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Sismicidade Induzida pelo homem

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Algumas atividades antropogênicas de larga escala apresentam um certo potencial para afetar o ambiente sismotectônico, desencadeando uma categoria especial de sismos denominados “sismos induzidos”. Como resultam da interação do homem com a natureza, na construção de grandes obras de engenharia, são também denominados sismos induzidos pelo homem.
Tipos de terremotos induzidos

Cinco tipos principais de atividades humanas podem afetar o ambiente sismotectônico em suas áreas de influência, através de mudanças no nível da sismicidade local. São elas:
  1. Atividades de mineração e pedreiras;
  2. Injeção profunda de fluídos sob alta pressão;
  3. Extração de líquidos;
  4. Explosões subterrâneas;
  5. Enchimento de reservatórios na construção de barragens.
Os quatro primeiros tipos de atividades, geralmente, induzem pequenos sismos, com magnitudes não superiores a 5,0 na Escala Richter. Entretanto, relativamente ao tipo (iv), alguns testes nucleares realizados na década de 60, com potência da ordem de dezenas de megatons (1 megaton = 106t de Trinitrotolueno-TNT), produziram sismos artificiais de magnitudes da ordem de 7. Os sismos induzidos por reservatórios, embora sejam geralmente de pequenas magnitudes, podem, às vezes, atingir magnitudes moderadas (entre 5 e 6,5 na Escala Richter). Sismos dessa magnitude podem produzir severos efeitos macrossísmicos associados, com vítimas humanas e prejuízos materiais consideráveis, gerando, portanto, um impacto ambiental e social muito grande (Marza et al., 1999).

i) Sismicidade induzida por minas e pedreiras

Neste caso, a sismicidade é induzida por variações no esforço elástico, causado pela remoção de grandes quantidades de rochas nas atividades de mineração e pedreiras. Dois tipos de terremotos induzidos podem resultar: aqueles causados pela remoção de materiais em minas profundas, geralmente com ocorrência bem próxima do local de extração (Cook, 1976), e aqueles superficiais, devidos a escavações em minas rasas e à remoção de materiais em pedreiras (Pomeroy et al., 1976).
ii) Sismicidade induzida pela injeção profunda de fluídos sob alta pressão

A injeção de fluídos sob alta pressão em furo produziu o mais bem documentado e bem entendido caso de sismicidade induzida (Simpson, 1986). De abril de 1962 a setembro de 1963, registraram-se mais de 700 eventos sísmicos, com magnitudes entre 1.0 e 4.3, nas proximidades de Denver (Colorado), região bastante estável, com rara incidência histórica de terremotos (Evans, 1966). Os epicentros localizavam-se perto de um arsenal militar que produzia líquidos de natureza tóxica. Para evitar problemas ambientais e de segurança, os fluídos eram bombeados para o interior de poços profundos, até que se observou uma correlação direta entre os bombeamentos e a ocorrência de tremores de terra. Isso porque o incremento da pressão da água, através dos poros e microfraturas das rochas em profundidade, reduzia o esforço tectônico efetivo, facilitando o deslocamento de eventuais blocos falhados.

Munidos dessas observações, os cientistas do Serviço Geológico Americano (USGS) decidiram por em prática um teste especial, numa área de extração de petróleo desativada, em Rangely, também no Colorado. A água foi alternadamente injetada e bombeada, enquanto as mudanças no nível da sismicidade eram registradas por meio de uma rede sismográfica local. Verificou-se que, ao alcançar determinado nível, a pressão do fluído desencadeava tremores de terra, que cessavam quando a pressão era retirada (Raleigh et al., 1976).

Em outro experimento realizado em 1970, em Matsushiro, Japão, a tese de que os terremotos podem ser induzidos pela pressão da água nos poros das rochas também foi comprovada. Neste caso, o fluído foi injetado sob alta pressão num poço de 1.800 metros de profundidade. Esses acontecimentos demonstraram a importância da água como mecanismo disparador de sismicidade e indicaram que é possível pensar no controle de pequenos terremotos (Ohtake, 1974).

iii) Sismicidade induzida pela remoção de fluído

Há exemplos de terremotos induzidos por uma causa oposta à injeção de fluídos, isto é, os terremotos induzidos por extração de fluídos. Quando fluídos são extraídos das rochas, através da exploração de petróleo, água ou gás, há uma redução substancial na pressão sobre as rochas, sugerindo, portanto, que o potencial para induzir sismos também será reduzido. Isto, porém, não é verdade.

