Sismología

introducción

Es ciencia que
estudia los terremotos.
Implica la observación de las vibraciones naturales
del terreno y de las señales sísmicas generadas de
forma artificial, con muchas ramificaciones teóricas y
prácticas. Como rama de la geofísica, la
sismología ha aportado contribuciones esenciales a la
comprensión de la tectónica de placas, la estructura del
interior de la Tierra, la
predicción de terremotos y
es una técnica valiosa en la búsqueda de minerales.

La investigación sismológica
básica se concentra en la mejor comprensión del
origen y propagación de los terremotos y
de la estructura
interna de la Tierra.
Según la teoría
elástica del rebote, la tensión acumulada durante
muchos años se libera de manera brusca en forma de
vibraciones sísmicas intensas por movimientos de las
fallas.

 Fenómenos sísmicos

La deformación de los materiales
rocosos produce distintos tipos de ondas
sísmicas. Un deslizamiento súbito a lo largo de una
falla, por ejemplo, produce ondas
longitudinales de empuje-tiro (P) y transversales de cizalla (S).
Los trenes de ondas P, de
compresión, establecidos por un empuje (o tiro) en la
dirección de propagación de la onda,
causan sacudidas de atrás hacia adelante en las
formaciones de superficie. Los desplazamientos bruscos de cizalla
se mueven a través de los materiales con
una velocidad de
onda menor al agitarse los planos de arriba a abajo.

Cuando las ondas P y S
encuentran un límite, como la discontinuidad de
Mohorodovicic (Moho), que yace entre la corteza y el manto de
la Tierra, se
reflejan, refractan y transmiten en parte y se dividen en algunos
otros tipos de ondas que
atraviesan la Tierra. Los
intervalos de propagación dependen de los cambios en las
velocidades de compresión y de onda S al atravesar
materiales con
distintas propiedades elásticas. Las rocas
graníticas corticales muestran velocidades típicas
de onda P de 6 km/s, mientras que las rocas subyacentes
máficas y ultramáficas (rocas oscuras con
contenidos crecientes de magnesio y hierro)
presentan velocidades de 7 y 8 km/s respectivamente.

Además de las ondas P y S —ondas de
volumen o
cuerpo—, hay dos ondas de superficie, ondas Love, llamadas
así por el geofísico británico Augustus E.
H. Love, que producen movimientos horizontales del suelo y las ondas
Rayleigh, por el físico británico John Rayleigh,
que producen movimientos verticales y son conocidas como ondas R.
Estas ondas viajan a gran velocidad y su
propagación se produce sobre la superficie de la
Tierra.

Medios de estudio

Las ondas sísmicas longitudinales, transversales
y superficiales provocan vibraciones allí donde alcanzan
la superficie terrestre. Los instrumentos sísmicos
están diseñados para detectar estos movimientos con
métodos
electromagnéticos u ópticos. Los instrumentos
principales, llamados sismógrafos, se han
perfeccionado tras el desarrollo por
el alemán Emil Wiechert de un sismógrafo
horizontal, a finales del siglo XIX.

Algunos instrumentos, como el sismómetro
electromagnético de péndulo, emplean registros
electromagnéticos, esto es, la tensión inducida
pasa por un amplificador eléctrico a un
galvanómetro. Los registradores fotográficos barren
a gran velocidad una
película dejando marcas del
movimiento en
función del tiempo. Las ondas
de refracción y de reflexión suelen grabarse en
cintas magnéticas que permiten su uso en los análisis por ordenador.

Los sismógrafos de
tensión emplean medidas electrónicas del cambio de la
distancia entre dos columnas de hormigón separadas por
unos 30 m. Pueden detectar respuestas de compresión y
extensión en el suelo durante las
vibraciones sísmicas. El sismógrafo lineal de
tensión de Benioff detecta tensiones relacionadas con los
procesos
tectónicos asociados a la propagación de las ondas
sísmicas y a los movimientos periódicos, o de
marea, de la Tierra
sólida. Invenciones aún más recientes
incluyen los sismógrafos de
rotación, los inclinómetros, los
sismógrafos de
banda ancha y
periodo largo y los sismógrafos del
fondo oceánico.

Hay sismógrafos de características similares desplegados en
estaciones de todo el mundo para registrar señales de
terremotos y
de explosiones nucleares subterráneas. La Red Sismográfica
Estándar Mundial engloba unas 125 estaciones.

