Download Las ondas sísmicas y el interior de la tierra

Ondas Sismicas
Los terremotos, sismos, seismos, temblores de tierra, ... son reajustes de la corteza terrestres
causados por los movimientos de grandes fragmentos. Por sí mismos, son fenómenos naturales
que no afectan demasiado al hombre. El movimiento de la superficie terrestre que provoca un
terremoto no representa un riesgo, salvo en casos excepcionales, pero sí nos afectan sus
consecuencias, ocasionando catástrofes: caída de construcciones, incendio de ciudades,
avalanchas y tsunamis.
Aunque todos los días se registran una buena cantidad de terremotos en el mundo, la inmensa
mayoría son de poca magnitud. Sin embargo, se suelen producir dos o tres terremotos de garn
magnitud cada año, con consecuencias imprevisibles.
Año
Magnitud Lugar
Víctimas
1960
9.5
Sur de Chile
1964
9.4
Alaska
5.700
1933
8.9
Sanriku, Japón
2.990
1906
8.9
Colombia
1.000
1950
8.7
India/Assam/Tibet
1.530
1897
8.7
Assam, India
1906
8.6
Santiago/Valparaiso, Chile
20.000
1905
8.6
Kangra, India
19.000
1950
8.6
Assam, India
1899
8.6
Yakutat Bay, Alaska
1920
8.5
Kansu, China
1934
8.4
India/Nepal
1946
8.4
Tonankai, Japón
1927
8.3
Xining, China
200.000
1939
8.3
Chillan, Chile
28.000
1976
8.2
Tangshan, China
240.000
1923
8.2
Kwanto,Yokohama, Japón
143.000
1906
8.2
San Francisco, California
1907
8.1
Asia cnetral
12.000
1939
8.0
Ezrican, Turquía
23.000
131
1.500
1.526
180.000
10.700
1.330
700
Movimientos sísmicos
Las placas de la corteza terrestre están sometidas a
tensiones. En la zona de roce (falla), la tensión es muy alta
y, a veces, supera a la fuerza de sujeción entre las placas.
Entonces, las placas se mueven violentamente,
provocando ondulaciones y liberando una enorme
cantidad de energía. Este proceso se llama movimiento
sísmico o terremoto.
La intensidad o magnitud de un sismo, en la escala de Richter, representa la energía liberada y
se mide en forma logarítmica, del uno al nueve. La ciencia que estudia los sismos es la
sismologia y los científicos que la practican, sismólogos.
La estadística sobre los sismos a través de la historia es más bien pobre.Se tiene información de
desastres desde hace más de tres mil años, pero además de ser incompleta, los instrumentos
de precisión para registrar sismos datan de principios del siglo XX y la Escala de Richter fue
ideada en 1935.
Un terremoto de gran magnitud puede afectar más la superficie terrestre si el epifoco u origen
del mismo se encuentra a menor profundidad. La destrucción de ciudades no depende
únicamente de la magnitud del fenómeno, sino también de la distancia a que se encuentren del
mismo, de la constitución geológica del subsuelo y de otros factores, entre los cuales hay que
destacar las técnicas de construcción empleadas.
Los intentos de predecir cuándo y dónde se producirán los terremotos han tenido cierto éxito en
los últimos años. En la actualidad, China, Japón, Rusia 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.
Uno de los accidentes del terreno que se puede observar más fácilmente son las fallas o
rupturas de un plegamiento, especialmente si el terreno es de tipo sefimentario. Las fallas son
un tipo de deformación de la corteza terrestre que finaliza en ruptura, dando lugar a una gran
variedad de estructuras geológicas.
Cuando esta ruptura se produce de forma brusca, se produce un terremoto. En ocasiones, la
línea de falla permite que, en ciertos puntos, aflore el magma de las capas inferiores y se forme
un volcán.
Partes de una falla
El plano de falla es la superficie sobre la que se ha producido el movimiento, horizontal, vertical
u oblicuo. Si las fracturas son frágiles, tienen superficies lisas y pulidas por efecto de la
abrasión. Durante el desplazamiento de las rocas fracturadas se pueden desprender
fragmentos de diferentes tamaños.
