¿Qué son los SISMOS, dónde ocurren y cómo se
miden?
Víctor
Hugo Espíndola Castro y Xyoli Pérez Campos
Revista
de la Academia Mexicana de Ciencias
Julio
– Septiembre 2018
El
sueño de los sismólogos es predecir los sismos que pudieran afectar a la
población, por lo que dedican muchos estudios a este fin con el objetivo de
mitigar los efectos. Gracias a su esfuerzo
y persistencia se logró determinar el origen de los sismos, así como el
mecanismo y la dinámica de su generación; también hemos llegado a conocer el
interior de la Tierra y la tectónica de
placas.
Desde
tiempos inmemoriales nuestros antepasados sintieron gran curiosidad por lo que
ocurría en su entorno. Sin lugar a dudas, el movimiento inadvertido y brusco
del suelo, por ser un evento “invisible”, provocaba gran temor, no sólo por sus
efectos, sino también por su origen. El avance científico en este campo relativamente
nuevo ha permitido conocer la forma parcial el complejo mecanismo que origina
dicho fenómeno, sin embargo, con el incremento de la población y las
construcciones, sus efectos se han acrecentado, así como también en muchos se
ha extendido el temor a los temblores.
Los inicios de la sismología
La
ciencia de la sismología, como la
conocemos ahora, empieza con los primeros registros sísmicos que surgieron a
finales del siglo XIX e inicios del siglo XX con la instalación de sismógrafos
(ahora llamados mecánicos) en diversas partes del mundo.
La
sismología es una ciencia joven que ha contribuido de manera notable al
conocimiento de la estructura de nuestro planeta. Entre las primeras
aportaciones están los estudios del núcleo terrestre, realizados por el inglés
Richard Dixon Oldham en 1906. Después, en 1936, el estudio de la propagación y
velocidad de las ondas sísmicas en el interior de la Tierra llevó a la
sismóloga danesa Inge Lehmann a la conclusión de que existen un núcleo sólido y
otro líquido con altas temperaturas en el centro del planeta.
Por
otra parte, en 1935 el estadounidense Charles Richter había establecido una
fórmula para obtener la magnitud y cuantificar el tamaño de un sismo.
Placas Tectónicas
Otra
notable y valiosa contribución fue la explicación de la tectónica de placas,
que involucra a la corteza terrestre. El núcleo de nuestro planeta está
constituido primordialmente por fierro y níquel, aunque otras características en cuanto a su
estructura y composición aún son materia de estudio. La parte media, llamada
manto, está hecho sobre todo de silicatos ferromagnesianos. La parte externa de
la tierra es la litósfera, conformada por la corteza y parte del manto; tiene
un espesor variable que puede llegar hasta los 100 km, y un comportamiento
similar a un cuerpo rígido que flota y se va desplazando “a capricho” del
movimiento lento interno del manto. Dicho movimiento se debe a corrientes de
convección, producidas por la diferencia de temperaturas entre la región
cercana al núcleo (-3000 °C), donde los compuestos del manto son más ligeros y
tienden a subir, y la más cercana a la corteza (- 1000 °C), donde sus
compuestos son más pesados y tenderán a bajar, Así, después de algunos miles de
millones de años, se ha dado forma a lo que hoy conocemos como continentes y
océanos.
El
movimiento interno del manto provoca que la litósfera no sea continua sobre la
superficie de la Tierra, sino que esté formada por diferentes segmentos. Ello
da lugar al nombre de placas
litosféricas, o placas tectónicas.
El contacto entre ellas se debe a movimientos relativos diferentes de cada una
de las placas; un buen ejemplo es la placa de Norteamérica, con movimientos
hacia el sureste, y la placa de Cocos, con movimientos al noreste, y cuyos
límites han dado lugar a una zona de subducción.
Larga
y complicada es la historia evolutiva de las placas tectónicas, desde su
conformación inicial hasta su configuración actual. En nuestro caso, la
República Mexicana esta constituida por cinco placas tectónicas: Pacífico,
Norteamérica, Caribe, Rivera y Cocos. Esta última es la más famosa de todas;
aunque no es la más grande del planeta, es donde se origina la mayor
sismicidad. Por encontrarse en las costas del Pacífico mexicano, afecta las
propias entrañas de nuestro país.
Pero
vayamos al norte de México, donde las placas del Pacífico y Norteamérica tienen
gran fricción entre ellas. La del Pacífico se mueve en dirección noroeste,
mientras que la de Norteamérica lo hace hacia el sureste. La península de Baja
California, principal testigo de este movimiento, desde hace más de 12 millones
de años se ha alejado lentamente del continente, lo que ha dado origen al Golfo
de California. También es una región de gran actividad sísmica, producto de
fallas casi verticales en donde cada uno de los lados se desplaza
horizontalmente en direcciones opuestas; a este tipo de fallas se les llama de
rumbo o laterales.
Por
su parte, la placa de Rivera en su frontera noroeste es de tipo divergente es decir, la
separación corresponde a dorsales o bordes donde sale a la superficie nuevo
material para formar piso oceánico, mientras las placas se mueven en
direcciones opuestas. El movimiento
entre la pequeña placa de Rivera y la de Cocos provoca cierta sismicidad, aunque
mucho menor que la ocasionada por ambas cuando se desplazan bajo la placa de
Norteamérica, o la segunda bajo la del Caribe; en un proceso convergente que se llama subducción.
