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Evolução das redes sísmicas
Evolução das redes sísmicas
O primeiro e mais elementar problema a ser resolvido em sismologia é a localização de um evento sísmico. Para esse efeito, são geralmente necessárias pelo menos três estações sísmicas. Neste contexto, pode-se definir uma rede sísmica como um conjunto de estações que trabalham em conjunto para recolha e análise de dados.
O desenvolvimento da instrumentação sísmica nas primeiras décadas do século XX, levou ao estabelecimento das primeiras redes mundiais de observação, inicialmente constituídas apenas por algumas dezenas de instrumentos. A rede de sensores Milne e a rede Jesuíta são exemplo destas redes pioneiras. A Guerra Fria, iniciada após o fim da Segunda Guerra Mundial, a corrida aos armamentos e o início das explosões nucleares, deu um grande desenvolvimento aos sistemas de observação sísmica. Cedo se percebeu que apenas uma rede mundial de instrumentos sísmicos poderia detetar os testes nucleares subterrâneos efetuados com vista ao desenvolvimento de armas de destruição maciça.
Até à década de 1960, a maioria das estações sísmicas operava de forma independente. Ainda que várias estações estivessem a operar numa determinada região ou país, os dados eram geralmente enviadas para uma localização central, e, nesse sentido, era possível falar em redes sísmicas, mas o atraso temporal entre a gravação e o processamento manual era tão longo que essas redes não são consideradas como redes sísmicas no sentido moderno do termo.
As "verdadeiras" redes sísmicas começaram a operar na década de 1960. Eram redes construídas principalmente para o registro de microssismos e a distância entre as estações variava entre alguns quilómetros e cerca de duas centenas de quilómetros. A principal característica que permitia classificá-las como redes sísmicas, era a transmissão dos sinais em tempo real, por cabo ou ligação rádio, para uma estação central de gravação, onde todos os dados eram registados com medição central de tempo. Isso permitiu uma sincronização relativa muito precisa de tempo entre as estações, o que tornou possível a localização de sismos locais por combinação de dados entre estações. A gravação, inicialmente analógica, evoluiu ao logo dos anos, sendo atualmente exclusivamente digital. Com a evolução das redes de comunicação, que se tornaram globais, as redes sísmicas atuais deixaram de estar limitadas à dimensão local, podendo integrar redes regionais ou globais.
A função essencial de uma rede sísmica é a determinação da localização das fontes sísmicas (epicentro e profundidade focal) e a avaliação da sua magnitude. A constituição e operação de uma rede sísmica tem três objetivos fundamentais:
Em geral, as estações de uma rede sísmica combinam o registo simultâneo feito por sismómetros e por acelerómetros, assegurando desta forma que o registo sísmico nunca satura. Esta configuração exige o registo, arquivo e transmissão de 6 canais de dados em simultâneo. Quanto à banda de frequência do registo sísmico, os sensores de banda larga (BB) são atualmente os preferidos em todos os tipos de redes, quer permanentes quer temporárias. A sua banda de frequências de 0.01 a 50 Hz permite o seu uso num grande número de aplicações. Mesmo na monitorização da sismicidade local, um registo de banda larga é sempre mais vantajoso do que um registo de curto período (SP). Contudo, estes sensores são mais dispendiosos e exigem condições adequadas de instalação. Os sensores de banda muito larga (VBB) são usados na investigação sismológica à escala Global, em particular na determinação da estrutura mais profunda da Terra, mas as condições de instalação e de operação têm um custo elevado. Os sensores de longo período (LP), com um período natural entre 20 e 30 s, eram um componente habitual dos observatórios sismológicos até à década de 1980, mas deixaram de ser usados nas instalações mais recentes, sendo preferidos os sensores de banda larga.
O desenvolvimento da instrumentação sísmica nas primeiras décadas do século XX, levou ao estabelecimento das primeiras redes mundiais de observação, inicialmente constituídas apenas por algumas dezenas de instrumentos. A rede de sensores Milne e a rede Jesuíta são exemplo destas redes pioneiras. A Guerra Fria, iniciada após o fim da Segunda Guerra Mundial, a corrida aos armamentos e o início das explosões nucleares, deu um grande desenvolvimento aos sistemas de observação sísmica. Cedo se percebeu que apenas uma rede mundial de instrumentos sísmicos poderia detetar os testes nucleares subterrâneos efetuados com vista ao desenvolvimento de armas de destruição maciça.
Até à década de 1960, a maioria das estações sísmicas operava de forma independente. Ainda que várias estações estivessem a operar numa determinada região ou país, os dados eram geralmente enviadas para uma localização central, e, nesse sentido, era possível falar em redes sísmicas, mas o atraso temporal entre a gravação e o processamento manual era tão longo que essas redes não são consideradas como redes sísmicas no sentido moderno do termo.
As "verdadeiras" redes sísmicas começaram a operar na década de 1960. Eram redes construídas principalmente para o registro de microssismos e a distância entre as estações variava entre alguns quilómetros e cerca de duas centenas de quilómetros. A principal característica que permitia classificá-las como redes sísmicas, era a transmissão dos sinais em tempo real, por cabo ou ligação rádio, para uma estação central de gravação, onde todos os dados eram registados com medição central de tempo. Isso permitiu uma sincronização relativa muito precisa de tempo entre as estações, o que tornou possível a localização de sismos locais por combinação de dados entre estações. A gravação, inicialmente analógica, evoluiu ao logo dos anos, sendo atualmente exclusivamente digital. Com a evolução das redes de comunicação, que se tornaram globais, as redes sísmicas atuais deixaram de estar limitadas à dimensão local, podendo integrar redes regionais ou globais.
