O impacto dos sismos na superfície terrestre
Descrição da atividade
Ao longo desta atividade os alunos terão oportunidade de continuar a explorar o impacto dos sismos, nomeadamente o sismo de Sumatra de 2004 (Indonésia). Explica-se o fenómeno que levou à ocorrência de um sismo naquele local, utilizam-se simulações e outras ferramentas digitais como o Google Earth e constrói-se um sismógrafo com vista à aprendizagem de conteúdos como calcular a magnitude de um sismo, relacionando com a escala de Richter. Desafiam-se os alunos a calcular áreas de impacto do sismo referido e a estabelecer semelhanças entre figuras. Com vista a garantir uma melhor articulação das diferentes aprendizagens, bem como um apoio adequado às diferentes dificuldades que surjam, realiza-se esta atividade em regime de coadjuvação com docentes de CN, FQ e MAT.
1 computador portátil com o Excel Office
365 com o Data Streamer
Ficheiro Hacking STEM
1 micro:bit com o ficheiro com o programa Hacking STEM instalado;
10 tablets com a simulação PhET Plate tectonics
Ficheiros kmz limites_placas_tectonicas. kmz e sumatra_2004.kmz
Google Earth
5 copos de plástico transparentes
5 ímanes Crocodilos de ligação
5 micro:bit (1 por grupo)
5 rolhas de cortiça
Pratos de plástico
Pistola de cola quente
Tubos de cola quente
Excerto do filme “O impossível”
Perfil dos alunos
Aprendizagens essenciais
Please download the following files:
Guiões de atividade
Introdução da atividade
Introduz-se a atividade questionando os alunos sobre possíveis causas para a ocorrência de sismos.
Projeta-se um breve excerto do filme “O impossível” que se baseia no sismo ocorrido em 2004 em Sumatra.
Após a visualização, explora-se o ficheiro “sumatra_2004.kmz” que se relaciona com o acontecimento do vídeo observado. Explora-se com o grande grupo os diferentes dados que o ficheiro apresenta como:
- Epicentro
- Magnitude
- Danos causados
- Locais afetados pelo tsunami
- Distâncias ao epicentro
Exploram-se eventos sísmicos a partir do mesmo ficheiro ativando a camada “Seismic Events”, relacionando-se estes eventos com os limites de placas tectónicas (KMZ disponível no drive limites_ placas_tectonicas.kmz) e os diferentes tipos de limites, remetendo para os limites divergentes, convergentes e outros. Estabelece-se a ligação entre os limites de placas tectónicas observados com a placa em que Portugal se insere. Questionam-se os alunos sobre os diferentes limites de placas.
Explora-se o vídeo 240 million years ago to 250 millions years in the future da autoria de Chris Scotese, professor do Departamento de Ciências Planetárias e da Terra na Northwestern University (EUA), que simula o movimento de placas tectónicas desde há 240 milhões de anos até 250 milhões de anos no futuro.
Desenvolvimento da atividade
Após a exploração dos ficheiros KMZ referidos, discutem-se com os alunos medidas de proteção dos efeitos dos sismos e questiona-se os alunos sobre a existência de métodos de deteção deste fenómeno natural, que permita antecipar um evento como o visualizado no filme.
Propõe-se aos alunos que criem um sismógrafo, em grupo, alertando para os cuidados necessários à utilização de certas ferramentas como a pistola de cola-quente, que servirá para todos os grupos.
Divide-se a turma em grupos de 4 a 5 elementos, entrega-se o guião do aluno e projeta-se o ponto 1 do mesmo para analisar os principais passos para a construção de um sismógrafo. Cada grupo acede aos seguintes materiais:
- Copo de plástico transparente
- Íman
- Crocodilos
- Micro:bit e cabo de ligação a computador
- Computador com o Office 365 instalado e o módulo Data Streamer do Hacking STEM
- Rolha de cortiça
- Prato de plástico
- Fio de cobre
Auxiliam-se os alunos na construção do sismógrafo e questionam-se os grupos acerca dos assuntos explorados anteriormente, como por exemplo:
- Qual é a função dos sismógrafos?
- Qual é a utilidade dos sismogramas?
- Qual é a diferença entre hipocentro e epicentro?
- Que relação há entre a energia libertada no hipocentro e o comportamento das ondas sísmicas?
- Qual é a diferença entre magnitude e intensidade?
- Quais são as consequências dos sismos?
Depois de construído, solicita-se aos alunos para ligarem o micro:bit com o sismógrafo ao computador, abrindo a aplicação Excel com o módulo Data Streamer, conforme instruções no guião de aluno, iniciando a aquisição de dados do sismógrafo simulando um sismo (agitando o prato ou a mesa).
Solicita-se aos alunos que resolvam a tarefa 2 do guião do aluno.
