa de ida e volta cobriu cerca de 5.800 quilômetros, consolidando-se como uma das mais profundas viagens sísmicas já associadas a um efeito palpável na superfície terrestre.

A interface entre o núcleo e o manto existe sob condições extremas, com estimativas de temperaturas superiores a 3.500°C e pressões que chegam a mais de 130 gigapascais, tornando-a uma das regiões mais inacessíveis e cientificamente relevantes do interior da Terra.

Os pesquisadores afirmam que a magnitude extraordinária do terremoto de Tohoku-Oki gerou uma onda ScS com potência excepcional, dotada de energia suficiente para suportar a longa travessia pelo interior do planeta. Ao retornar ao Japão, a onda ainda possuía força bastante para impactar falhas que já se encontravam no limite da ruptura devido ao tremor principal.

Como a onda conseguiu retornar após 13 minutos?

Os cientistas calcularam que o percurso até o limite entre o núcleo e o manto, e de volta, demandaria aproximadamente 13 minutos, tempo que coincide perfeitamente com o sinal de GPS inexplicável registrado em todo o Japão.

Quando a onda refletida alcançou a superfície, ela atingiu grande parte do país de forma quase simultânea. Os pesquisadores acreditam que esse evento desencadeou pequenos deslizamentos ao longo das fronteiras das placas tectônicas, que já estavam sob imensa pressão em decorrência do terremoto principal. Esses movimentos de pequena escala deslocaram permanentemente o Japão para leste em cerca de cinco a seis milímetros.

Embora o deslocamento tenha sido quase imperceptível, estima-se que os deslizamentos combinados das falhas liberaram uma energia comparável à de um terremoto de magnitude 7,5. Ao contrário do tremor principal, esses deslizamentos desencadeados geraram pouca vibração adicional, pois o movimento ocorreu de maneira lenta em inúmeros pequenos segmentos de falha, em vez de por meio de uma única ruptura de grande porte, permitindo que o solo se movesse sem produzir outro evento sísmico significativo.

Por que esse fenômeno nunca havia sido observado antes?

Sismólogos têm estudado as ondas ScS por décadas, utilizando-as rotineiramente para investigar as profundezas do interior da Terra. O que nunca havia sido presenciado, contudo, era uma onda retornando com energia suficiente para deixar uma marca permanente e mensurável na superfície terrestre.

De acordo com os pesquisadores, o terremoto de Tohoku-Oki foi singular devido à sua enorme magnitude. A onda ScS refletida, registrada em todo o Japão, apresentou uma amplitude pico a pico superior a um centímetro, tornando-a muito mais forte do que as geradas pela maioria dos terremotos. Combinada com falhas já tensionadas, essa energia incomum parece ter sido suficiente para desencadear movimentos adicionais do solo.

O sinal de GPS que intrigou os cientistas por 15 anos

O Japão opera uma das redes de monitoramento por GPS mais densas do mundo, contando com mais de 1.300 estações em funcionamento contínuo, capazes de detectar até mesmo os menores movimentos do solo.

Cerca de 15 minutos após o terremoto, os instrumentos registraram um deslocamento quase simultâneo para leste em todo o país. O padrão observado não se alinhava com a ruptura principal, com qualquer réplica conhecida ou com um deslizamento submarino, deixando os cientistas sem uma explicação convincente por mais de uma década.

A nova análise finalmente associa essa anomalia de longa data ao retorno da onda ScS, resolvendo um mistério científico persistente.

Como os pesquisadores descartaram outras explicações

Antes de chegarem a uma conclusão final, a equipe de cientistas avaliou diversas explicações concorrentes para o fenômeno.

Se a ruptura principal tivesse continuado a liberar energia, o movimento deveria ter sido mais intenso nas proximidades do epicentro, em vez de se manifestar de forma quase uniforme por todo o Japão. Da mesma maneira, nem um tremor secundário não registrado nem um deslizamento submarino poderiam justificar tanto o momento quanto o padrão nacional observado pela rede GPS.

Segundo os pesquisadores, a onda ScS refletida representa o único mecanismo capaz de explicar todas as observações registradas.

As implicações da descoberta para a sismologia

As descobertas sugerem que os efeitos dos maiores terremotos do planeta podem se estender a profundidades e distâncias muito maiores do que se imaginava anteriormente.

Até o momento, os riscos sísmicos têm sido primordialmente associados à ruptura principal, aos tremores secundários e aos tsunamis. O estudo recente indica que ondas sísmicas que percorrem milhares de quilômetros pelo interior da Terra também podem ser capazes de desencadear movimentos adicionais da falha após se refletirem na fronteira acima do núcleo externo.

Os pesquisadores agora pretendem reexaminar dados de outros terremotos de grande porte, incluindo o de Sumatra-Andaman em 2004, o de Valdivia no Chile em 1960, o do Alasca em 1964 e o de Maule em 2010, a fim de verificar se o mesmo mecanismo ocorreu em outras regiões do mundo.

O que a descoberta revela sobre o interior oculto da Terra

O estudo também destaca a maneira como os cientistas investigam partes do planeta que permanecem fisicamente inacessíveis. O poço mais profundo já perfurado, o Poço Superprofundo de Kola, na Rússia, atingiu apenas cerca de 12 quilômetros, enquanto o manto da Terra se estende por aproximadamente 2.890 quilômetros antes de encontrar o núcleo externo líquido.

Considerando que os seres humanos não podem explorar diretamente essas profundezas, os pesquisadores dependem das ondas sísmicas geradas por terremotos potentes para compreender a estrutura interna do planeta. Ao demonstrar que uma onda sísmica viajou até a borda do núcleo da Terra, retornou à superfície e produziu um efeito mensurável, o terremoto de Tohoku-Oki proporcionou uma visão sem precedentes da conexão dinâmica entre o interior profundo da Terra e sua crosta.