A função essencial de uma rede sísmica é a determinação da localização das fontes sísmicas (epicentro e profundidade focal) e a avaliação da sua magnitude. A constituição e operação de uma rede sísmica tem três objetivos fundamentais:
- alerta sísmico; permite dar uma resposta rápida aos cidadãos e às autoridades responsáveis pelas ações de emergência e mitigação no caso de ocorrerem movimentos fortes; existem sistemas de alerta precoce de sismos (Earthquake Early Warning, EEW) a operar em vários países (Japão, Canadá, México, Estados Unidos, etc.) e outros estão em fase de implementação;
- monitorização sísmica; fundamental na avaliação da perigosidade sísmica para o consequente estabelecimento de códigos adequados à construção anti-sísmica; estes códigos de construção são a forma mais eficaz de mitigar os efeitos destruidores dos sismos; a monitorização sísmica em regiões vulcânicas fornece muitas vezes indicações preciosas sobre a eminência de erupções vulcânicas; é também fundamental no esforço mundial para o controlo de testes nucleares (Comprehensive Test Ban Treaty Organization, CTBTO);
- investigação sismológica; investigação da estrutura da Terra, fontes sísmicas, etc.; pode ser usada para acompanhar a atividade antrópica que pode causar ou desencadear sismos, como o enchimento de barragens, exploração mineira, etc.;
Em geral, as estações de uma rede sísmica combinam o registo simultâneo feito por sismómetros e por acelerómetros, assegurando desta forma que o registo sísmico nunca satura. Esta configuração exige o registo, arquivo e transmissão de 6 canais de dados em simultâneo. Quanto à banda de frequência do registo sísmico, os sensores de banda larga (BB) são atualmente os preferidos em todos os tipos de redes, quer permanentes quer temporárias. A sua banda de frequências de 0.01 a 50 Hz permite o seu uso num grande número de aplicações. Mesmo na monitorização da sismicidade local, um registo de banda larga é sempre mais vantajoso do que um registo de curto período (SP). Contudo, estes sensores são mais dispendiosos e exigem condições adequadas de instalação. Os sensores de banda muito larga (VBB) são usados na investigação sismológica à escala Global, em particular na determinação da estrutura mais profunda da Terra, mas as condições de instalação e de operação têm um custo elevado. Os sensores de longo período (LP), com um período natural entre 20 e 30 s, eram um componente habitual dos observatórios sismológicos até à década de 1980, mas deixaram de ser usados nas instalações mais recentes, sendo preferidos os sensores de banda larga.
Mapa da rede de estações sísmicas Jesuíta, constituída por 38 estações. Os jesuítas instalaram a primeira estação por volta de 1868 no Observatório de Manila. A maioria das estações foi fundada antes de 1920 e muitas pararam de funcionar nas décadas de 1960 e 1970.
(Fonte: Geological Society)
John Milne (1850 - 1913), a quem é creditada a invenção, em 1880, do sismógrafo de pêndulo horizontal. Convenceu a Royal Society a financiar 20 estações espalhadas pelo mundo, equipados com os seus sismógrafos de pêndulo horizontal. A sua rede inicial incluía estações em Inglaterra (7), na Rússia (3), no Canadá (2), na costa leste dos Estados Unidos (3) e na Antártica (1), crescendo até um total de cerca de quarenta estações. Os "registros de estação" enviados para Milne eram a base da sua investigação. O observatório sismológico de Milne foi, durante 20 anos, referência mundial no estudo dos terramotos.
(Fonte: Wikipédia)
As redes sísmicas permitem criar sistema de alerta precoce de sismos (Earthquake Early Warning, EEW) em regiões de elevado risco sísmico. Um alerta com alguns segundos (ou mesmo décimos de segundo) de avanço, permite às pessoas e às organizações tomarem ações para proteger a vida e a propriedade. A rede de sensores sísmicos deteta as primeiras ondas (ondas P), transmitindo essas informações a Centros de Dados onde sistemas informáticos calculam a localização e a magnitude do sismo, bem como a intensidade esperada na zona. Este método fornece um aviso antes da chegada das ondas S ou ondas superficiais, que causam geralmente a maior parte dos danos.
(Fonte: earthquakescanada.nrcan.gc.ca)
WWSSN - A primeira rede sísmica global
WWSSN - A primeira rede sísmica global
Mapa mundial da rede de estações WWSSN. Esta rede, definitivamente encerrada em 1996, tinha 2 estações em Portugal, no Porto (código PTO) e em Ponta Delgada, Açores (código PDA). De notar que não existiam estações na antiga União Soviética e nos países do leste europeu sob a sua influência.
(Fonte: IRIS)
Equipamento de uma estação da rede WWSSN, que incluía seis sismómetros (dois conjuntos de sismómetros de três componentes: um conjunto de sismómetros de longo período (LP), mais sensíveis às frequências mais baixas, e assim aos eventos sísmicos mais longínquos e outro conjunto, de curto período (SP), sensível aos eventos sísmicos relativamente mais próximos). A unidade de aquisição incluía um relógio preciso de quartzo, um recetor de rádio (T.S.F) para a receção dos sinais horários, um controlo de calibração, e um conjunto de baterias para o caso de falha da energia elétrica.
(Fonte: LNEG)
A Rede Mundial Padronizada de Sismógrafos (WWSSN World-Wide Standardized Seismograph Network), originalmente designada Rede Mundial de Estações Sismográficas (WWNSS, World-Wide Network of Seismograph Stations), estabelecida na década de 1960, não obstante ter nascido de preocupações políticas relacionadas com os testes nucleares, foi o primeiro instrumento comunitário que permitiu tornar a Sismologia Global numa ciência quantitativa e preditiva. A rede WWSSN deu também início ao intercâmbio internacional de dados sismológicos, estabelecendo a Sismologia como uma ciência aberta e Global, situação que se mantém até à atualidade.
