UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
TEMA 4:”OCURRENCIA DE UN
TERREMOTO Y TIPOS DE
SEÑALES
MSc. Javier Ticona P.
FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOFÍSICA
CAP I
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Probabilidad de Terremotos: Distribución de Poisson y Escalas de Intensidad, Apuntes de Ingeniería Civil
La probabilidad de ocurrencia de terremotos de una magnitud determinada en una región concreta, basada en una distribución de Poisson. Además, se presentan las escalas sismológicas de Mercalli, Shindo y las escalas de magnitudes MS, Mb y Ml, que se utilizan para evaluar la intensidad de los terremotos y cuantificar su efecto. Se describe también cómo se propaga el movimiento sísmico y se mencionan diversas técnicas de predicción, como los fenómenos precursores y las tendencias.
Tipo: Apuntes
2020/2021
1 / 44
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
TEMA 4:”OCURRENCIA DE UN
TERREMOTO Y TIPOS DE
SEÑALES
MSc. Javier Ticona P. [email protected]
FACULTAD DE GEOLOGÍA, GEOFÍSICA Y MINAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA GEOFÍSICA
CAP I
A = PLACA DE NAZCA B = PLACA SUDAMERICANA
A
B
SISMICIDAD MUNDIAL
ESCALA DE INTENSIDAD
Escala sismológica de Mercalli de 12 grados desarrollada para evaluar la intensidad de los terremotos según los efectos y daños causados a distintas estructuras, debe su nombre al físico italianao Giuseppe Mercalli. La escala Mendelev – Sponheuer – Karnik, también conocida como MSK o MSK-64 es una escala de intensidad macrosismica usada para evaluar la fuerza de los movimientos de la tierra basándose en los efectos destructivos en construcciones humanas y en cambio de aspecto del terreno asi como en el grado de afectación a la población, consta de 12 grados de intensidad, el mas bajo es el I y para evitar los decimales se expresa en números romanos. Escala Shindo o escala cerrada de siete, conocida como Escala Japonesa, mas que la escala del temblor se centra en cada zona afectada en rangos entre 0 y 7
ESCALA DE MAGNITUDES
Escala de magnitudes de onda superficial (MS) Escala de magnitudes de ondas de cuerpo (Mb) Escala sismológica de Richter, también conocida como escala de magnitud local (Ml), La escala logarítmica arbitraria en la que se asigna un numero para cuantificar el efecto de un terremoto. Escala sismológica de magnitud momento es una escala logarítmica usada para medir y comparar sismos. Esta basada en medición de la energía tal que se libera en un terremoto. La escala sismológica para medir sismos en nuestro país la MMA-92 creada por Julio Kuroiwa Horihuchi
TÉCNICAS DE PREDICCIÓN
Las ciudades de mayor peligro sísmico en el Perú, son las que se encuentran ubicadas en la
costa próximo al Pacifico, podemos mencionar que para Arequipa existe la Falla de San
Agustín, que es una zona de alta influencia sísmica con presencia de sismos importantes en el
tiempo.
En el esfuerzo por predecir terremotos, se ha tratado de asociar un terremoto inminente con
fenómenos tan variados como los patrones de sismicidad, campos electromagneticos,
movimientos del suelo, condiciones meteorológicas y nubes inusuales, contenido de gas radón
o hidrógeno del suelo o agua subterranea, comportamiento animal y las fases de la luna.
Se han producido muchas teorías y predicciones pseudocientificas. La aleatoriedad natural de
los terremotos y la actividad sísmica frecuente en ciertas áreas pueden ser utilizadas para
hacer "predicciones" que pueden generar credibilidad injustificada. Generalmente, tales
predicciones dejan ciertos detalles sin especificar, lo que incrementa la probabilidad de que los
vagos criterios de predicción se reúnan y se ignoren los terremotos que no fueron previstos.
