SISMOGRAFIA

SISMOGRAFÍA

1. HISTORIA

Existen crónicas sobre el efecto de los sismos desde 1800 A.C. y leyendas que atribuían su origen a monstruos que estaban en la tierra. Las primeras explicaciones no míticas de filósofos como Aristóteles y Séneca (300 A.C.) proponían el aire como el origen o fuente de los sismos. Estudios sobre cuerpos sometidos a esfuerzos realizados por Galileo (1600) fueron un gran aporte para el entendimiento del problema en 1660 Hooke planteó una relación entre tensión y deformación (Ley de Hooke). A principios de 1800 las leyes de conservación de energía y masa fueron combinadas para desarrollar las ecuaciones de movimiento de los sólidos: Navier y Cauchy entre 1821 y 1822 desarrollaron la teoría de la elasticidad, en 1830 Poisson dedujo la existencia de dos tipos de ondas que se propagan a través de los sólidos. En 1845 Stokes observó que la resistencia de un sólido ante la solicitación puede dividirse en resistencia a la compresión y al esfuerzo cortante, dedujo los módulos de compresibilidad y rigidez en la resistencia de los materiales. Mallet en 1857, propuso un origen explosivo de los terremotos, a partir del cual desarrolló el concepto de foco puntual. En 1888 a partir del trabajo de Schmidt sobre la propagación de las ondas por el interior de la tierra, se dedujo que en general, la velocidad aumenta con la profundidad (trayectoria curva de las ondas). Poco después, Suess reemplazó el concepto de foco puntual por el de región focal, y se estableció una relación entre fenómenos sísmicos, la formación de montañas y el movimiento de las placas tectónicas (Shearer, 1999; Bolt, 1981).

El primer modelo mecánico -parcialmente empírico, parcialmente intuitivo- para los sismos se conoce como Teoría de Rebote Elástico y fue planteado por H.F. Reid en 1910. Este modelo con algunas modificaciones, continúa vigente y explica aproximadamente bien la ocurrencia de sismos de foco superficial. Esta teoría se simplifica en la sec. 2.1.3 pág. 8. Una consulta para mayor profundidad se puede hacer en Aki and Richards (1980); Lay andWallace (1995).

2. DEFINICIÓN.

La sismografía es la ciencia que explica los sismos y terremotos, es decir, es la medida y registro de las vibraciones de los terremotos mediante un sismógrafo.

Un terremoto o temblor de tierra se produce debido al choque de las placas tectónicas, generando un movimiento en algunos elementos de la corteza terrestre.

3. DIVISIÓN DE LA SISMOGRAFÍA.

El conocimiento, teorías y modelos sobre la estructura y los procesos en el interior de la Tierra se han obtenido a partir de la observación de fenómenos que los mismos procesos generan.

Uno de los procesos, el relacionado con la generación y propagación de ondas sísmicas ha sido objeto de amplia investigación a nivel global. La investigación en sismología se ha dividido fundamentalmente en dos categorías:

a) El estudio de la propagación de las ondas y la estructura de la Tierra asociada: identificación de las diferentes capas (corteza, manto y nucleó) y su heterogeneidad, las diferencias entre continente y océano, las zonas de subducción, las propiedades de los materiales (inelásticas y anisotropías), entre otros.

b) El estudio de la fuente y sus fenómenos asociados: tipificación y localización de fuentes, energía liberada, geometría, área y desplazamiento de las fallas, estudios de predicción, etc.

4. MECÁNICA DE LA FUENTE SÍSMICA.

La parte superior de la Tierra, la corteza (15-20 km de espesor) está constituida por rocas de gran dureza y resistencia, capaces de deformarse elásticamente y almacenar anergia de deformación (Fig. 2.2); a mayor profundidad el aumento de la temperatura convierte las rocas en un material dúctil y débil, incapaz de permanecer en estado de deformación elástica por mucho tiempo.

Figura: Estructura interna de la Tierra y dos procesos asociados a ella: subducción y corrientes de convección.

Cuando una roca es sometida a una fuerza esta se deforma, y al cesar la fuerza recupera su forma original; en la Tierra, la deformación elástica generalmente se produce de una forma lenta y gradual, produciéndose esfuerzos normales y de cizalla y acumulando en el material enormes cantidades de energía de deformación. Cuando se alcanza el límite de resistencia o cuando se sobrepasan las fuerzas de fricción se inicia un proceso de ruptura en las zonas más débiles o en las zonas de mayor concentración de esfuerzos. Este fracturamiento está acompañado por un rebote elástico a ambos lados de la falla a partir del punto de inicio de ruptura, propagándose a lo largo del plano de falla y causando que la roca a ambos lados del mismose desplace en sentido opuesto (Fig).