Nesta rede, constituída por cerca de 120 estações, cada estação possuía equipamentos idênticos, uniformemente calibrados. Estes consistiam em três sismógrafos de curto período (cerca de 1 segundo), com orientações Norte-Sul, Este-Oeste e vertical, três sismógrafos de longo período (cerca 15 segundos) e um preciso relógio de quartzo sincronizado por rádio. Os sismogramas eram produzidos em gravadores fotográficos de bateria, desenvolvidos no local, e depois enviados a um Data Center para cópia em filmes de 70 mm e 35 mm (até 1978) e depois em microfichas.
O facto de os instrumentos serem todos idênticos, com cobertura de todo o planeta e terem sinal de tempo sincronizado, teve um enorme impacto nas Ciências da Terra. Foi graças a estes registos que foi possível confirmar os fundamentos da Tectónica de Placas. Curvas de tempos de viagem confiáveis, para ondas P e S, permitiram localizar centenas de sismos a distâncias telesísmicas, e bons registos dos primeiros movimentos do solo, permitiram encontrar soluções de planos de falha que forneceram dados sobre as condições de tensão e geometria das placas da Terra.
O desenvolvimento dos sensores de banda larga e a introdução do registo digital ditaram o fim progressivo da rede WWSSN, que continuou a operar com um nível de suporte reduzido até ser encerrada em 1996, mas marcaram o início das novas redes mundiais de observação sísmica. Pelos padrões digitais modernos, a rede WWSSN tinha uma faixa dinâmica muito baixa. Para uma estação WWSSN analógica fornecer gravações equivalentes aos registos atuais, os gravadores teriam que ter um tambor de gravação fotográfica de 17 km de largura, com uma distância entre o galvanómetro e o tambor de 54 km!
Portugal teve 2 estações WWSSN, uma no Porto e outra em Ponta Delgada, na ilha de S. Miguel, Açores. A estação de Ponta Delgada (a primeira a ser instalada em Portugal, em 1902, a par da estação da Horta, na ilha do Faial, também nos Açores, ambas equipadas com sismógrafos do tipo Milne), entrou na rede WWSSN em 1962.
A estação do Porto, que fez parte da rede WWSSN entre 1963 e 1993, situava-se no Instituto Geofísico da Universidade do Porto (IGUP), que sucedeu ao denominado observatório Meteorológico da Serra do Pilar. Os registos eram originalmente gravados em papel fotográfico através de aparelhos muito sensíveis de impressão luminosa, conhecidos por galvanómetros. Apenas em 1988 foi feita uma atualização para papel térmico. Durante o funcionamento desta estação todos os registos sísmicos em papel eram enviados para os Estados Unidos da América (US Geological Survey, Colorado), via respetiva embaixada, o que evidência a importância geopolítica dessa estação. Com o fim da Guerra Fria e com a reforma, na década de 1990, de alguns dos funcionários que faziam a dedicada, laboriosa e regular manutenção do equipamento, a qual obrigava à colocação diária do papel bem como a calibração temporal e de amplitude, os sensores foram gradualmente abandonados. Nesta estação foram identificados com sucesso alguns eventos explosivos de origem nuclear levados a cabo pela antiga União Soviética.
Nesta rede, constituída por cerca de 120 estações, cada estação possuía equipamentos idênticos, uniformemente calibrados. Estes consistiam em três sismógrafos de curto período (cerca de 1 segundo), com orientações Norte-Sul, Este-Oeste e vertical, três sismógrafos de longo período (cerca 15 segundos) e um preciso relógio de quartzo sincronizado por rádio. Os sismogramas eram produzidos em gravadores fotográficos de bateria, desenvolvidos no local, e depois enviados a um Data Center para cópia em filmes de 70 mm e 35 mm (até 1978) e depois em microfichas.
O facto de os instrumentos serem todos idênticos, com cobertura de todo o planeta e terem sinal de tempo sincronizado, teve um enorme impacto nas Ciências da Terra. Foi graças a estes registos que foi possível confirmar os fundamentos da Tectónica de Placas. Curvas de tempos de viagem confiáveis, para ondas P e S, permitiram localizar centenas de sismos a distâncias telesísmicas, e bons registos dos primeiros movimentos do solo, permitiram encontrar soluções de planos de falha que forneceram dados sobre as condições de tensão e geometria das placas da Terra.
O desenvolvimento dos sensores de banda larga e a introdução do registo digital ditaram o fim progressivo da rede WWSSN, que continuou a operar com um nível de suporte reduzido até ser encerrada em 1996, mas marcaram o início das novas redes mundiais de observação sísmica. Pelos padrões digitais modernos, a rede WWSSN tinha uma faixa dinâmica muito baixa. Para uma estação WWSSN analógica fornecer gravações equivalentes aos registos atuais, os gravadores teriam que ter um tambor de gravação fotográfica de 17 km de largura, com uma distância entre o galvanómetro e o tambor de 54 km!
Portugal teve 2 estações WWSSN, uma no Porto e outra em Ponta Delgada, na ilha de S. Miguel, Açores. A estação de Ponta Delgada (a primeira a ser instalada em Portugal, em 1902, a par da estação da Horta, na ilha do Faial, também nos Açores, ambas equipadas com sismógrafos do tipo Milne), entrou na rede WWSSN em 1962.
A estação do Porto, que fez parte da rede WWSSN entre 1963 e 1993, situava-se no Instituto Geofísico da Universidade do Porto (IGUP), que sucedeu ao denominado observatório Meteorológico da Serra do Pilar. Os registos eram originalmente gravados em papel fotográfico através de aparelhos muito sensíveis de impressão luminosa, conhecidos por galvanómetros. Apenas em 1988 foi feita uma atualização para papel térmico. Durante o funcionamento desta estação todos os registos sísmicos em papel eram enviados para os Estados Unidos da América (US Geological Survey, Colorado), via respetiva embaixada, o que evidência a importância geopolítica dessa estação. Com o fim da Guerra Fria e com a reforma, na década de 1990, de alguns dos funcionários que faziam a dedicada, laboriosa e regular manutenção do equipamento, a qual obrigava à colocação diária do papel bem como a calibração temporal e de amplitude, os sensores foram gradualmente abandonados. Nesta estação foram identificados com sucesso alguns eventos explosivos de origem nuclear levados a cabo pela antiga União Soviética.
