Sismología

Mapa de la actividad tectónica global.

Volcán Tungurahua 2011 (aún activo), julio de 2015. El Instituto Geofísico, EPN monitorea actividad Volcán Tungurahua.​

Sismograma.

La sismología o seismología (del griego σεισμός (seismós) que significa "sismo" y λογία (logía), "estudio de") es una rama de la geofísica que se encarga del estudio de terremotos y la propagación de las ondas elásticas (sísmicas) que se generan en el interior y la superficie de la Tierra, asimismo de las placas tectónicas. Estudiar la propagación de las ondas sísmicas incluye la determinación del hipocentro (o foco), la localización del sismo y el tiempo que este haya durado. Un fenómeno que también es de interés es el proceso de ruptura de rocas, ya que este es causante de la liberación de ondas sísmicas.

Sus principales objetivos son:

• El estudio de la propagación de las ondas sísmicas por el interior de la Tierra a fin de conocer su estructura interna;
• El estudio de las causas que dan origen a los temblores;
• La prevención del daño sísmico;
• Alertar a la sociedad sobre los posibles daños en la región determinada.

La sismología incluye, entre otros fenómenos, el estudio de maremotos y marejadas asociadas (tsunamis) y vibraciones previas a erupciones volcánicas. En general los terremotos se originan en los límites de placas tectónicas y son producto de la acumulación de tensiones por interacciones entre dos o más placas. Las placas tectónicas (placas litosféricas) son una unidad estructural rígida, con un espesor de 100 km aproximadamente, que constituye la capa esférica superficial de la tierra, según la teoría de la tectónica de placas​ (esta teoría explica la particularísima distribución, en zonas alargadas y estrechas, de terremotos, volcanes y cordilleras; así mismo, la causa de la deriva continental).​

La interpretación de los sismogramas que se registran al paso de las ondas sísmicas permiten estudiar el interior de la tierra. Existen 3 tipos de ondas sísmicas. Las ondas P y L (son las productoras de Tsunamis) se propagan a través del globo, y las primeras, longitudinales y de comprensión-descomprensión, lo hacen en todos los medios. Las ondas S, transversales a la dirección en que se propagan, solo se transmiten en medios sólidos.​

Historia de la sismología

Esta sección es un extracto de Historia de la sismología.[editar]

Sismógrafo mostrado en el Museo de Ciencias de Tokio

Grabado representando el terremoto de Lisboa de 1755

El estudio de los terremotos (o seísmos o sismos) es tan antiguo como la humanidad misma. Hay registros escritos en China de hace 3000 años, en los que se describe el impacto de las sacudidas sísmicas tal como las percibimos hoy en día. Registros japoneses y de Europa oriental con 1600 años de antigüedad también describen en detalle los efectos de los terremotos sobre la población. En América central y América del norte se cuenta con códices mayas y aztecas, que se refieren a este fenómeno natural. En América del Sur se produjo el florecimiento de diversas civilizaciones y culturas que tuvieron conocimiento de los terremotos debido al tipo de arquitectura sismorresistente presente desde la Civilización caral con el uso de shicras, hasta la época de los incas que usaban una estructura trapezoidal en sus construcciones. También existen documentos de la época colonial (Archivos de Indias) que detallaron los principales eventos que afectaron regiones americanas.

El interés académico por los terremotos también se remonta a tiempos antiguos. Las primeras especulaciones sobre sus causas naturales se atribuyen a Tales de Mileto (ca. 585 a. C.), Anaximenes de Mileto (ca. 550 a. C.), Aristóteles (ca. 340 a. C.) y a Zhang Heng, perteneciente a la dinastía china Han, que en 132 a. C. diseñó el primer sismógrafo conocido.​​​

En 1664, Athanasius Kircher propuso que los terremotos serían causados por el movimiento del fuego dentro de un sistema de canales que existiría dentro de la Tierra. En 1703, Martin Lister (1638-1712) y Nicolás Lemery (1645-1715) propusieron que los terremotos serían causados por explosiones químicas dentro de la Tierra.​