Para a resolução da tarefa 3 do guião do aluno, solicita-se aos alunos que usem a simulação PhET plate-tectonics_pt_BR.jar para explorar a diferença das densidades de diferentes placas litosféricas, as várias ferramentas (medição de densidade, temperatura e espessura) e as consequências da interação entre diferentes tipos de limites de placas. Projeta-se a simulação na frente de sala, explorando algumas funcionalidades e solicita-se a um aluno que, a partir da projeção, explore a densidade em determinado local. Formulam-se questões como:
- Num movimento convergente de placas iguais, quando a densidade da placa A é maior que a de B, qual é o resultado esperado? Justifica a tua resposta.
- Num movimento convergente de placas iguais, quando a densidade da placa A é igual ao da placa B, qual é o resultado esperado? Justifica a tua resposta.
- Num movimento convergente de uma placa de crosta terrestre contra uma placa de crosta oceânica, qual é o resultado esperado? Justifica a tua resposta.
Distribuem-se 2 tablets com a aplicação instalada por grupo e solicita-se aos alunos que explorem outras funcionalidades da aplicação e retirem conclusões relacionadas com a densidade dos materiais, particularmente, usando como fatores a temperatura, a densidade e a espessura. A professora circula pelos grupos e questiona-os sobre os diferentes resultados obtidos na exploração das variáveis da simulação.
Antes dos alunos realizarem a tarefa 4 do guião do aluno, relacionada com ondas sísmicas, explora-se a animação produzida pelo instituto Incorporated Research Institutions for Seismology 2004 Sumatra Quake & Tsunami, do sismo de 2004 na ilha de Sumatra. Explora-se a animação com os alunos formulando questões relacionadas com as ondas P e S. Questionam-se os alunos sobre a área afetada pelo sismo, estabelecendo a relação entre a razão de semelhança de figuras e a razão dos perímetros/áreas.
Na tarefa 4 do guião do aluno os grupos medem com Google Earth as diferentes distâncias entre pontos
Conclusão da atividade
Estabelece-se uma relação com o contexto nacional criando um caso simulado a partir da seguinte questão: Se ocorresse um sismo em Lisboa de magnitude 9 na escala de Richter, um Mangualdense teria tempo de se preparar para o seu impacto em Mangualde?
Apresentam-se e discutem-se os dados da tabela seguinte.
Questionam-se os alunos acerca da distância de Lisboa a Mangualde e sugere-se que verifiquem no Google Earth a distância. Depois, com base na análise do quadro anterior e na distância, formula-se novamente a questão anterior. Pede-se aos alunos que expliquem o seu raciocínio.
Aprendizagens essenciais
Evidence / Student action
- Explicar a distribuição dos sismos e dos vulcões no planeta Terra, tendo em conta os limites das placas tectónicas.
- Exploração do ficheiro KMZ relacionado com o movimento de placas tectónicas - discussão sobre os diferentes fenómenos possíveis de observar.
- Relacionar os fenómenos vulcânicos e sísmicos com os métodos diretos e indiretos e com a sua importância para o conhecimento da estrutura interna da Terra, explicitando os contributos da ciência e da tecnologia para esse conhecimento.
- Em grande grupo, discussão sobre o excerto do filme “O impossível” apresentado, relacionando-o com os factores que originaram o tsunami.
- Compreender o conceito de massa volúmica e efetuar cálculos com base na sua definição.
- Discussão em grupo sobre a(s) simulação(ões) que a aplicação “platetectonics” potencia.
- Identificar e representar semelhanças de figuras no plano, usando material e instrumentos apropriados, incluindo os de tecnologia digital, e utilizá-las em contextos matemáticos e não matemáticos, prevendo e descrevendo os resultados obtidos, incluindo o seu efeito em comprimentos e áreas. Resolver problemas usando ideias geométricas em contextos matemáticos e não matemáticos, concebendo e aplicando estratégias de resolução, incluindo a utilização de tecnologia, e avaliando a plausibilidade dos resultados.
- Resolução da tarefa 4 do Guião do Aluno
IRIS. (s.d.). 2004 Sumatra Quake & Tsunami. Acedido em http://ds.iris.edu/seismon/swaves/index. php?lat=3.31&lon=95.85&depth=30&mag=9.1&title=2004%20Sumatra%20Quake%20%26%20 Tsunami&date=2004-12-26T00:58Z&w_terrain=false&wiki=https%3A%2F%2Fen.wikipedia. org%2Fwiki%2F2004_IndianOcean_earthquake_and_tsunami em 30 de junho de 2022
IRIS. (s.d.). Magnitude explained: Moment magnitude vs Richter Scale. Acedido em https://www.iris.edu/hq/inclass/animation/magnitudes_moment_magnitude_explained em 30 de junho de 2022
Microsoft Hacking STEM. (2022). Use computational thinking to understand earthquakes. Acedido em https://docs.microsoft.com/en-us/learn/educator-center/instructor-materials/use-computational-thinkingunderstand-earthquakes em 30 de junho de 2022
PhET. (2022). Placas tectônicas. Acedido em https://phet.colorado.edu/pt_BR/simulations/plate-tectonics em 30 de junho de 2022
Scotese, C. (2015). 240 million years ago to 250 million years in the future. Acedido em https://www. youtube.com/watch?v=uLahVJNnoZ4 em 30 de junho de 2022
Em 2004 ocorreu uma catástrofe no sudeste asiático: um sismo seguido de um tsunami. Na sequência da tragédia morreram em toda a região centenas de milhares de pessoas e muitos outros seres vivos. Após o fatídico acontecimento, a Organização das Nações Unidas iniciou o desenvolvimento de mecanismos tecnológicos que antecipem a ocorrência de sismos naquela região.
