Terremoto de Tōhoku: onda ScS refletida no limite núcleo-manto pode ter empurrado o Japão para leste

Quando o terremoto de Tōhoku, de magnitude 9.0, atingiu o mar ao largo do Japão em 2011, as vibrações sísmicas fizeram muito mais do que sacudir a superfície do planeta.

Pelo menos uma das ondas viajou cerca de 2.900 quilômetros até o limite entre o manto terrestre e o núcleo externo líquido - e, ao chegar lá, foi refletida e voltou em direção à superfície.

Agora, uma nova análise de registos sísmicos reunidos em todo o Japão indica que esse retorno pode ter provocado algo que os cientistas ainda não tinham reconhecido.

Na época do tremor, medições de GPS mostraram que algumas áreas do Japão se deslocaram para leste em até 5 a 6 milímetros.

Segundo uma equipa liderada pela sismóloga Sunyoung Park, da University of Chicago, a onda refletida pode ter sido a responsável por esse pequeno “empurrão” para leste.

Terremotos estão entre os desastres naturais mais destrutivos que a Terra pode sofrer, e o evento de Tōhoku - que gerou o tsunami associado ao acidente nuclear de Fukushima Daiichi - figura entre os mais potentes já registados.

Ele ocorreu quando a Placa do Pacífico deslizou subitamente para baixo da placa que sustenta o norte do Japão, originando um tsunami devastador e lançando ondas sísmicas por todo o interior do planeta.

O terremoto de Tōhoku segue como um dos desastres naturais mais investigados da história. Ainda hoje, investigadores continuam a vasculhar as observações geradas por ele, em busca de pistas sobre como grandes sismos se desenrolam e o que acontece depois.

O sinal ScS no GNSS/GEONET

O fenómeno foi tão colossal que deixou um sinal ScS excepcionalmente nítido na rede GNSS Earth Observation Network System (GEONET), no Japão. A sigla descreve uma onda de cisalhamento (S) que é refletida no limite núcleo-manto (c) e regressa como outra onda de cisalhamento (S).

A amplitude dessa onda ScS foi tão elevada que chegou a ser detetada até na China.

Isso chama a atenção porque o GNSS mede o movimento do solo, e não as ondas sísmicas de forma direta. Ou seja, não é um sismómetro tradicional.

Por isso, os investigadores estavam a explorar esse sinal para entender o que ele podia revelar sobre o próprio terremoto - e foi nesse processo que notaram algo… inesperado.

Depois da passagem de uma onda sísmica, espera-se que o terreno volte à posição inicial. No entanto, a equipa observou que algumas estações de GPS no Japão pareciam ter ficado ligeiramente mais a leste do que estavam antes.

A explicação mais imediata seria um erro - talvez um artefacto do processamento dos dados.

Mas, mesmo ao considerar essa hipótese e aplicar correções, o desvio continuou a aparecer, o que sugere que era real e permanente. Além disso, não se encaixava facilmente noutras possibilidades, como um grande deslizamento submarino ou a rutura principal já conhecida do sismo.

Para reforçar a estranheza, a mudança aparente ocorreu precisamente quando a onda ScS regressou ao Japão, após a ida ao limite núcleo-manto e a volta.

A hipótese: deslizamento subtil provocado pela onda de retorno

Esse alinhamento temporal levou os cientistas a suspeitar que estavam diante de algo novo. Assim, eles começaram a modelar processos capazes de reproduzir o sinal observado.

Entre os cenários testados, um modelo descreveu os dados melhor do que os demais.

Nesse caso, a onda de cisalhamento, ao retornar, teria desencadeado um pulso amplo de deslizamento de falha na interface entre as duas placas tectónicas - não uma rutura grande, mas um escorregamento discreto distribuído por uma área muito extensa.

Imagine que você empurra duas superfícies rugosas uma contra a outra, em ângulo. O atrito impede o movimento até o momento em que a força o supera, e então as superfícies dão um tranco e passam uma pela outra.

Em escala geológica, é isso que acontece na fronteira entre placas durante um terremoto de megathrust como o de Tōhoku, quando a borda de uma placa dá um solavanco e mergulha sob a vizinha.

Um deslizamento é parecido, mas com deslocamento bem menor. Aqui, os investigadores inferem movimento de milímetros a centímetros ao longo de uma secção enorme do limite entre placas, o suficiente para produzir, na superfície, alterações de poucos milímetros - detetáveis pelo GPS.

Na visão da equipa, a onda de retorno pode ter funcionado como um empurrão suave aplicado a falhas que já estavam sob stress extremo por causa do terremoto principal de Tōhoku.

Embora a onda ScS fosse muito mais fraca do que o abalo original, ela atingiu uma grande parte do Japão quase ao mesmo tempo. O grupo defende que esse pulso sincronizado pode ter bastado para iniciar um pequeno grau de movimento em limites de placas já tensionados.

O evento inferido foi curioso por ser, ao mesmo tempo, grande num aspeto e pequeno noutro.

Os investigadores calculam que ele teria libertado uma energia total comparável à de um terremoto de magnitude 7.5.

Porém, em vez de ocorrer como uma única rutura concentrada, o movimento espalhou-se por uma longa extensão do limite entre placas, resultando em apenas milímetros a centímetros de deslizamento e em pouco tremor adicional.

Implicações para o risco sísmico

De acordo com os autores, se essa leitura estiver correta, este seria o primeiro exemplo conhecido de um evento de deslizamento de falha acionado por uma onda sísmica refletida no limite núcleo-manto.

Pode ser necessário observar futuros grandes terremotos para confirmar a ideia - mas vale a pena procurar essa confirmação, porque o resultado sugere uma complexidade oculta nos sismos que talvez tenha passado despercebida.

"A observação reforça a importância de considerar esta fonte de perigo sísmico anteriormente não reconhecida, associada à potencial (re)ativação da área do abalo principal e da região ao redor, mesmo dezenas de minutos após o abalo principal", escrevem os investigadores.

Os resultados foram publicados na Science.