(Mabey, Matthew A)
EVALUACIÓN DE LOS MÉTODOS DE PREDICCIÓN Se supone que una predicción es significativa si se puede mostrar que tiene más éxito que el simple azar. Por tanto deben usarse métodos de contraste de hipótesis para determinar la probabilidad de que efectivamente ocurra el terremoto de la predicción. En seguida, las predicciones se evalúan determinando si acaso su correlación con los sismos reales supera a la de la hipótesis. Muchas veces, sin embargo, la naturaleza estadística de la ocurrencia de sismos no es simple ni homogénea. Se presentan grupos ( clustering ), tanto espaciales, como temporales. como ejemplo podemos decir que en el sur de California, a alrededor del 6% de los sismos de magnitud M≥3.0 les "sigue un sismo de mayor magnitud dentro de cinco días y en un radio de diez kilómetros". En el centro de Italia, al 9.5% de los sismos de magnitud M≥3.0 les sigue un evento mayor dentro de 48 horas y en un radio de 30 kilómetros. Si bien este tipo de estadísticas no resultan satisfactorias para fines de predicción (porque arroja de diez a veinte falsas alarmas por cada predicción exitosa), generan un sesgo en los resultados de todo análisis que suponga que los sismos ocurren de manera aleatoria en el tiempo, por ejemplo como en un proceso de Poisson. Se ha mostrado que un método "ingenuo", basado exclusivamente en la formación de grupos, es capaz de predecir exitosamente alrededor del 5% de los sismos; es decir, "mucho mejor que el “azar”.
DILATANCIA–DIFUSIÓN
En los años de 1970, la hipótesis de dilatancia–difusión fue muy apreciada como base física de diversos fenómenos que se consideraban posibles precursores de terremotos. Se basaba en evidencia "sólida y repetible" obtenida en experimentos de laboratorio, de que las rocas cristalinas sometidas a altos niveles de estrés sufre un cambio de volumen o dilatancia , lo que produce cambios en otras características, tales como la velocidad sísmica y la resistividad eléctrica, así como incluso grandes solevantamientos en la topografía. Se creyó que esto sucedía en una 'fase preparatoria' inmediatamente anterior al sismo y que, por tanto, con un monitoreo apropiado podrían generarse alarmas de un terremoto inminente. La detección de variaciones en las velocidades relativas de las ondas sísmicas primarias y secundarias – expresada como Vp/Vs – a medida que pasan por una zona determinada, fue la base para predecir los terremotos de Blue Mountain Lake (NY) en 1973.
CAMBIOS EN LA RAZÓN Vp/Vs V p es el símbolo que representa la velocidad de una onda sísmica "P" (primaria o de presión) que atraviesa una roca, mientras que V s es el símbolo de la velocidad de la onda "S" (secundaria o de cizalla). En experimentos de laboratorio en pequeña escala se ha podido ver que la razón de estas dos velocidades – representada como V p/ V s – cambia cuando la roca se encuentra cerca de su punto de fractura. En los años de 1970 se consideró probable un progreso sustantivo en materia de predicción, cuando sismólogos rusos informaron haber observado este tipo de cambios. Este efecto, así como otros posibles precursores, se ha atribuido a la dilatancia, en la que una roca tensionada hasta cerca de su punto de ruptura se expande (dilata) levemente. El estudio de este fenómeno cerca de Blue Mountain Lake en NY llevó a una predicción exitosa, aunque informal, en 1973, y se le reconoció en mérito de la predicción del terremoto de Riverside en
- Sin embargo, no se registraron éxitos adicionales y se ha sugerido que esas predicciones fueron casuales. Una anomalía en V p/ V s fue la base de la predicción, en 1976, de un sismo de M 5. a 6.5 cerca de Los Ángeles, el que no se produjo.
POR ANOMALÍAS ELECTROMAGNÉTICAS
La observación de las perturbaciones del campo magnético y su atribución al proceso de fallamiento asociado a los terremotos se remontan al Gran terremoto de Lisboa de 1755, aunque en la práctica todas estas observaciones anteriores a mediados de los años de 1960 se han debido invalidar, porque los instrumentos usados resultaron ser sensibles al movimiento físico. Desde entonces, diversos fenómenos eléctricos, eléctrico-resistivos y magnéticos se han atribuido a los cambios precursores en materia de esfuerzos que preceden a los terremotos, alimentando la esperanza de poder hallar un precursor confiable. Si bien a algunos investigadores se les ha prestado gran atención, ya sea por sus teorías acerca de cómo podrían generarse tales fenómenos, o bien al sostener haberlos observado en vísperas de un terremoto, no se ha demostrado que ninguno de estos fenómenos sea un precursor real. En una revisión, realizada en 2011, se concluyó que los precursores electromagnéticos "más convincentes" eran las anomalías magnéticas de frecuencia ultra baja, Sin embargo, ahora se cree que esa observación se debió a un error de sistema..