Redes sísmicas na atualidade
Redes sísmicas na atualidade
A sismologia é hoje uma ciência global. Atualmente, um sismo de grande magnitude é registado por centenas de estações sísmicas instaladas em todo o mundo. O desenvolvimento dos sensores de banda larga e do registo digital marcaram o início das modernas redes mundiais de observação sísmica.
O primeiro sismómetro de banda larga foi instalado em 1972, pelo sismólogo Axel Plešinger, na estação sísmica de Kašperské Hory (KHC) na atual República Checa, perto da fronteira com a Alemanha. Esta estação, estabelecida em 1961 nas profundezas dos túneis de uma mina de ouro abandonada, teve uma importância estratégia durante a Guerra Fria. É considerada o local de nascimento da sismologia de banda larga. A estação KHC continua em operação (integrada na rede CZ: Czech Regional Seismic Network), com equipamento digital moderno, mas perdeu o seu papel estratégico na monitorização de explosões de armas nucleares.
Um primeiro passo no sentido do estabelecimento do registo em banda larga surgiu em consequência dos desenvolvimentos introduzidos por E. Wiellandt e pelo fabricante suíço Strickeisen, na construção do sensor de banda larga STS-1, o primeiro sensor de banda larga de alta qualidade. A combinação deste sensor com um sistema de aquisição digital de elevada dinâmica, permitiu construir estações que registam simultaneamente sinais de longo período e de curto período, produzidos por eventos locais, regionais e mundiais. Por outro lado, o registo em formato digital possibilitou a utilização direta destes dados no processamento do sinal, evitando os inconvenientes da digitalização. Estas transformações tecnológicas estão na base da revolução sofrida pela sismologia no início da década de 1980. Em 1982 já operavam mais de 100 estações sísmicas digitais no mundo.
Embora ainda existam redes sísmicas sem comunicação em tempo real ou diferido entre as estações remotas e a unidade central (por ex., redes temporárias para o acompanhamento de crises sísmicas, algumas redes de investigação), a maioria das redes operam com recolha de dados em tempo real. Podem ser dividas em dois grandes tipos:
Exemplos de redes sísmicas atuais:
Apesar das várias iniciativas desenvolvidas para a implementação de redes regionais de grande escala ou de redes globais, com centros de dados associados, necessários ao arquivo e distribuição de formas de onda (Geoscope em França; consórcio IRIS nos Estados Unidos; projeto ORFEUS na Europa, etc.), ficou claro que nenhum país estava em posição de desenvolver sozinho uma rede global suficientemente densa que pudesse satisfazer as necessidades de investigação da sismologia como ciência global. Seria necessária coordenação internacional para otimizar a distribuição de estações e a partilha de dados a nível global. Num encontro que teve lugar em Karlsruhe, na Alemanha, em abril de 1986, e para o qual foram convidados os países envolvidos na sismologia global, foi tomada a decisão de constituir a Federation of Digital Seismic Networks (FDSN)
A FDSN é um organismo global, que gere redes digitais de banda larga, cujos membros incluem atualmente 110 instituições de 78 países. Os seus membros são responsáveis pela instalação e manutenção de sismómetros de banda larga, dentro das suas fronteiras geográficas ou a nível global, e concordam em divulgar as coordenadas de localização das estações e fornecer acesso livre aos seus dados. Esta cooperação ajuda cientistas de todo o mundo a promover o avanço das Ciências da Terra e, em particular, o estudo da atividade sísmica global. A FDSN mantém o estatuto de comissão dentro da International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior (IASPEI). Relativamente à localização e instrumentação das estações, a FDSN tem como objetivo fornecer estações com boa distribuição geográfica, que registem dados com resolução de 24 bits, de forma contínua, com pelo menos uma taxa de amostragem de 20 amostras por segundo. A FDSN foi também fundamental no desenvolvimento de um padrão universal para a distribuição de dados de formas de onda de banda larga e informações paramétricas relacionadas. O formato Standard for Exchange of Earthquake DATA (SEED) é o resultado desse esforço. Os códigos de rede, tanto para redes permanentes como para redes temporárias, são também atribuídos pela FDSN, de forma a fornecer exclusividade aos fluxos de dados sismológicos. As redes CP (CIVISA Seismo-Volcanic Monitoring Network-Azores Islands), IP (Instituto Superior Tecnico Broadband Seismic Network), LX (University of Lisbon Seismic Network), PM (Portuguese National Seismic Network) e VS (Evora Seismic Network), com estações em Portugal, são redes registadas na FDSN.
O primeiro sismómetro de banda larga foi instalado em 1972, pelo sismólogo Axel Plešinger, na estação sísmica de Kašperské Hory (KHC) na atual República Checa, perto da fronteira com a Alemanha. Esta estação, estabelecida em 1961 nas profundezas dos túneis de uma mina de ouro abandonada, teve uma importância estratégia durante a Guerra Fria. É considerada o local de nascimento da sismologia de banda larga. A estação KHC continua em operação (integrada na rede CZ: Czech Regional Seismic Network), com equipamento digital moderno, mas perdeu o seu papel estratégico na monitorização de explosões de armas nucleares.
Um primeiro passo no sentido do estabelecimento do registo em banda larga surgiu em consequência dos desenvolvimentos introduzidos por E. Wiellandt e pelo fabricante suíço Strickeisen, na construção do sensor de banda larga STS-1, o primeiro sensor de banda larga de alta qualidade. A combinação deste sensor com um sistema de aquisição digital de elevada dinâmica, permitiu construir estações que registam simultaneamente sinais de longo período e de curto período, produzidos por eventos locais, regionais e mundiais. Por outro lado, o registo em formato digital possibilitou a utilização direta destes dados no processamento do sinal, evitando os inconvenientes da digitalização. Estas transformações tecnológicas estão na base da revolução sofrida pela sismologia no início da década de 1980. Em 1982 já operavam mais de 100 estações sísmicas digitais no mundo.