De acordo com a teoria da poroelasticidade, a extração de fluídos pode, às vezes, reduzir suficientemente a pressão dos poros de uma área de modo a alterar localmente o estado dos esforços tectônicos, induzindo, desta forma, sismos. A maioria dos mecanismos de falhamento associados são de falhamento inverso ou normal (Davis et al., 1993). Exemplos de sismos induzidos por extração de fluídos são apresentados nos EUA (centro-sul do Texas), Canadá (Alberta), França (Lacq).

iv) Sismicidade induzida por explosões nucleares
Sismos podem ser induzidos também pela realização de testes nucleares subterrâneos. Uma explosão nuclear pode desestabilizar o estado dos esforços tectônicos, produzindo fraturas nas rochas e diminuindo a resistência ao cisalhamento. E, até que haja uma acomodação no estado dos esforços, será verificada uma sismicidade induzida que pode ser detectada por uma rede sismográfica local.

Investigações feitas no polígono de testes nucleares de Nevada (EUA) mostraram casos em que detonações nucleares subterrâneas foram imediatamente seguidas por tremores semelhantes aos pós-abalos ou réplicas de grandes sismos naturais (Bolt, 1976). Um exemplo excepcional é o caso da explosão nuclear subterrânea feita em 19 de novembro de 1968, no campo de testes de Nevada, com uma capacidade explosiva de 1,1 megaton, equivalente a uma energia sísmica correspondente a um terremoto de mb = 6,5 (Båth, 1979). Imediatamente após a detonação, réplicas foram observadas até 15 km de distância, aproximadamente. Os geólogos determinaram que os pós-abalos foram desencadeados, principalmente, porque a explosão liberou os esforços tectônicos naturais existentes na área da explosão (Kisslinger, 1976).

v) Sismicidade Induzida por Reservatório (SIR)

Este é o tipo mais comum de sismicidade induzida e também o menos entendido. A massa de água do reservatório representa uma carga adicional que causa um crescimento significativo na tensão elástica, enquanto o crescimento na pressão nos poros pode ser gerado de duas maneiras: diretamente, através da infiltração da água do reservatório, e indiretamente, através do fechamento dos poros e fraturas saturadas abaixo do reservatório. O carregamento superficial produzido por cada metro de água é de 0,1 bar ou cerca de 20 bars num reservatório do porte do reservatório de Itaipu Binacional (com uma profundidade de 180 m).

O que acontece com a água num grande reservatório? A construção da barragem cria um novo lago, que irá alterar as condições estáticas das formações rochosas do ponto de vista da mecânica (em virtude do próprio peso da massa d’água) e do ponto de vista da hidráulica (em conseqüência da infiltração do fluído, que causa pressões internas nas camadas rochosas profundas). A combinação das duas ações pode desencadear distúrbios tectônicos e, eventualmente, gerar sismo, caso as condições locais sejam propícias (existência de falhas e esforços convenientemente orientados).

Mesmo que o peso da água em reservatórios com mais de cem metros de profundidade seja insuficiente para fraturar as rochas da base, a coluna d’água exercerá uma pressão hidrostática, empurrando o líquido através dos poros das rochas e de fraturas preexistentes. A Figura seguinte ilustra esquematicamente o processo disparador de um tremor de terra induzido por reservatório. O efeito da pressão pode levar meses ou mesmo anos para alcançar distâncias não muito longas, dependendo da permeabilidade do solo e das condições de fraturamento das rochas.
Processo disparador de um tremor


(modificado de Veloso, 1992).


No entanto, quando a pressão alcança zonas mais fraturadas, a água é forçada para dentro das rochas, reduzindo o esforço tectônico efetivo e facilitando o deslocamento de blocos falhados. A água tem ainda o papel de agente químico: ao hidratar certas moléculas, ela enfraquece o material e favorece a formação de novas fissuras, que levam o líquido a penetrar ainda mais profundamente no interior de um maciço rochoso.

A SIR é, portanto, um fenômeno dinâmico resultante da interação complexa das novas forças induzidas pelo lago, que passam a interferir sobre o regime de forças naturais previamente existentes. Não se sabe ao certo se o reservatório apenas antecipa a ocorrência de terremotos que viriam a ocorrer de qualquer maneira ou se pode também alterar a magnitude dos sismos.


Maiores sismos induzidos por reservatórios

No mundo inteiro, já foram registrados 8 (oito) terremotos com magnitudes superiores ou iguais a 5.0, dos quais 4 (quatro) com magnitudes superiores a 6.0. O maior deles, em Koyna, Índia, em 1965, causou 200 mortes, 1500 feridos e severos danos às construções vizinhas e à própria estrutura da barragem (Gupta, 1992).

Todos esses terremotos foram acompanhados de pré-abalos e pós-abalos e têm sido relatados como induzidos pelos respectivos reservatórios (Simpson, 1976 e 1986; Gupta e Rastogi, 1976; Bozovic, 1974; Morrison, 1976; Gough & Gough, 1970; Carder, 1945). Por não dispor de informações detalhadas sobre a sismicidade antes do enchimento desses reservatórios não é possível estabelecer as características exatas da variação da sismicidade causada pelo reservatório.

Entretanto, em todos os casos, a sismicidade verificada após o enchimento e, especialmente o sismo principal, representam a principal mudança na sismicidade da região em torno do reservatório.

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