EL MÉTODO VAN
Es un método experimental de predicción de terremotos propuesto por los profesores Varotsos, Alexopoulos y Nomicos en los 80s, cuyas iniciales le dieron nombre. Se basa en la detección de "señales electro sísmicas" a través de una red telemétrica de barras metálicas insertas en el suelo. El método se origina en las predicciones teóricas de P. Varotsos, un físico de la Universidad de Atenas. Se trata probablemente de la reivindicación más promocionada y más criticada de un precursor electromagnético. En su publicación original de 1981, los autores sostienen que midiendo voltajes geoeléctricos – que denominan "señales electro sísmicas" (SES) – podían predecir sismos de magnitud mayor a 2,8 en toda Grecia con hasta siete horas de anticipación. La validez del método VAN y, por tanto, la significación predictiva de las SES, se basó en primer término en la reivindicación empírica de un éxito predictivo demostrado. Se revelaron numerosas debilidades de la metodología VAN, y en el 2011 la ICEF (La Comisión Internacional de Predicción de Terremotos para la Protección Civil) concluyó que la capacidad predictiva reclamada por VAN no podía validarse. La mayoría de los sismólogos considera que el método VAN ha sido "rotundamente desacreditado".
LA FÍSICA DE FREUND
En sus investigaciones de la física cristalina, Friedemann Freund halló que las moléculas de agua incluidas en las rocas pueden disociarse en iones cuando la roca está sometida a un estrés intenso. Bajo ciertas condiciones, los portadores de carga correspondientes pueden generar corrientes de batería. Freund sugirió que quizás esas corrientes puedan ser las responsables de precursores sísmicos tales como la radiación electromagnética, luminosidades y perturbaciones del plasma en la ionósfera. El estudio de tales corrientes e interacciones se conoce como la "física de Freund". La mayoría de los sismólogos rechaza la sugerencia de Freund de que las señales generadas por estrés se puedan detectar y usar como precursores, por una serie de razones. Primero, se cree que el estrés no se acumula rápidamente en vísperas de un terremoto de mayor envergadura y que, por tanto, no hay razones para esperar que se generen grandes corrientes de manera acelerada. Segundo, los sismólogos han llevado a cabo una búsqueda extensa de precursores eléctricos confiables, usando instrumentación sofisticada, y no han logrado identificar precursor alguno. Y tercero, el agua de la corteza terrestre haría que las corrientes generadas se absorban antes de llegar a la superficie.
Triboluminiscencia Un posible método para predecir terremotos, aunque todavía no ha sido aplicado, es la Triboluminiscencia. Estudios del Instituto de Investigación Nacional Industrial de Chugoky llevados a cabo por Yoshizo Kawaguchi han mostrado que al fracturarse, el dióxido de silicio libera luz roja y azul por un período de unos 100 milisegundos. Kawaguchi lo atribuyó a la relajación de las uniones libres y de átomos de oxígeno inestable que quedan cuando las uniones de oxígeno y dióxido de silicio se rompen debido a las tensiones dentro de la roca.
LA RECUPERACIÓN ELÁSTICA DE LA CORTEZA TERRESTRE
Ni la más dura de las rocas es perfectamente rígida. Dada una fuerza grande (como la que existe entre dos inmensas placas tectónicas en movimiento), la costra terrestre se doblará o deformará. De acuerdo a la teoría de la recuperación elástica de Reid (1910), en algún momento la deformación (tensión) se hace suficientemente grande como para que se produzca alguna rotura, normalmente en una falla existente. El deslizamiento a lo largo de la rotura (un terremoto) permite que la roca a ambos lados de la misma rebote hacia un estado menos deformado. En este proceso se libera energía en diversas formas, entre ellas en la forma de ondas sísmicas. Se repite, entonces, el ciclo de la acumulación de la fuerza tectónica en deformación elástica y su liberación en un rebote repentino. Dado que el desplazamiento debido a un único sismo varía entre menos de un metro y más de 10 metros (para un sismo de Magnitud 8), la existencia demostrada de grandes desplazamientos de rumbo de cientos de kilómetros muestra la existencia de un ciclo sísmico de larga data.
LA REPETICIÓN DE SISMOS CARACTERÍSTICOS
En las fallas sísmicas más estudiadas (tales como la Fosa de Nankai, la Falla de Wasatch y la Falla de San Andres se distinguen segmentos definidos. El modelo de los sismos característicos postula que los terremotos generalmente se limitan al interior de estos segmentos.