Aplicaciones

La investigación sismológica
básica se concentra en la mejor comprensión del
origen y propagación de los terremotos y
de la estructura
interna de la Tierra.
Según la teoría
elástica del rebote, la tensión acumulada durante
muchos años se libera de manera brusca en forma de
vibraciones sísmicas intensas por movimientos de las
fallas.

Los temblores fuertes pueden, en segundos, reducir a
escombros las estructuras de
los edificios; por esto los geólogos e ingenieros
consideran diversos factores relacionados con los sismos en el
diseño
de las construcciones, porque los diques, las plantas de
energía
nuclear, los depósitos de almacenamiento de
basuras, las carreteras, los silos de misiles, los edificios y
otras estructuras
construidas en regiones sismogénicas, deben ser capaces de
soportar movimientos del terreno con máximos
estipulados.

Los métodos
sísmicos de prospección utilizan explosivos para
generar ondas sísmicas artificiales en puntos
determinados; en otros lugares, usando geófonos y otros
instrumentos, se determina el momento de llegada de la
energía refractada o reflejada por las discontinuidades en
las formaciones rocosas. Estas técnicas producen perfiles
sísmicos de refracción o de reflexión,
según el tipo de fenómeno registrado. En las
prospecciones sísmicas de petróleo,
las técnicas avanzadas de generación de
señal se combinan con sistemas
sofisticados de registro digital
y de cinta magnética para un mejor análisis de los datos. Algunos de
los métodos
más avanzados de investigación sísmica se usan en la
búsqueda de petróleo.

El perfilado sísmico de reflexión,
desarrollado en la década de 1940 para la
exploración petrolera, ha sido utilizado en los
últimos años en investigación básica. En la
actualidad hay programas
destinados a descifrar la estructura de
la corteza continental oculta que han usado esta técnica
para sondear rocas a decenas
de kilómetros de profundidad; con ellos se resuelven
muchos de los enigmas sobre el origen y la historia de determinados
puntos de la corteza terrestre. Entre los grandes descubrimientos
obtenidos destaca una falla casi horizontal con más de 200
km de desplazamiento. Esta estructura,
situada en el sur de los Apalaches de Georgia y de Carolina del
Sur, representa la superficie a lo largo de la cual una capa de
roca cristalina se introdujo en rocas
sedimentarias como resultado de la colisión gradual entre
América
del Norte y África durante el pérmico, hace 250
millones de años.

Investigaciones llevadas a cabo en el mar del Norte, al
norte de Escocia, han trazado estructuras
aún más profundas, algunas se extienden bajo la
corteza, dentro del manto terrestre, a casi 110 km de
profundidad.

Escalas de intensidad

Los sismólogos han diseñado dos escalas de
medida para poder
describir de forma cuantitativa los terremotos. Una es la
escala de
Richter —nombre del sismólogo estadounidense Charles
Francis Richter— que mide la energía liberada en el
foco de un sismo. Es una escala
logarítmica con valores entre
1 y 9; un temblor de magnitud 7 es diez veces más fuerte
que uno de magnitud 6, cien veces más que otro de magnitud
5, mil veces más que uno de magnitud 4 y de este modo en
casos análogos. Se estima que al año se producen en
el mundo unos 800 terremotos con magnitudes entre 5 y 6, unos
50.000 con magnitudes entre 3 y 4, y sólo 1 con magnitud
entre 8 y 9. En teoría,
la escala de Richter
no tiene cota máxima, pero hasta 1979 se creía que
el sismo más poderoso posible tendría magnitud 8,5.
Sin embargo, desde entonces, los progresos en las técnicas
de medidas sísmicas han permitido a los sismólogos
redefinir la escala; hoy se
considera 9,5 el límite práctico.

La otra escala,
introducida al comienzo del siglo XX por el sismólogo
italiano Giuseppe Mercalli, mide la intensidad de un temblor con
gradaciones entre I y XII. Puesto que los efectos sísmicos
de superficie disminuyen con la distancia desde el foco, la
medida Mercalli depende de la posición del
sismógrafo. Una intensidad I se define como la de un
suceso percibido por pocos, mientras que se asigna una intensidad
XII a los eventos
catastróficos que provocan destrucción total. Los
temblores con intensidades entre II y III son casi equivalentes a
los de magnitud entre 3 y 4 en la escala de Richter, mientras que
los niveles XI y XII en la escala de Mercalli se pueden asociar a
las magnitudes 8 y 9 en la escala de Richter.