El terremoto de Lisboa de 1755, que coincidió con el florecimiento general de la ciencia en Europa, disparó el interés científico por comprender el comportamiento y la causa de los terremotos. En esa época se cuenta con las aportaciones de John Bevis (1757) y sobre todo de John Michell (1761), que determinó que los terremotos eran ondas de movimiento causadas por «masas de roca que se mueven millas por debajo de la superficie» de la Tierra.​

A partir de 1857, Robert Mallet fundó la sismología instrumental y llevó a cabo experimentos sismológicos utilizando explosivos. También fue el responsable de acuñar la palabra «sismología» (seismology).​

En 1897 los cálculos teóricos de Emil Wiechert predijeron de que la estructura interna de la Tierra estaría conformada por un manto rico en silicatos que rodeaba a un núcleo rico en hierro.​

En 1906 Richard Dixon Oldham identificó el arribo separado de las ondas P, las ondas S y las ondas de superficie en los sismogramas, y además encontró una evidencia clara de que la Tierra tiene un núcleo central de una composición que le es propia.​

En 1910, después de estudiar el terremoto de San Francisco de 1906, Harry Fielding Reid elaboró la teoría del «rebote elástico», que sigue siendo la base de los modernos estudios tectónicos. Los avances que entonces se habían producido tanto en matemática como en física (en el comportamiento elástico de los materiales) fueron los que propiciaron el desarrollo de la teoría del rebote elástico de Reid.​

En 1926, Harold Jeffreys fue el primero en descubrir, basándose en su estudio sobre las ondas sísmicas, que el núcleo de la Tierra está en estado líquido.​ Y en 1937, la matemática y sismóloga danesa Inge Lehmann determinó que dentro de ese núcleo líquido había un núcleo interno que era sólido, mientras que el núcleo externo sí era líquido.​

En los años 1960, el desarrollo de la teoría de las placas tectónicas, una teoría unificadora de conceptos en Ciencias de la Tierra, permitió comprender fehacientemente la causa de los terremotos al ubicarlos dentro de un contexto tectónico.

Fuentes sísmicas controladas

Véase también: Sismología mediante reflexión

Las ondas sísmicas producidas por explosiones o fuentes vibratorias controladas son uno de los principales métodos de exploración subterránea en geofísica (además de muchos métodos diferentes de electromagnética como polarización inducida y magnetotelúricos). La sismología de fuente controlada se ha utilizado para mapear cúpulas de sal, anticlinales y otras trampas geológicas en rocas de petróleo, fallas, tipos de rocas y cráteres gigantes enterrados de meteoritos durante mucho tiempo. Por ejemplo, el cráter Chicxulub, que fue causado por un impacto que ha sido implicado en la extinción de los dinosaurios, se localizó en América Central mediante el análisis eyecta en el límite Cretácico-Paleógeno, y luego se demostró físicamente que existe utilizando mapas sísmicos de exploración petrolera.​

Tipos de onda sísmica

Registros sísmicos que muestran los tres componentes del movimiento del suelo. La línea roja marca la primera llegada de las ondas P; la línea verde, la llegada posterior de las ondas S.

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Las ondas sísmicas son ondas elásticas que se propagan en materiales sólidos o fluidos. Pueden dividirse en ondas de cuerpo, que viajan por el interior de los materiales; ondas de superficie, que viajan a lo largo de superficies o interfaces entre materiales; y modos normales, una forma de onda estacionaria.