Los labios de falla son los dos bordes o bloques que se han desplazado. Cuando se produce un
desplazamiento vertical, los bordes reciben los nombres de labio hundido (o interior) y labio
elevado (o superior), dependiendo de la ubicación de cada uno de ellos con respecto a la
horizontal relativa. Cuando está inclinado, uno de los bloques se desliza sobre el otro. El bloque
que queda por encima del plano de falla se llama "techo" y el que queda por debajo, "muro".
El salto de falla es la distancia vertical entre dos estratos que originalmente formaban una
unidad, medida entre los bordes del bloque elevado y el hundido. Esta distancia puede ser de
tan sólo unos pocos milímetros (cuando se produce la ruptura), hasta varios kilómetros. Éste
último caso suele ser resultado de un largo proceso geológico en el tiempo.
Tipos de fallas
En una falla normal, producida por tensiones, la inclinación del plano
de falla coincide con la dirección del labio hundido. El resultado es un
estiramiento o alargamiento de los materiales, al desplazarse el labio
hundido por efecto de la fuerza de la gravedad.
En las fallas de desgarre, además del movimiento ascendente también
se desplazan los bloques horizontalmente. Si pasa tiempo suficiente, la
erosión puede allanar las paredes destruyendo cualquier traza de
ruptura, pero si el movimiento es reciente o muy grande, puede dejar
una cicatriz visible o un escarpe de falla con forma de precipicio. Un
ejemplo especial de este tipo de fallas son aquellas transformadoras
que desplazan a las dorsales oceánicas.
En una falla inversa, producida por las fuerzas que comprimen la
corteza terrestre, el labio hundido en la falla normal, asciende sobre el
plano de falla y, de esta forma, las rocas de los estratos más antiguos
aparecen colocadas sobre los estratos más modernos, dando lugar así
a los cabalgamientos.
Las fallas de rotación o de tijera se forman por efecto del basculado de
los bloques sobre el plano de falla, es decir, un bloque presenta
movimiento de rotación con respecto al otro. Mientras que una parte
del plano de falla aparenta una falla normal, en la otra parece una falla
inversa.
Un macizo tectónico o pilar tectónico, también llamado "Horst", es una
región elevada limitada por dos fallas normales, paralelas. Puede
ocurrir que a los lados del horst haya series de fallas normales; en este
caso, las vertientes de las montañas estarán formadas por una
sucesión de niveles escalonados. En general, los macizos tectónicos
son cadenas montañosas alargadas, que no aparecen aisladas, sino
que están asociadas a fosas tectónicas. Por ejemlo, el centro de la
península Ibérica está ocupada por los macizos tectónicos que forman las sierras de Gredos y
Guadarrama.
Por último, una fosa tectónica o Graben es una asociación de fallas que da lugar a una región
deprimida entre dos bloques levantados. Las fosas tectónicas se producen en áreas en las que
se agrupan al menos dos fallas normales. Las fosas forman valles que pueden medir decenas de
kilómetros de ancho y varios miles de kilómetros de longitud. Los valles se rellenan con
sedimentos que pueden alcanzar cientos de metros de espesor. Así sucede, por ejemplo, en el
valle del río Tajo, en la península Ibérica.
Universidad de Chile
Departamento de Pregrado
Cursos de Formación General
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Curso: La tierra fuerzas de la naturaleza y el hombreas sísmicas
Sismicidad y peligro siísmico
Los sismos, mas que otros procesos geológicos, demuestran que la tierra continúa
siendo un planeta dinámico, que cambia cada día por las fuerzas tectónicas internas.
¿qué es un sismo, o terremoto ?
Los sismos son
vibraciones de la tierra, causadas
por
el fracturamiento en
profundidad de las rocas sometidas a permanentes y continuos esfuerzos, que se
acumulan mas allá de su límite elástico, hasta romperse y causar un desplazamiento
súbito de la roca que la vuelve elásticamente a su forma original (el salto atrás de las rocas
fue denominado "rebote elástico").
El término sismo viene del griego “ seismos “ ( = agitación),
y el término terremoto,
de los vocablos latinos “ terra “ y “ motus ” (= movimiento de tierra)
¿que son las ondas sísmicas ?