Predicción de terremotos

Los intentos de predecir cuándo y dónde se
producirán los terremotos han tenido cierto éxito
en los últimos años. En la actualidad, China,
Japón, la antigua Unión Soviética y Estados Unidos
son los países que apoyan más estas investigaciones.
En 1975, sismólogos chinos predijeron el sismo de magnitud
7,3 de Haicheng, y lograron evacuar a 90.000 residentes
sólo dos días antes de que destruyera el 90% de los
edificios de la ciudad. Una de las pistas que llevaron a esta
predicción fue una serie de temblores de baja intensidad,
llamados sacudidas precursoras, que empezaron a notarse cinco
años antes. Otras pistas potenciales son la
inclinación o el pandeo de las superficies de tierra y los
cambios en el campo magnético terrestre, en los niveles de
agua de los
pozos e incluso en el comportamiento
de los animales.
También hay un nuevo método en
estudio basado en la medida del cambio de las
tensiones sobre la corteza terrestre. Basándose en estos
métodos,
es posible pronosticar muchos terremotos, aunque estas
predicciones no sean siempre acertadas.

ESTUDIOS SISMOLOGICOS EN
CHILE

Predictibilidad Estacional De Anomalias
Pluviometricas Y Termicas De Las Regiones Norte Y Central De
Chile,
Duración: 1996 – 1997

Resultados de diversos estudios de diagnóstico climático han demostrado
la existencia de un significativo impacto de perturbaciones
climáticas de escala global, específicamente el
fenómeno El Niño/Oscilación del Sur (ENOS),
en la variabilidad interanual de la precipitación y de la
temperatura
del aire en los
sectores norte y central de Chile. Por
otra parte, como resultado del intenso esfuerzo de investigación durante las décadas
recientes para avanzar en el
conocimiento de los mecanismos que determinan la variabilidad
interanual del sistema
océano-atmósfera en el
Pacífico ecuatorial central, se ha demostrado que
éste tiene una predictabilidad significativa en escalas de
tiempo de
meses y hasta de un año. En base a estos antecedentes, y a
partir de la experiencia acumulada en trabajos previos, se
plantea como objetivo
general de esta investigación evaluar las características espaciales y temporales de
predictabilidad estacional de la precipitación y de las
temperaturas extremas en las regiones antes mencionadas. Para
esto se utilizan diversos modelos
estadísticos de pronóstico estacional, basados en
el uso de técnicas de análisis multivariado, cuyo objetivo es
anticipar en forma probabilística las anomalías
pluviométricas y térmicas definidas en forma de
categorías, como condiciones normales, sobre lo normal, o
bajo lo normal. La eventual implementación de un modelo
climático de esta naturaleza puede
tener un significativo impacto en diversas áreas
productivas.

Sismicidad Superficial En Chile Central:
Origen E Implicancias

Duración: 1995 –
1996

El principal objetivo de
esta propuesta es determinar y cuantificar la actividad
sísmica superficial que ocurre en la zona cordillerana de
Chile central.
En la actualidad se conoce muy pobremente el ambiente
tectónico que genera esta actividad sísmica y no
existe un modelo de
stress regional.
Proponemos estudiar dicha sismicidad utilizando catálogos
mundiales y locales en forma adicional a la adquisición de
datos a
través de la instalación de redes portátiles. Los
resultados se integrarán con antecedentes
geológicos y aquellos proporcionados por imágenes
satelíticas. Las implicaciones de los resultados de este
proyecto no
solamente son interesantes desde un punto de vista
científico sino que son pertinentes a la estimación
del peligro sísmico en la región, que continuamente
incrementa su importancia debido a los desarrollos en
infraestructura de plantas de
energía hidroeléctrica, fuente de abastecimiento de
agua potable
para Santiago y compañías mineras.