Ondas corporales

Existen dos tipos de ondas corporales: las ondas de presión u ondas primarias (ondas P) y las ondas de cizallamiento u ondas secundarias ( ondas S). Las ondas P son ondas longitudinaless que implican compresión y expansión en la dirección en la que se mueve la onda y son siempre las primeras ondas que aparecen en un sismograma ya que son las ondas que se mueven más rápido a través de los sólidos. Las ondas S son ondas transversales que se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación. Las ondas S son más lentas que las ondas P. Por lo tanto, aparecen más tarde que las ondas P en un sismograma. Los fluidos no pueden soportar ondas elásticas transversales debido a su baja resistencia al corte, por lo que las ondas S sólo se propagan en los sólidos.​

Olas superficiales

Las ondas superficiales son el resultado de la interacción de las ondas P y S con la superficie de la Tierra. Estas ondas son dispersivas, lo que significa que diferentes frecuencias tienen diferentes velocidades. Los dos tipos principales de ondas superficiales son las ondas de Rayleigh, que tienen movimientos tanto de compresión como de cizalladura, y las ondas de Love, que son puramente de cizalladura. Las ondas de Rayleigh son el resultado de la interacción de ondas P y ondas S polarizadas verticalmente con la superficie y pueden existir en cualquier medio sólido. Las ondas Love están formadas por ondas S polarizadas horizontalmente que interactúan con la superficie, y sólo pueden existir si hay un cambio en las propiedades elásticas con la profundidad en un medio sólido, que es siempre el caso en aplicaciones sismológicas. Las ondas superficiales viajan más lentamente que las ondas P y las ondas S porque son el resultado de que estas ondas viajan a lo largo de trayectorias indirectas para interactuar con la superficie de la Tierra. Debido a que viajan a lo largo de la superficie de la Tierra, su energía decae menos rápidamente que la de las ondas de cuerpo (1/distancia² frente a 1/distancia³), por lo que la sacudida causada por las ondas superficiales es generalmente más fuerte que la de las ondas de cuerpo, y las ondas superficiales primarias son a menudo las señales más grandes en los seismogramas de los terremotos. Las ondas superficiales se excitan fuertemente cuando su fuente está cerca de la superficie, como en un terremoto poco profundo o una explosión cerca de la superficie, y son mucho más débiles en el caso de las fuentes sísmicas profundas.​

Modos normales

Véase también: onda sísmica#Oscilaciones libres de la Tierra

Tanto las ondas de cuerpo como las de superficie son ondas viajeras; sin embargo, los grandes terremotos también pueden hacer que toda la Tierra "suene" como una campana resonante. Este timbre es una mezcla de modos normales con frecuencias discretas y periodos de aproximadamente una hora o menos. El movimiento de los modos normales causado por un terremoto muy grande puede observarse hasta un mes después del suceso.​ Las primeras observaciones de los modos normales se realizaron en la década de 1960, cuando la llegada de instrumentos de mayor fidelidad coincidió con dos de los mayores terremotos del siglo XX: el terremoto de Valdivia de 1960 y el terremoto de Alaska de 1964. Desde entonces, los modos normales de la Tierra nos han proporcionado algunas de las restricciones más sólidas sobre la estructura profunda de la Tierra.

Terremotos

Uno de los primeros intentos de estudio científico de los terremotos se produjo tras el terremoto de Lisboa de 1755. Otros terremotos notables que impulsaron importantes avances en la ciencia de la sismología son el terremoto de Basilicata de 1857, el terremoto de Valdivia de 1960, el terremoto de San Francisco de 1906, el terremoto de Alaska de 1964, el terremoto del océano Índico de 2004 de 2004 y el Gran terremoto del este de Japón de 2011.

Detección de ondas sísmicas

Instalación de una estación sísmica temporal, norte de Islandia

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Los sismómetros son sensores que detectan y registran el movimiento de la Tierra provocado por ondas elásticas. Los sismómetros pueden instalarse en la superficie terrestre, en bóvedas poco profundas, en pozos o bajo el agua. Un conjunto completo de instrumentos que registra señales sísmicas se denomina sismógrafo. Las redes de sismógrafos registran continuamente los movimientos del terreno en todo el mundo para facilitar la vigilancia y el análisis de los terremotos mundiales y otras fuentes de actividad sísmica. La rápida localización de los terremotos hace posible las alertas de tsunami porque las ondas sísmicas viajan considerablemente más rápido que las ondas de tsunami. Los sismómetros también registran señales de fuentes no sísmicas que van desde explosiones (nucleares y químicas), hasta el ruido local del viento​ o actividades antropogénicas, a señales incesantes generadas en el fondo oceánico y las costas inducidas por las olas del océano (el microsismo global), a eventos criosféricos asociados a grandes icebergs y glaciares. Los sismógrafos han registrado impactos de meteoritos sobre el océano con energías de hasta 4,2 × 10¹³ J (equivalente a la liberada por una explosión de diez kilotones de TNT), así como una serie de accidentes industriales y bombas y atentados terroristas (un campo de estudio denominado sismología forense). Una importante motivación a largo plazo para la vigilancia sismográfica mundial ha sido la detección y el estudio de pruebas nucleares.