El “golpe” terrestre,
provocado por la ruptura y movimiento súbito de las rocas,
genera ondas sísmicas en todas direcciones, que transmiten el movimiento o temblor
de tierra
El punto dónde se inicia la ruptura se denomina foco o hipocentro, y el punto en
la superficie terrestre , directamente encima del foco, es el epicentro del sismo.
Las ondas sísmicas son de tres tipos: (1) ondas primarias o longitudinales
“p”), (2)
ondas secundarias o transversales
(ondas “s” ),
y (3)
superficiales o largas (ondas “l” ).
(ondas
ondas
En las ondas longitudinales las patículas se mueven el la misma dirección de propagación de la
onda, comprimiento y expandiendo sucesivamente la roca.. Las ondas transversales en cambio,
"sacuden" las partículas en ángulos rectos a la dirección en que viajan. Finalmente, en las
ondas superficiales el movimiento de las partículas es algo mas complejo (circular), y ha
medidad que viajan a lo largo del suelo, hacen que se mueva éste y todo lo que está sobre él, de
manera parecida a como el oleajeo ceánico empuja un barco.
Los tres tipos de ondas sísmicas viajan a velocidades fiferentes, incluso en el mismo
medio.
Las mas veloces en propagarse son las ondas longitudinales , y las mas
lentas son las ondas superficiales .
¿ como se localiza un sismo ?
El método para la localización del epicentro sísmico es relativamente simple, y se vale
de la propiedad de las ondas sismicas de viajar a velocidades diferentes en un mismo
medio.
Las ondas longitudinales, que son las mas veloces en propagarse, llegan primero a una
estación sismológica que las transversales, y el tiempo de intervalo entre la llegada
de las primeras ( p ) y la llegada de las segundas ( s ), será en función de la
distancia entre la estación y el epicentro.
Los distintos grupos de ondas de un sismo determinado y de fuente conocida, se
identifican en los sismogramas de numerosas estaciones (el sismograma es el
registro de los movimientos sísmicos captados por
el sismógrafo de la estación
sismológica) .
Luego, los tiempos recorridos por las ondas p y s
se tabula y se construyen
gráficos de tiempo - distancia, , que pueden ser usados para determinar la distancia
de la estación al epicentro de nuevos terremotos
Finalmente, para determinar
la localización
exacta del epicentro
del sismo, se
requiere de la información de tres estaciones sísmicas que hayan registrado ese
sismo.
De acuerdo a la profundidad en que ocurren los sismos (foco), éstos se pueden agrupar
en sismos superficiales, entre la superficie terrestre y los 70 km de profundidad,
sismos de foco intermedio, entre los 70 y 300 km de profundidad, y sismos de foco
profundo, entre 300 y 700 km de profundidad. Sismos mas profundos no se han
detectado.
La localización del foco mismo del sismo es muy importante en el estudio de la tectónica
de placas, porque indica la profundidad en que ocurre la ruptura y movimiento o
desplazamiento de las rocas.
Intensidad
y
magnitiud
de
un
sismo
La intensidad de un sismo es la evaluación de la severidad del movimiento terrestre en
una localidad determinada , o
poder de destrucción. Se mide en relación a los
efectos en la vida humana, y se basa en la apreciación personal del evaluador; se
describe en términos del daño causado en los edificios, represas, puentes, y otras
estructuras, que se pueden reportar rápidamente.
La intensidad de un sismo es, por lo tanto, una medida relativa, que varía de una
localidad específica a otra, y que dependerá de varios factores: (1) del total de la
energía liberada, (2)
de la distancia al
epicentro,
(3)
de las condicionerds
geológicas del lugar (tipo roca, estructuras, morfología, grado de consolidación del
suelo, etc), y (4) del tipo y calidad de la construcción .