Embora ainda existam redes sísmicas sem comunicação em tempo real ou diferido entre as estações remotas e a unidade central (por ex., redes temporárias para o acompanhamento de crises sísmicas, algumas redes de investigação), a maioria das redes operam com recolha de dados em tempo real. Podem ser dividas em dois grandes tipos:
- redes com ligação física; os dados dos sensores são enviados para uma unidade central de processamento (Data Center) que faz a recolha e arquivo dos dados; a ligação física pode ser por rádio ou por cabo, analógica ou digital; estas redes tem muitas vezes um carácter local e frequentemente a própria unidade central faz algum tipo de deteção automática de eventos;
- redes virtuais; a transmissão de dados é feita pelos meios disponíveis na Rede Global de Comunicações; existem atualmente várias redes virtuais globais ou regionais, que podem ser acedidas remotamente por qualquer computador ligado à Internet;
Exemplos de redes sísmicas atuais:
- Global Seismographic Network (GSN); é uma rede sísmica digital de última geração com 152 estações, com distribuição global, que fornece dados de acesso livre, em tempo real, por meio do IRIS DMC. A GSN resulta de uma parceria entre a IRIS e o US Geological Survey (USGS), em coordenação com a comunidade internacional, com vista à instalação e operação de uma entidade científica global, multifunções, como recurso social para a observação da Terra, monitorização, investigação e educação. A GSN é coordenada internacionalmente pela Federation of Digital Seismic Networks (FDSN), da qual a IRIS é membro fundador.
- The International Monitoring System (IMS); é uma rede global criada com o objetivo de monitorizar a aplicação do Tratado de Interdição Completa de Ensaios Nucleares (CTBT; Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty), que proibe qualquer explosão nuclear na Terra, seja no subsolo, na água ou na atmosfera. O IMS tem atualmente 321 estações certificadas e 16 laboratórios, distribuídos pelo mundo, com transmissão de dados para centros de dados nacionais e para o centro de dados do IMS em Viena, onde ocorre o processamento principal. Este centro fornece dados a pedido dos centros nacionais, mas não ao público.
- Geoscope (G); é uma rede sísmica global francesa, criada em 1982 pelo Institut national des sciences de l'univers (INSU), por iniciativa do Institut de Physique du Globe de Paris (IPGP), para responder ao desafio de colocar instrumentação sísmica em locais isolados por todo o globo. A rede Geoscope é dedicada principalmente à investigação e os seus dados são usados para estudos da estrutura e dinâmica da Terra, estudo de fontes sísmicas e sismologia ambiental. Opera atualmente 35 estações sísmicas, equipadas com sismómetros de banda muito larga (25 estações têm aparelhos STS-1) e sismómetros de banda larga (aparelhos STS-2 ou Trillium 240), que fornecem dados em tempo real utilizados para a rápida determinação de fontes sísmicas (usadas por centros de alerta de tsunami, entre outras aplicações). Os dados desta rede são disseminados de forma totalmente livre em formato SEED (tanto em tempo real como após validação) pelos centros de dados do IPGP, RESIF e IRIS.
- Geofon (GE); é uma rede sísmica global de banda larga operada pelo GeoForschungsZentrum (GFZ), situado em Potsdam, na Alemanha, onde em 1889 foi detetado o primeiro telesísmo. Esta rede, criada em 1993 com o objetivo de fornecer dados de banda larga de elevada qualidade para uso científico e promover padrões comuns na comunidade sismológica, evoluiu para a aquisição e distribuição de dados em tempo real, mantendo o foco na elevada qualidade dos dados de banda larga. A rede Geofon é operada em conjunto com mais de 50 parceiros internacionais, sendo composta por cerca de 80 estações ativas, equipadas com sensores de banda larga (geralmente STS-2), com distribuição em todos os continentes, mas com maior concentração na Europa, na região do Mediterrâneo e na região do Oceano Índico. A operação das estações é realizada principalmente por parceiros locais com orientação e suporte logístico da GFZ. Os dados de todas as estações são redistribuídos gratuitamente, em tempo real, para centros de monitorização sísmica e centros de alerta de tsunami, imediatamente após a sua aquisição no centro de dados da Geofon. Os dados arquivados estão igualmente disponíveis.
Apesar das várias iniciativas desenvolvidas para a implementação de redes regionais de grande escala ou de redes globais, com centros de dados associados, necessários ao arquivo e distribuição de formas de onda (Geoscope em França; consórcio IRIS nos Estados Unidos; projeto ORFEUS na Europa, etc.), ficou claro que nenhum país estava em posição de desenvolver sozinho uma rede global suficientemente densa que pudesse satisfazer as necessidades de investigação da sismologia como ciência global. Seria necessária coordenação internacional para otimizar a distribuição de estações e a partilha de dados a nível global. Num encontro que teve lugar em Karlsruhe, na Alemanha, em abril de 1986, e para o qual foram convidados os países envolvidos na sismologia global, foi tomada a decisão de constituir a Federation of Digital Seismic Networks (FDSN)
A FDSN é um organismo global, que gere redes digitais de banda larga, cujos membros incluem atualmente 110 instituições de 78 países. Os seus membros são responsáveis pela instalação e manutenção de sismómetros de banda larga, dentro das suas fronteiras geográficas ou a nível global, e concordam em divulgar as coordenadas de localização das estações e fornecer acesso livre aos seus dados. Esta cooperação ajuda cientistas de todo o mundo a promover o avanço das Ciências da Terra e, em particular, o estudo da atividade sísmica global. A FDSN mantém o estatuto de comissão dentro da International Association of Seismology and Physics of the Earth's Interior (IASPEI). Relativamente à localização e instrumentação das estações, a FDSN tem como objetivo fornecer estações com boa distribuição geográfica, que registem dados com resolução de 24 bits, de forma contínua, com pelo menos uma taxa de amostragem de 20 amostras por segundo. A FDSN foi também fundamental no desenvolvimento de um padrão universal para a distribuição de dados de formas de onda de banda larga e informações paramétricas relacionadas. O formato Standard for Exchange of Earthquake DATA (SEED) é o resultado desse esforço. Os códigos de rede, tanto para redes permanentes como para redes temporárias, são também atribuídos pela FDSN, de forma a fornecer exclusividade aos fluxos de dados sismológicos. As redes CP (CIVISA Seismo-Volcanic Monitoring Network-Azores Islands), IP (Instituto Superior Tecnico Broadband Seismic Network), LX (University of Lisbon Seismic Network), PM (Portuguese National Seismic Network) e VS (Evora Seismic Network), com estações em Portugal, são redes registadas na FDSN.