Nesta atividade assumirás o papel de um cientista e irás desenvolver um aparelho que permite simular a ocorrência de sismos, analisar dados e calcular a magnitude de um hipotético sismo. Para além disso, vais estudar o porquê da ocorrência do sismo de Sumatra e calcular áreas de propagação das ondas sísmicas.
Tarefa 1 – Construção de um sismógrafo
Fase I – Pesquisa e construção de um sismógrafo
Para construíres um sismógrafo em grupo, acede ao Microsoft Learn – Hacking STEM, na atividade Use computational thinking to understand earthquakes.
Depois de fazeres o download do documento Build instructions, encontras todos os passos a seguir para a construção de um sismógrafo.
NOTA: Realiza todos os passos com cuidado e atenção na manipulação dos diferentes materiais a usar, em particular, a pistola de cola quente!
Fase II – simulação de um sismo e recolha de dados
Está concluída a montagem do sismógrafo! Agora terás de efetuar a ligação do sismógrafo ao Excel Data Streamer para aquisição de dados. Para tal, efetua os seguintes passos:
- Liga o micro:bit por USB ao computador portátil;
- No Excel, no separador Data Streamer, clica em Connect a device e seleciona o dispositivo de série USB;
- Na folha de Excel Live data, inicia a aquisição de dados clicando no botão Start Data.
Tarefa 2 – Dados obtidos no sismógrafo
A imagem seguinte resulta da simulação que efetuaram nos vossos sismógrafos. Os dados obtidos podem traduzir-se do seguinte modo:
2.1 Observando a imagem ao lado, explica de que forma se obtém a magnitude de um sismo.
2.2 Tendo em conta a análise da imagem anterior e sabendo que a imagem seguinte diz respeito ao sismo ocorrido em Sumatra, qual é a magnitude deste sismo na escala de Richter?
Tarefa 3 – Depois de teres explorado a aplicação “plate-tectonics, preenche a tabela seguinte com os símbolos “” e “=” nas primeiras colunas e na última descreve o comportamento observado.
3.1 Explica por que razão ocorre subdução de placas oceânicas nos limites convergentes com placas continentais.
3.2 Explica por que razão ocorre formação de montanhas nos limites convergentes entre placas continentais.
3.3 Identifica o tipo de limite de placas tectónicas que ocorre nas proximidades da região de Sumatra.
Tarefa 4 – Ondas P e S
A imagem seguinte apresenta o epicentro (E) do sismo de Sumatra e outros pontos atingidos pelas ondas S e P resultantes deste. Observa com atenção as linhas que representam as ondas S e P, respetivamente.
Sabendo que [ES] = 3000 km e [EP] = 6000 km, responde às questões seguintes:
4.1 As circunferências representadas parcialmente na figura, com o centro no ponto E, são semelhantes?
4.2 Calcula a razão entre o raio da circunferência maior e o raio da circunferência menor.
4.3 Calcula a razão entre os perímetros das circunferências e a razão entre os respetivos raios.
4.4 Calcula a razão entre as áreas dos círculos com centro em E e a razão entre os respetivos raios.
4.5 Investiga se haverá alguma relação entre estas duas razões e a razão de semelhança dos raios.
4.6 Estabelece essa relação.
Tarefa 5 – Imagina que um sismo semelhante ao de Sumatra teria ocorrido numa região muito próxima de Portugal Continental, perto de Lisboa. Observa com atenção a imagem seguinte.
5.1 Existe algum limite de placas tectónicas nas proximidades da região de Lisboa? Consulta o artigo da National Geographic de 6 de maio de 2019 A tectonic plate may have peeled apart – and that could shrink the Atlantic Ocean para responder a esta questão.
5.2 Seria possível ocorrer nesse local um sismo semelhante ao de Sumatra? Porquê?
5.3 Calcula o tempo que as ondas sísmicas P e S demorariam a chegar a Mangualde assumindo que:
- as ondas P deslocam-se à velocidade de 5000 m/s
- as ondas S deslocam-se à velocidade de 3000 m/s
5.4 As pessoas em Mangualde conseguiriam proteger-se do sismo antes da chegada das ondas sísmicas? Explica a tua resposta.
5.5 Em que situação este sismo poderia originar um tsunami?