Mapeo del interior de la Tierra

Velocidades sísmicas y límites en el interior de la Tierra muestreados por ondas sísmicas

Dado que las ondas sísmicas suelen propagarse eficazmente al interactuar con la estructura interna de la Tierra, proporcionan métodos no invasivos de alta resolución para estudiar el interior del planeta. Uno de los primeros descubrimientos importantes (sugerido por Richard Dixon Oldham en 1906 y demostrado definitivamente por Harold Jeffreys en 1926) fue que el núcleo externo de la Tierra es líquido. Dado que las ondas S no atraviesan los líquidos, el núcleo líquido provoca una "sombra" en el lado del planeta opuesto al terremoto donde no se observan ondas S directas. Además, las ondas P viajan mucho más despacio por el núcleo exterior que por el manto.

Procesando las lecturas de muchos sismómetros mediante tomografía sísmica, los sismólogos han cartografiado el manto terrestre con una resolución de varios cientos de kilómetros. Esto ha permitido a los científicos identificar células de conveccións y otras características a gran escala, como las grandes provincias de baja velocidad de cizallamiento cerca del límite entre el núcleo y el manto.​

Sismología y sociedad

Predicción de terremotos

Se denomina predicción de terremotos a la previsión del momento probable, la localización, la magnitud y otras características importantes de un próximo evento sísmico. Los sismólogos y otras personas han intentado crear sistemas eficaces para predecir terremotos con precisión, como el método VAN. La mayoría de los sismólogos no creen que se haya desarrollado todavía un sistema que proporcione avisos oportunos para terremotos individuales, y muchos creen que sería improbable que un sistema de este tipo diera avisos útiles de eventos sísmicos inminentes. Sin embargo, existen previsiones más generales que predicen de forma rutinaria la peligrosidad sísmica. Estas predicciones calculan la probabilidad de que un terremoto de una magnitud determinada afecte a un lugar concreto en una distancia de tiempo determinada, y se utilizan habitualmente en ingeniería sísmica.

La controversia pública sobre la predicción de terremotos surgió después de que las autoridades italianas acusaran a seis sismólogos y a un funcionario del Gobierno de homicidio involuntario en relación con el un seísmo de magnitud 6,3 en L'Aquila, Italia, el 5 de abril de 2009. La acusación ha sido ampliamente percibida como una acusación por no haber predicho el terremoto y ha suscitado la condena de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia y la Unión Geofísica Americana. La acusación afirma que, en una reunión especial celebrada en L'Aquila la semana antes de que se produjera el terremoto, los científicos y los funcionarios estaban más interesados en apaciguar a la población que en proporcionar información adecuada sobre el riesgo de terremotos y la preparación ante los mismos.​

Sismología de ingeniería

La sismología de ingeniería es el estudio y la aplicación de la sismología con fines de ingeniería.​ Se aplica generalmente a la rama de la sismología que se ocupa de la evaluación de la peligrosidad sísmica de un lugar o región a efectos de la ingeniería sísmica. Es, por lo tanto, un vínculo entre ciencias de la tierra e ingeniería civil.​ La ingeniería sismológica tiene dos componentes principales. En primer lugar, el estudio de la historia de los terremotos (por ejemplo, catálogos históricos​ e instrumentales​ de la sismicidad) y tectónica​ para evaluar los terremotos que podrían producirse en una región y sus características y frecuencia de ocurrencia. En segundo lugar, estudiar los fuertes movimientos del suelo generados por los terremotos para evaluar las sacudidas esperadas de futuros terremotos de características similares. Estos fuertes movimientos del terreno pueden ser observaciones de acelerómetros o sismómetros o los simulados por ordenador mediante diversas técnicas,​ que luego suelen utilizarse para desarrollar ecuaciones de predicción del movimiento del terreno​ (o modelos de movimiento del terreno)[1].