Alex Plešinger (à esquerda) na estação KHC, localizada nos túneis de uma mina de ouro abandonada, perto da cidade de Kašperské Hory, na atual República Checa. Em 1972, Plešinger instalou aqui o primeiro sismómetro de banda larga.
(Fonte: IRIS)
Mapa de estações sísmicas da rede GSN. É a rede com maior importância no mundo, com mais de 150 estações de última geração, com distribuição global, e que fornece dados de acesso livre e em tempo real.
(Fonte: IRIS)
Mapa de estações sísmicas da rede Geoscope (G), uma rede com 35 estações sísmicas equipadas com sismómetros de banda larga e muito larga, que fornece dados de acesso livre e em tempo real.
(Fonte: geoscope.ipgp.fr)
Mapa de estações sísmicas da rede Geofon (GE), uma rede constituída por cerca de 80 estações, equipadas com sensores de banda larga. A rede é operada em conjunto com mais de 50 parceiros internacionais e fornece dados em tempo real para centros de monitorização sísmica e centros de alerta de tsunami.
(Fonte: geofon.gfz-potsdam.de)
International Federation of Digital Seismic Networks (FDSN). A FDSN agrega redes digitais de banda larga a nível Global. Os seus membros incluem atualmente 110 instituições de 78 países. A FDSN foi também fundamental no desenvolvimento de um padrão universal para a distribuição de dados de formas de onda e informações paramétricas relacionadas (formato SEED). A FDSN atribui também os códigos de rede.
(Fonte: fdsn.org)
Europa: redes sísmicas e organismos
Europa: redes sísmicas e organismos
Mapa com estações que contribuem para a European Integrated Data Archive (EIDA). A EIDA é uma infraestrutura gerida pela ORFEUS, estabelecida com o objetivo de arquivar dados de formas de ondas sísmicas e metadados e fornecer às comunidades que fazem investigação em geociências acesso transparente a esses dados. Os dados, recolhidos de diversas redes sísmicas que operam sensores de banda larga, sensores de curto período, acelerómetros, sensores de infra-sons e outros instrumentos geofísicos, são arquivados em vários datacenters (EIDA nodes). A lista das redes, permanentes e temporárias, que contribuem com dados para a EIDA pode ser consultada aqui.
(Fonte: orfeus-eu.org/data/eida)
SeismicPortal. Portal do European-Mediterranean Sismological Centre (EMSC) que permite o acesso aos dados paramétricos dos sismos observados pelo EMSC.
(Fonte: www.seismicportal.eu)
A sismologia observacional está firmemente enraizada na Europa através de observatórios nacionais e regionais, responsáveis pela gestão de mais de 100 redes sísmicas permanentes (e mais de 200 redes temporárias, entre passadas e presentes). Este esforço de monitorização resulta numa enorme quantidade de dados de elevada qualidade que contribuem para o European Integrated Data Archive (EIDA), a infraestrutura gerida pelo ORFEUS que fornece acesso aos arquivos de formas de ondas sísmicas obtidas pelas agências europeias. Mais de 12000 estações sísmicas de redes permanentes e temporárias, equipadas com sismómetros, acelerómetros, sensores de pressão e outros sensores, estão acessíveis através dos serviços da EIDA.
Fundada em 1987, o ORFEUS é uma fundação sem fins lucrativos, financiada e administrada por organismos de 16 países europeus (incluindo, de Portugal, o IPMA), que visa coordenar e promover a sismologia digital de banda larga na área euro-mediterrânica. O ORFEUS opera sob os auspícios da European Seismological Commission (ESC), e coopera estreitamente com a sua organização irmã na Europa, o European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC). A nível internacional, participa na Federation of Digital Seismograph Networks (FDSN).
O EMSC, fundado em 1975 por recomendação da ESC, é uma associação não governamental, sem fins lucrativos, de diferentes organismos de vários países da zona euro-mediterrânica (incluindo, de Portugal, o IPMA, o IST, a FCUL e a UÉ). Iniciou a sua operação no Institut de Physique du Globe de Strasbourg (IPGS), no dia 1 Janeiro de 1976, mas foi tranferido para o Laboratoire de Détection et de Géophysique (LDG) do Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), situado em Bruyères-le-Châtel (Essonne, France). O EMSC é a infraestrutura da European Plate Observing System (EPOS) para a área da sismologia. A EPOS é um organismo europeu, multidisciplinar, que tem como missão estabelecer e apoiar um acesso sustentável e de longo prazo a dados e serviços, na área das Ciências da Terra, integrando diversas infraestruturas de investigação europeias sob um quadro comum.