Figura: Esquematización de la teoría de rebote elástico

Los sólidos pueden fallar por esfuerzos de tensión (falla normal o de deslizamiento), por esfuerzos de compresión (falla inversa o de cabalgadura), por esfuerzos de cortante (falla transcurrente o de rumbo), o por combinación de esfuerzos (falla mixta) (Fig). El fracturamiento o desplazamiento se produce en un plano (área), sin embargo, si dicha área es muy pequeña o se observa a grandes distancias puede considerarse no un área sino un punto. Parte de la energía elástica almacenada en forma de esfuerzo en la roca se gasta en romper la roca y vencer la fricción entre ambas caras de la fractura que trata de frenar el movimiento, otra parte puede permanecer en las rocas y una mínima parte se libera en forma de ondas sísmicas que viajan a través de la Tierra. La energía sísmica es radiada en diferentes direcciones (patrón de radiación), en cantidades distintas, dependiendo de los distintos tipos de ondas y de la geometría de la fractura.

Figura: Esfuerzos que producen fallamiento

5. SISMOS O TERREMOTOS.

Los terremotos son el choque de las placas tectónicas cuyo origen se encuentra en la acumulación de energía que se produce cuando los materiales del interior de la tierra se desplazan. El movimiento sísmico que propaga mediante ondas elásticas. (Similares al sonido) hacen temblar el suelo.

En un terremoto se distinguen:

HIPOCENTRO, zona interior profunda, donde se produce el terremoto.

EPICENTRO, área de la superficie perpendicular al hipocentro, donde con mayor intensidad repercuten las ondas sísmicas.

5.1. TIPOS DE SISMOS.

Los sismos pueden clasificarse de acuerdo a su origen, en:

5.1.1 NATURALES

Son los que en general liberan más su energía, por lo que sus efectos en la superficie son mayores.

Los sismos de origen natural pueden ser:

TECTÓNICOS; producidos por la interacción de dos placas tectónicas, se definen en tres clases:

PLUTÓNICOS; 3% del total de los sismos, con profundidades entre 300 km- 900 km. Son los de más energía por su profundidad, aunque el efecto en superficie es tenue pero extenso; se sienten en una zona tan extensa como la comprendida entre Venezuela y Perú.

INTERPLACA; representan el 5% del total de los sismos y aparecen en una profundidad entre 70 km- 300 km. Son los segundos en energía, ya que a esta profundidad la Tierra no almacena tanta energía como en el caso anterior; pero dado su carácter más somero son destructivos; Manizales 1979.

INTRAPLACA; son sismos de fallas y representan el 85 % de los sismos. Se dan en el interior de las placas tectónicas, cuando la energía se libera por sus zonas más débiles (fallas). Son los más destructivos aunque acumulen menos energía que los anteriores dado que se producen a menos de 70 km de profundidad. Se distinguen porque tienen múltiples premonitores (rupturas que anteceden al paroxismo) y replicas son las rupturas que lo suceden.

5.1.2 ARTIFICIALES

Son los producidos por el hombre por medio de explosiones convencionales o nucleares. Tienen una profundidad de menos de 2 km y foco muy puntual; así gran parte de la energía se libera a la atmósfera.

5.2 INSTRUMENTOS PARA MEDIR LOS SISMOS

Los instrumentos usados para observar sismos deben ser capaces de detectar la vibración pasajera, de operar continuamente con capacidad de detección muy sensitiva, poseer tiempo absoluto de tal manera que el movimiento pueda ser registrado como una función del tiempo y deben tener una respuesta lineal conocida al movimiento del suelo (instrumento calibrado) que permita que los registros sísmicos estén relacionados al contenido frecuencial y a las amplitudes del movimiento del suelo. Sin embargo, dado que no todos los instrumentos pueden registrar todos los posibles movimientos con una respuesta lineal, ha sido necesario desarrollar instrumentos para observar en el amplio rango dinámico de amplitudes y en el amplio ancho de banda en frecuencias, de todas las posibles señales de interés, evitando la interferencia de ruido ambiental.

5.2.1 SISMÓGRAFOS.

Son los aparatos usados por los expertos para medir y registrar el tamaño y fuerza de las ondas sísmicas. Los sismógrafos pueden ser verticales como horiontales:

5.3 ESCALAS SISMOLÓGICAS.

5.3.1 ESCALA DE RICHTER.

La escala sismológica de Richter, también conocida como escala de magnitud local (ML), es una escala logarítmica arbitraria que asigna un número para cuantificar la energía liberada en un terremoto, denominada así en honor del sismólogo estadounidense Charles Richter (1900-1985).

Magnitud (MW=Mayores de 6,9°

ML=De 2,0° a 6,9°) DESCRIPCIÓN Efectos de un sismo Frecuencia

...