La intensidad se mide en grados, de acuerdo a escalas convencionales, dónde cada
grado representa distintas condiciones de movimiento y daños a la construcción y
objetos. En chile se usa la escala internacional modificada
de mercalli, que
contempla 12 grados
En cuanto a la magnitud
de un
cantidad de energía liberada en
mediciones instrumentales en las
precisa que la intensidad , la que
destrucción en cada lugar.
sismo, ésta es una medida física indirecta de la
el hipocentro del sismo, y se obtiene a través de
estaciones sismológicas. Es una medida mucho mas
está basada sólo en observaciones subjetivas de la
La magnitud en cambio es una sola para cada sismo, y se determina a partir de la
medición directa de la amplitud de las ondas con el período,
hechas en los
sismógramas.
Como se trata de una medida absoluta, no depende de la distancia en que se
encuentre la estación. La totalidad de
la energía de un terremoto puede ser
calculada a partir de la amplitud de las ondas, y de la distancia del epicentro.
La magnitud
de un sismo
se expresa usando
la escala de
richter ,
que
arbitrariamente asigna grado cero a los límites bajos de detección, y no tiene un
límite superior. Cada grado de la escala representa, respecto al grado que le
precede , un incremento en la amplitud de onda por un factor de 10.
En la escala richter, las vibraciones de un sismo con magnitud 2 , es 10 veces
mas grande en amplitud que un sismo con magnitud 1; y las vibraciones de un sismo
con magnitud 8,
es un millón de veces mas grande en amplitud que un sismo de
magnitud 2 .
Refinamientos recientes en la escala de magnitud de los sismos, buscan distinguir
mejor las diferencias entre
terremotos.
Una modificación,
llamada
escala de
magnitud momento , ha sido desarrollada con este propósito, y es hoy ampliamente
la mas usada para medir la magnitud de los sismos (ella
refleja, para los sismos
mayores, de manera mas precisa la cantidad de energía liberada por éstos).
Igual que la escala richter estandar,, las magnitudes de momento son logarítmicas y
van de o a, mas o menos, 10 grados de magnitud, pero en su valor absoluto tienen
una diferencia sólo despreciable.
El mayor terremoto registrado hasta hoy ha sido de grado 9.5 (1960, en el sur de chile),
considerándose “ normales” los de grado 7.5. Terremotos mayores es poco probable
que ocurran, debido a que las rocas no son suficientemente fuertes para acumular mas
energía.
Riesgo sísmico
El primer efecto del terremoto es el movimiento del suelo y eventual
fallas superficiales.
ocurrencias de
Adicionalmente, los riesgos sísmicos incluyen deslizamientos de tierra , stunamis (ola
oceánica por efecto del sismo), liquefacción., y solevantamientos y subsidencias,, tanto
locales como regionales. Además, otros efectos secundarios importantes son los
incendios
y avalanchas , provocadas por roturas de
las redes de aguas, o
surgencias espontáneas de napas subterráneas, o por fallas en las represas.
Predicción
sísmica
La predicción es un asunto difícil. No obstante , algunos estudios exitosos en
materia se han logrado en china y en los estados unidos.
esta
En china, se ha informado de 15 aciertos
en total (no obstante esta información, en
occidente se duda de que ésta sea cierta, como también hay dudas de la efectividad de los
métodos empleados). Las predicicones en china han estado basadas fundamentalmente en
observaciones del comportamiento de animales y en cambios producidos en los niveles
fráticos. (se le
presta mucha antención al período de baja, cuando el tiempo de
recurrencia ha sido largo. La población completa está organizada en torno al proceso
de la predicción).
En estados unidos ,
los estudios se han basado en la teoría de la dilatación o
deformación previa a que es sometida la roca. La roca se hincha antes de romperse,
y numerosas microfracturas comienzan a producirse en medio del “ stress” de fractura,
generándose diferencias en algunas de las propiedades de las rocas, como ser en la
resistencia eléctrica, la velocidad de las ondas sísmicas, el gas radón, y otros.
Predecir un sismo involucra 3 parámetros bién condicionados: (1) indicar el lugar donde
ocurrirá el próximo sismo, (2) el momento en que ocurrira (fecha y hora), y (3) , estimar
la magnitud que tendrá.
En general, la localización y el momento en que ocurrirá
predecidos con exactitud; tampoco su magnitud.
un sismo,
no
pueden ser
Sin embargo, el riesgo sísmico puede ser avaluado, a partir de datos históricos y
mediciones instrumentales, y establecer zonas sísmicas de alto riesgo, preparándolas
para enfrentar futuros terremotos, y minimizar así los eventuales efectos (destrozos)
en las construcciones y la población.