Entre os objetivos do EMSC está a operação de um sistema de determinação rápida de epicentros de sismos na região euro-mediterrânica (localização de grandes terramotos com um atraso de aproximadamente uma hora) e a transmissão imediata desses resultados às autoridades internacionais competentes e aos seus membros, a fim de atender às necessidades de proteção da sociedade, do progresso científico e da informação geral, bem como efetuar a determinação dos principais parâmetros (epicentro, profundidade, magnitude, mecanismos focais, etc.) dos eventos sísmicos mais importantes localizados na região euro-mediterrânica e efetuar a distribuição desses dados. Os dados paramétricos do EMSC podem ser acedidos através do portal seismicportal.eu.
Fundada em 1987, o ORFEUS é uma fundação sem fins lucrativos, financiada e administrada por organismos de 16 países europeus (incluindo, de Portugal, o IPMA), que visa coordenar e promover a sismologia digital de banda larga na área euro-mediterrânica. O ORFEUS opera sob os auspícios da European Seismological Commission (ESC), e coopera estreitamente com a sua organização irmã na Europa, o European-Mediterranean Seismological Centre (EMSC). A nível internacional, participa na Federation of Digital Seismograph Networks (FDSN).
O EMSC, fundado em 1975 por recomendação da ESC, é uma associação não governamental, sem fins lucrativos, de diferentes organismos de vários países da zona euro-mediterrânica (incluindo, de Portugal, o IPMA, o IST, a FCUL e a UÉ). Iniciou a sua operação no Institut de Physique du Globe de Strasbourg (IPGS), no dia 1 Janeiro de 1976, mas foi tranferido para o Laboratoire de Détection et de Géophysique (LDG) do Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), situado em Bruyères-le-Châtel (Essonne, France). O EMSC é a infraestrutura da European Plate Observing System (EPOS) para a área da sismologia. A EPOS é um organismo europeu, multidisciplinar, que tem como missão estabelecer e apoiar um acesso sustentável e de longo prazo a dados e serviços, na área das Ciências da Terra, integrando diversas infraestruturas de investigação europeias sob um quadro comum.
Entre os objetivos do EMSC está a operação de um sistema de determinação rápida de epicentros de sismos na região euro-mediterrânica (localização de grandes terramotos com um atraso de aproximadamente uma hora) e a transmissão imediata desses resultados às autoridades internacionais competentes e aos seus membros, a fim de atender às necessidades de proteção da sociedade, do progresso científico e da informação geral, bem como efetuar a determinação dos principais parâmetros (epicentro, profundidade, magnitude, mecanismos focais, etc.) dos eventos sísmicos mais importantes localizados na região euro-mediterrânica e efetuar a distribuição desses dados. Os dados paramétricos do EMSC podem ser acedidos através do portal seismicportal.eu.
Rede sísmica em Portugal
Rede sísmica em Portugal
As primeiras estações sísmicas a operar em Portugal continental foram instaladas nos Institutos Geofísicos das Universidades de Coimbra (COI), de Lisboa (LIS) e do Porto (PTO). O primeiro aparelho foi instalado em Coimbra em 1903, um pêndulo horizontal de Milne. Esta estação foi depois atualizada, entre 1915 e 1926, com a instalação adicional de sismógrafos Wiechert, de componentes horizontal e vertical.
Alguns anos depois da instalação da estação de Coimbra, em 1910, na sequência do terramoto de Benavente, de 23 de Abril de 1909, considerado o mais devastador em Portugal continental no século XX, foi instalada uma nova estação sísmica em Lisboa. O sismógrafo vertical Mainka que equipou inicialmente esta estação, foi mais tarde complementado por dois sismógrafos Wiechert, que, em conjunto, registavam as três componentes de movimento do solo.
A estação do Porto entrou em funcionamento em 1929, complementando as outras duas estações da rede. A partir de 1960, a estação do Porto foi modernizada, vindo a integrar, a partir de 1963, a rede global WWSSN.
O terramoto de 28 de fevereiro de 1969, com epicentro a sudoeste do Cabo de São Vicente, e fortemente sentido em Portugal continental, despertou as autoridades para a necessidade de ter uma rede sísmica melhorada. Esta tarefa foi atribuída ao IPMA (então designado Serviço Meteorológico Nacional, SMN), que instalou uma rede analógica composta por nove estações, distribuídas de norte a sul do país. Estas nove estações complementaram a rede sísmica inicial, passando a rede sísmica a contar com um total de 12 estações. Algumas destas estações registavam apenas dados localmente, enquanto outras transmitiam dados, via rádio, em UHF, para as três estações centrais.
Até meados da década de 1990 a rede sísmica em operação era pouco eficaz em termos de monitorização sísmica. A baixa qualidade da instrumentação usada (principalmente sistemas de aquisição de baixa dinâmica), a transmissão analógica, o registo em papel e a dispersão geográfica das estações, concorriam para que apenas 20% a 25% dos sismos locais e regionais detetados pudessem ser localizados. Acresce ainda que apenas 3 a 4 estações gravavam dados sísmicos em tempo real no centro operacional do IPMA (então designado Instituto de Meteorologia, IM), o que restringia severamente a capacidade de monitorização sísmica.
Em 1994, o IPMA (então IM) iniciou a implantação de uma nova rede sísmica digital no continente e no arquipélago da Madeira, que se estendeu mais tarde ao arquipélago dos Açores. Esta rede era inicialmente composta por 14 estações, 12 das quais foram instalados no continente, complementando a rede analógica existente. As novas estações transmitiam os dados por meio de linhas telefónicas, de forma analógica e digital, para o centro operacional de Lisboa.
Em resultado da evolução contínua da rede sísmica, que incluiu a dispensa de várias estações analógicas e a atualização de outras, o IPMA (então IM) operava, no final de 2003, 19 estações sísmicas, distribuídas por todo o território continental, permitindo a moderna monitorização sísmica do território continental e áreas adjacentes. Além desta rede, a partir do final da década de 1980, outras estações e redes sísmicas passaram a ser operadas por outras instituições, tanto a nível local como regional.