Microsismicidad, Estructura De
Velocidades Y Tectonica

En El Segmento Norte De La Zona De
Ruptura Del Terremoto

De 1877: Arica-Chile
año 1996 – 1997

El objetivo de
este proyecto es
instalar una densa red sísmica temporal
en el segmento norte del área de ruptura del terremoto de
1877 durante dos meses, para determinar las características sismotectónicas de
la brecha sísmica del Norte de Chile utilizando la
actividad microsísmica registrada por redes locales. Los
resultados de este proyecto
serán analizados en conjunto con aquellos obtenidos en
tres proyectos
anteriormente realizados en el área (Antofagasta, 1988:
Iquique, 1991; Cordillera de Domeyko, 1994) con el objeto de
obtener una visión global de los procesos
tectónicos y geodinámicos de esta región. La
red
sísmica propuesta consiste de aproximadamente 60
estaciones analógicas y digitales, permitiendo una
excelente oportunidad de registrar eventos
sísmicos desde la costa hasta el Altiplano. Con los
datos
registrados, se realizará una tomografía y una
inversión conjunta de hipocentros en la
región de Arica, obteniéndo de este modo modelos de
velocidades de ondas P y S de la placa de Nazca. Se
determinará la distribución de esfuerzos a lo largo de la
placa en subducción y se analizarán las características del contacto
sismogénico interplaca, además de la zona de
transición de la parte donde se desacopla la placa en
subducción y los eventos
sísmicos más profundos, donde se analizará
la posible presencia de una zona sísmica doble bajo el
cinturón volcánico Andino.

Características Sismotectonicas
De La Brecha Sismica De Pichilemu –

Constitución, Chile Central:
Segmento Sur No-Activado De La Zona

De Ruptura Del Gran Terremoto De
1906.

1995 – 1996

La zona de Pichilemu-Constitución (34°-35°S) ha sido
identificada como una brecha sísmica con alto potencial
para la ocurrencia de un futuro terremoto. Esta región
corresponde al segmento sur de la zona de ruptura del gran
terremoto de 1906 en Chile central, el cual no ha experimentado
grandes eventos desde
entonces. Se plantea la instalación de una red temporal de 15
estaciones sismológicas digitales y analógicas en
este brecha. La sismicidad registrada será analizada para
conocer el régimen sismotectónico de la
región. Las características de los segmentos norte y
central de la zona de ruptura de 1906, activadas en 1971 y 1985
respectivamente, serán comparadas con aquellas observadas
en la brecha sísmica de Pichilemu-Constitución. Se realizará una
inversión simultánea de hipocentros
y estructura de velocidades de ondas de cuerpo y se
analizará la distribución de esfuerzos en toda la zona
de la ruptura del terremoto de 1906, con el objeto de
caracterizar el contacto sismogénico interplaca en Chile
central.

El Ciclo Sísmico En El Sur De
Chile: Evolucion Y Monitoreo 1994 – 1996

La región Constitución-Concepción es parte de
una brecha sísmica que se extiende por el norte hasta
Pichilemu (34.3°-37.0°S) y estudios recientes indican una
alta probabilidad de
ocurrencia de un sismo mayor alrededor de los inicios del
próximo siglo. A pesar de haber sufrido numerosos
terremotos en el pasado, poco se conoce sobre el comportamiento
de la sismicidad de menor magnitud en esta zona. Nuestro interés es
realizar observaciones sismológicas, geodésicas y
geológicas con el fin de poder estimar
la posible región de ruptura en el próximo evento
sísmico que acontezca en el área. Un evento de esta
naturaleza
producirá importantes daños en toda la zona
epicentral y podría generar un tsunami afectando las
ciudades del litoral chileno. El estudio se enfocará en
tres actividades principales:

1.Sismicidad. Se propone realizar dos campañas de
estudios de sismicidad con el objeto de identificar su origen y
distribución espacial, y si es posible,
determinar los mecanismos de foco de los eventos.

2.Geodesia. Se establecerá una red GPS para
determinar la tendencia a largo plazo de las deformaciones de la
corteza terrestre. Un estudio similar se realiza actualmente en
la brecha sísmica del norte de Chile.

3.Sismotectónica. Se propone utilizar métodos
bien establecidos y reconocidos para determinar la
paleosismicidad de la brecha sísmica.

Estudio Geofísico Integrado Del
Segmento (38°S-42°S)

De Los Andes Centrales 1995 –
1997

El segmento que se investiga 38°S-42°S
corresponde a uno de los más activos
sísmicamente que se manifiesta cada cierto tiempo mediante
terremotos de gran magnitud, causados por el movimiento
relativo de la placa Sudamericana y de la placa de Nazca que
deriva hacia el Este. Esto produce como consecuencia un cambio
importante en las estructuras
litosféricas componentes del segmento
considerado.

El objetivo
principal de este proyecto es
estudiar las estructuras
litosféricas existentes en el margen continental de
Sudamérica y su relación con el campo gravitatorio,
el equilibrio
isostático y morfología de la
región.