Una manera de estimar aproximadamente cuando puede ocuuriir un sismo, es conociendo bién
la historia sísmica de una región, donde con ciertos parámetros geofísicos se puede
estimar el tiempo de recurrencia (tr) de un sismo mayor, con mas o menos un 25 %
de error.
Después de un sismo mayor, el número de eventos y la energía disminuyen con el
tiempo, hasta alcanzar un período de quietud, que comúnmente se altera previo a la
recurrencia del sismo mayor;
las réplicas son acomodamientos bién conocidos en la
zona de un temblor, pero, para determinar el carácter de precursor, hay que
compararlas con registros sísmicos anteriores
Terremotos
y tectónica de placas
La mayoría de los sismos ocurren en los limites de placas,
distribución se pueden delinear fácilmente los bordes de las placas.
y a partir de su
Sismos de focos superficiales coinciden con la cresta de las dorsales oceánicas
las fallas transformantes entre segmentos de dorsales.
y con
Los sismos en los márgenes de placas convergentes se distribuyen en zonas inclinadas
bajo el continente adyacente o arcos de islas; estos planos inclinados están
caracterizados por sismos de focos superficiales, intermedios y profundos , y su
distribución define lo que se conoce como el plano de benioff.
Movimientos de fallas asociados a sismos a lo largo
diirección actual del movimientos de las placas.
de bordes de placas,
muestran
la
Sismos intraplacas, lejos de los bordes de la placa, son poco frecuentes , y cuando
ocurren son de baja a intermedia magnitud y, normalmente, superficiales. Se
conocen sin embargo sismos históricos intraplacas de mediana magnitud, que han causado
grandes destrozos y víctimas.
Las ondas sísmicas
y
el
interior de la tierra
Sólo después que se conocieron las características y el comportamiento de las ondas
sísmicas que atraviesan la tierra, y tener una verdadera radiografía de su interior, se
pudo probar como era su interior y
formular un modelo de su estructura y
composición. Esta información, que proveen las ondas sísmicas , puede ser analizada
en los sismogramas .
Si la tierra fuese homogénea en su interior, las ondas sísmicas viajarían a velocidades
constantes, y en una dirección siempre perpendicular al frente de onda, como un rayo
sísmico.
Las investigaciones demostraron, sin embargo, que las ondas sísmicas
cambian notablemente sus velocidades y direcciones al atravesar la tierra.
aumentan y
Adicionalmente , al ocurrir un sismo, en una ancha zona en el hemisferio opuesto, que
se conoce como zona de sombra , no se detectan las ondas sísmicas p y s (entre los
103° y 143° del foco), y mas alla de los 143 °, se detectan sólo las ondas p (entre los
143 ° y 180°) .
La velocidad de las ondas sísmicas varían de acuerdo al medio por donde avanzan,
y se conoce que, tanto la densidad
como la elasticidad del medio, son las dos
propiedades físicas determinantes de esta particularidad.
En zonas superficiales de la corteza, las ondas p viajan a velocidades
6.3 km / seg , y las ondas s
lo hacen de 3.3 km / seg a 3.7 km / seg
Al llegar al límite corteza - manto las ondas p
velocidades que llegan a 8 km / seg , y las ondas s
de
5.4. A
han aumentado bruscamente
a 4.5 km / seg
En el manto, luego de una brusca disminución a los 100 km de profundidad,
ondas sísmicas aumentan lenta y progresivamente sus velocidades, hasta alcanzar
ondas p 13.7 km / seg., y las ondas s 7.3 km / seg., al llegar al nucleo
En el nucleo la velocidad de las ondas p
a remontar, y las ondas s se pierden.
cae
a
las
las
bruscamente a 8 km / seg, para volver
Conclusión: de lo anterior se desprende que el interior de la tierra es claramente
heterogéneo,
en el sentido que
a diferentes profundidades los materiales tienen
propiedades elásticas distintas. Es un planeta diferenciado interiormente