No arquipélago dos Açores, as duas primeiras estações (as primeiras em Portugal) foram instaladas em 1902 na cidade da Horta (ilha do Faial), e em Ponta Delgada (ilha de S. Miguel), após a criação do Serviço Meteorológico Regional no ano anterior. A terceira estação foi instalada apenas a partir de 1931, em Angra do Heroísmo (ilha Terceira). Só muito mais tarde, em 1957, foi instalado um sismógrafo Bosch-Omori na Horta, pouco depois da erupção do vulcão dos Capelinhos, para monitorizar a sua atividade. Estas foram as únicas três estações sísmicas instaladas nos Açores até ao sismo de 1 de janeiro de 1980, que causou grande destruição em Angra do Heroísmo, na ilha Terceira. Ocorreu então uma nova fase de desenvolvimento da rede, usando estações de curto período, com gravação analógica local. Algumas estações foram equipadas com sismómetros de três componentes.
Em 1997 foi iniciada uma parceria entre o IPMA (então IM) e a Universidade dos Açores, denominada Sistema de Vigilância Sismológica dos Açores (SIVISA), com vista a integrar todas as estações sísmicas existentes numa mesma rede. Durante este período de colaboração, que terminou em 2007, o IPMA instalou um conjunto de 12 novas estações. Os dados eram transmitidos através de linhas telefónicas (analógicas e digitais) e via rádio (banda UHF) para os centros operacionais da Horta e de Ponta Delgada. Em 2008, a rede sísmica regional do IPMA nos Açores foi totalmente integrada na rede sísmica nacional.
Na ilha da Madeira, a primeira estação sísmica apenas foi instalada (pelo IPMA, então SMN) em 1974, no Funchal. A estação estava equipada com um sismómetro de período curto e de período longo, e fazia registo local em papel. A partir de 1998, foram instaladas mais duas estações de período curto no arquipélago, uma na ilha da Madeira e outra na ilha de Porto Santo.
Atualmente (2021), a rede sísmica de banda larga permanente em Portugal (incluindo estações operadas por todas as instituições) é composta por um total de 44 estações, com 27 estações instaladas no continente, 3 na Madeira e 14 no arquipélago dos Açores. A rede de período curto é composta por um total de 19 estações: 5 no continente, 2 na Madeira e 12 nos Açores. Quanto à rede de acelerómetros (strong-motion accelerometer), existem 72 estações operadas em Portugal: 4 na Madeira, 28 nos Açores e 40 no continente. A rede de acelerómetros é crítica para a elaboração de ShakeMaps e fornece a espinha dorsal do Sistema de Alerta Precoce de Sismos (Earthquake Early Warning, EEW) que está a ser implementado pela Universidade de Évora, através do projeto EMSO-PT (European Multidisciplinary Seafloor and water column Observatory), financiado pelo estado português e pela Comissão Europeia. O EMSO-PT, homológo português do EMSO, tem como missão criar e desenvolver infraestruturas para fins científicos e de investigação tecnológica no âmbito das ciências marinhas.
O principal objetivo da rede sismográfica nacional (banda larga e período curto) é a monitorização sísmica de todo o território português, desde os Arquipélagos dos Açores e da Madeira ao território continental, cobrindo o extenso segmento da falha Açores-Gibraltar. Para além da monitorização sísmica local e regional, a rede também contribui para os esforços de monitorização global.
A rede atual permite a deteção em tempo real de eventos de pequena magnitude, em quase todo o território. Assumindo que um sismo é detetado se for registado em pelo menos três estações, a magnitude mínima que é possível detetar corresponderá ao máximo dos três menores valores. Usando esta metodologia conclui-se que, em geral, é expectável detetar e localizar todos os eventos com magnitude ou superior a 1,0. Numa parte significativa do território continental, é possível detetar sismos com magnitudes tão pequenas quanto 0,5 ou mesmo 0,0, numa pequena área localizada em torno de Arraiolos e de Évora.
A lista das estações que constituem a Rede Sísmica Portuguesa - Continente, Arquipélago dos Açores e Arquipélago da Madeira - (com indicação dos códigos de estações, localização, tipo de sensores, canais e propriedade da estação) pode ser consultada aqui.
Rede sísmica atualmente a operar no território de Portugal continental (BB: banda larga; SP: período curto; SM: acelerómetros).
(Fonte: SRL)
Distribuição geográfica da magnitude mínima detetável em Portugal continental permitida pela rede sísmica instalada.
(Fonte: SRL)
Rede Sísmica Portuguesa. Lista das estações (com indicação dos códigos de estação, sua localização, tipo de sensores, canais e propriedade das estações) que fazem parte da Rede Sísmica Portuguesa.
(Fonte: IPMA)
Fontes:J M Miranda, P T Costa, J F Luís, L Matias, F M Santos (2020). Fundamentos de Geologia. Cap. 2 - SismologiaL.M. Matias, P.T. Costa (2011). Curso Formadores IPMA. Cap. 8- Sismologia de Observatório IHavskov, J., Alguacil , G. (2016). Instrumentation in Earthquake Seismology, 2nd. Ed., Springer.https://en.wikipedia.org/wiki/World-Wide_Standardized_Seismograph_Networkhttps://pubs.usgs.gov/of/2014/1218/pdf/ofr2014-1218.pdfhttps://www.seismosoc.org/inside/eastern-section/jesuit-contribution-seismology/https://www.lneg.pt/wp-content/uploads/2020/03/71_3085_ART_CG14_ESPECIAL_I.pdfhttps://engineering.purdue.edu/~ce597m/Handouts/ConciseHistory_BenMenahem.pdfCarrilho, F., S. Custódio, M. Bezzeghoud, et al. (2021). The Portuguese National Seismic Network-Products and Services, Seismol. Res. Lett. XX, 1–30
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