Véase también

• Historia de la sismología
• Sismología de exploración
• Sismógrafo
• Tectónica de placas
• Escala sismológica de Richter
• Escala de Mercalli
• Federico Faura

Bibliografía

• Ailsa Allaby; Michael Allaby, eds. (2003). Oxford Dictionary of Earth Sciences (Segunda edición). Oxford University Press. 
• Ben-Menahem, Ari (1995), «A Concise History of Mainstream Seismology: Origins, Legacy, and Perspectives», Bulletin of the Seismological Society of America (Seismological Society of America) 85 (4): 1202-1225 .
• Ewing, W. M.; Jardetzky, W. S.; Press, F. (1957). Elastic Waves in Layered Media. McGraw-Hill Book Company. 
• Gubbins, David (1990). Seismology and Plate Tectonics. Cambridge University Press. ISBN 0-521-37141-4. 
• Hall, Stephen S. (2011). «Scientists on trial: At fault?». Nature 477 (7364): 264-269. Bibcode:2011Natur.477..264H. PMID 21921895. doi:10.1038/477264a. 
• Kanamori, Hiroo (2003). Earthquake prediction: An overview. International Handbook of Earthquake and Engineering Seismology. 81B. International Association of Seismology & Physics of the Earth's Interior. pp. 1205-1216. Archivado desde el original el 24 de octubre de 2013. 
• Lay, Thorne, ed. (2009). Seismological Grand Challenges in Understanding Earth's Dynamic Systems. Report to the National Science Foundation, IRIS consortium. 
• Schulte, Peter; Laia Alegret, Ignacio Arenillas, José A. Arz, Penny J. Barton, Paul R. Bown, Timothy J. Bralower, Gail L. Christeson, Philippe Claeys, Charles S. Cockell, Gareth S. Collins, Alexander Deutsch, Tamara J. Goldin, Kazuhisa Goto, José M. Grajales-Nishimura, Richard A. F. Grieve, Sean P. S. Gulick, Kirk R. Johnson, Wolfgang Kiessling, Christian Koeberl, David A. Kring, Kenneth G. MacLeod, Takafumi Matsui, Jay Melosh, Alessandro Montanari, Joanna V. Morgan, Clive R. Neal, Douglas J. Nichols, Richard D. Norris, Elisabetta Pierazzo, Greg Ravizza, Mario Rebolledo-Vieyra, Wolf Uwe Reimold, Eric Robin, Tobias Salge, Robert P. Speijer, Arthur R. Sweet, Jaime Urrutia-Fucugauchi, Vivi Vajda, Michael T. Whalen, Pi S. Willumsen (5 de marzo de 2010). «The Chicxulub Asteroid Impact and Mass Extinction at the Cretaceous-Paleogene Boundary». Science (AAAS) 327 (5970): 1214-1218. Bibcode:2010Sci...327.1214S. ISSN 1095-9203. PMID 20203042. doi:10.1126/science.1177265. Consultado el 5 de marzo de 2010. 
• Shearer, Peter M. (2009). Introduction to Seismology (Second edición). Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-70842-5. 
• Stein, Seth; Wysession, Michael (2002). An Introduction to Seismology, Earthquakes and Earth Structure. Wiley-Blackwell. ISBN 978-0-86542-078-6. 
• Wen, Lianxing; Helmberger, Donald V. (1998). «Ultra-Low Velocity Zones Near the Core-Mantle Boundary from Broadband PKP Precursors». Science 279 (5357): 1701-1703. Bibcode:1998Sci...279.1701W. doi:10.1126/science.279.5357.1701. 

Enlaces externos

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