La geodinámica del segmento considerado en el
estudio involucra la cadena de volcanes activos como el
Lonquimay, Llaima, Villarrica, Quetrupillan, Choshuenco, Puyehue,
Osorno y Calbuco entre otros. También se encuentra inserto
en dicho segmento la zona de debilitamiento Liquiñe-Ofqui.
Los datos
fundamentales que se consideran en el proyecto son los
de gravedad que junto con otros datos
geofísicos disponibles en la región servirán
para modelar tridimensionalmente las estructuras
litosféricas. Adicionalmente se estudiará la
conducta
isostática de la corteza cuyo cálculo
podrá dar información de los patrones
isostáticos de los Andes en la región.

ENERGÍA

Si bien la escala de magnitud compara
cuantitativamente grandes y pequeños terremotos, dice muy
poco acerca de las características físicas de sus
fuentes. Por
lo tanto, para tener una mayor precisión de las
características sísmicas, es necesario relacionar
la escala de magnitud a un parámetro físico
básico como lo es la
energía.

La energía liberada en un terremoto, se puede
correlacionar con su tamaño, medido por la escala de
magnitud sísmica; si bien dicha correspondencia no resulta
muy exacta, aún así es de utilidad para
estimar la cantidad de energía liberada por los
terremotos.

La relación que los sismólogos indican
como más adecuada entre magnitud MS y
energía liberada E, es la siguiente:

(1)

Se observa que si MS se incrementa en una
unidad, la energía E es magnificada por un factor de
101,5, es decir casi 32 veces (Tabla 1). En otras
palabras, la energía sísmica de un terremoto de M =
6 es cerca de 32 veces mayor que la de un terremoto de M = 5 y
1.000 veces mayor que la de uno de M = 4.

La cantidad de energía de un terremoto puede ser
representada con bastante exactitud por el volumen de una
esfera, el cual viene expresado por:

(2)

Donde: R = Radio de la
esfera.

Con esta consideración; si a la energía
liberada por un terremoto de magnitud M = 2, cuya energía
E = 6,3 x 1014 ergios, se la representa por el
volumen de una
esfera del tamaño de una pelota de golf, que tiene un
radio
aproximado de 2,5 cm; la energía liberada por el terremoto
de Caucete del 23 de noviembre de 1977, que tuvo una magnitud
MS = 7,4 (E = 7,9 x 1022 ergios),
estará representada, aproximadamente, por una esfera de
12,50 metros de radio.

Momento Sísmico (MO) y Magnitud
Momento (MW)

Para grandes terremotos las escalas de magnitud
mb (magnitud obtenida a partir de las ondas de cuerpo),
como la MS (magnitud a partir de las ondas
superficiales) no dan una real y exacta dimensión del
tamaño de un terremoto, por tal razón los
sismólogos modernos se inclinan al estudio de dos
parámetros diferentes para describir los efectos
físicos de un terremoto: el Momento Sísmico, que
está directamente relacionado con el proceso de
ruptura de la falla, y la energía radiada.

Momento Sísmico, MO:

La orientación y la dirección de la falla, y el tamaño
del terremoto se pueden describir mediante la geometría
de la falla y el momento sísmico:

MO = m .S <
d>

Donde m (mu) es
la rigidez de la roca, S es el área de la falla y
< d> es el promedio del desplazamiento de
la falla. El Momento MO es una medida con mayor
consistencia para medir el tamaño de un terremoto que la
magnitud, y algo muy importante es que el momento no tiene
intrínsecamente límite superior. Esto ha permitido
el surgimiento de una nueva escala de magnitud basada en el
momento sísmico, y es la llamada Magnitud Momento
MW

Magnitud Momento, MW:

Resulta más adecuado y consistente medir el
tamaño de un terremoto a partir de la Magnitud Momento que
a partir de la Magnitud MS.

La ecuación de MW responde
a:

MW = 2/3 log10 (MO)
–10,7

El Momento Sísmico de los dos mayores sismos reportados
durante este siglo son:

• Chile-Valparaíso- (22-5-1960), con
  MO = 2,5 x 1030 dyn.cm (dyna x
  centímetros), con MS = 8,5 y MW =
  9,5.
• Alaska (27-3-1964), con MS = 8,3 y
  MW = 9,2, con un valor de
  MO comprendido entre 1028 y
  1029 dyn . cm.

Tabla 1: Magnitud y energía de
los terremotos.(K. Kasahara – "Earthquake Mechanics"; Cambridge
University Press; Malta -1981).