Los sismos
La
teoría de la tectónica de placas ayuda a comprender el porqué del movimiento relativo
ente ellas; también, cómo esa gran deformación y fuerzas de fricción se
originan en las fronteras de la corteza. Esto provoca que la materia del que
están constituidas las placas finalmente se fracturen y provoque, en la mayoría
de los casos, desplazamientos súbitos o perturbaciones, lo cual constituye la
antesala de lo que en la superficie terrestre se conoce como un sismo.
El
movimiento relativo entre las placas tectónicas origina que grandes esfuerzos
se concentren principalmente en sus límites y se deforme el medio. Esto
funciona como grandes resortes que van acumulando energía potencial- a lo que
en sismología se le llama energía sísmica-. Se acumulará tanta como el límite
elástico del medio lo permita, hasta que se rompa, se fracture o se disloque,
es decir, se desplace súbitamente y origine un sismo. Este proceso elástico y
dinámico fue estudiado en 1906 por el geofísico estadounidense Harry F. Reid,
después de sismo de San Francisco. Sus observaciones en este zona donde se
encuentra la falla de San Andrés, le permitieron proponer formalmente la teoría
del rebote elástico.
Los
temblores se originan por movimiento, fricción y deformación de las placas
tectónicas. El primero provee energía, el último la almacena, y la fricción
es un precursor importante en el
proceso.
Dado
que un sismo es el efecto de una perturbación que ocurre ya sea en la
superficie o en el interior de la Tierra, al lugar donde se origina la
perturbación se le conoce como fuente sísmica, foco o hipocentro.
La
fuente sísmica puede deberse al choque de un meteorito, explosiones o colapsos;
pero nosotros hablaremos de las que son de origen tectónico.
El
fallamiento de las rocas consiste en la liberación repentina de los esfuerzos
impuestos al terreno; de esta manera, la Tierra es puesta en vibración. En
palabras llanas, un sismo son ondas que se propagan por el medio terrestre y
provocan dicha vibración. En los sólidos pueden transmitirse dos tipos de onda.
El primero es conocido como onda compresional, porque consiste en la transmisión
de compresiones y tensiones; también se les conoce como longitudinales, debido
a que las compresiones y tensiones se dan a lo largo de la trayectoria de la
onda. El segundo tipo son las ondas de
cizallamiento o transversales, precisamente porque las partículas del medio se
mueven de manera perpendicular a la
trayectoria. La figura 2b muestra la propagación de estas ondas en un medio
elástico. Las ondas compresionales viajan más rápido que las transversales, de
tal forma que a cualquier sitio llegarán en este orden, por lo que se les
denomina ondas P y ondas S (ondas primarias y secundarias). Por ejemplo, la
velocidad de la onda P en materiales como el granito es de 5.20 km/s y la
velocidad de la onda S es de 3 km/s. Ambas también son conocidas como ondas de
cuerpo o internas, porque pueden viajar dentro de un solido elástico.
Si
se está cerca de la fuente sísmica, la diferencia entre tiempos de arribo de
las ondas P y S será pequeña; esta diferencia aumentará conforme uno se aleje
de la fuente. De esta manera, con registros de diferentes estaciones
sismológicas, es posible determinar dónde es el epicentro (latitud y longitud),
además de su profundidad.
Sismógrafos
Los primeros sismógrafos fueron ideados a
finales del siglo XIX. En nuestros días estos instrumentos han alcanzado un
alto grado de sofisticación, aunque siguen utilizando el principio físico del
movimiento pendular. Hasta hace pocos años, los registros sísmicos eran tiras
de papel sobre un tambor en movimiento, donde una plumilla inscribía el
movimiento del sismógrafo.
Ahora
los registros, o sismogramas, son digitales; pero la forma de localización de
los sismos es la misma, y consiste en tener la información de al menos tres
estaciones sísmicas diferentes. Cada estación registra la llegada de las ondas
P y S; la diferencia de tiempo de arribo entre ellas dependerá de la distancia
del epicentro al sismógrafo, por lo que para cada estación se puede trazar un
círculo. La intersección de los tres indica la región epicentral.
Magnitud e intensidad
Las
escalas de magnitud e intensidad se utilizan para cuantificar y medir los
temblores. La magnitud fue originalmente propuesta por Charles Richter en 1935,
quien estableció una ecuación logarítmica. Existen varios tipos de magnitud,
estimados a partir de diferentes fases sísmicas. Hoy la más usada es la
magnitud de momento sísmico (M), que se determina a partir de la cantidad
proporcional al área de ruptura (esto es, al tamaño de la falla geológica que
se rompió) y al deslizamiento que ocurra en la falla. Su estimación es compleja
y puede llevarse a cabo empleando
diversos métodos y tipos de datos. Esta magnitud fue propuesta en 1979 por los
sismólogos Thomas Hanks y Hiroo Kanamori, del Instituto de Tecnología de
California. La magnitud también refleja la cantidad de energía liberada en el
sismo. Entre cada unidad de magnitud hay una diferencia de 32 veces; por
ejemplo, un sismo de magnitud 8.0 irradia 32 veces más energía que uno de 7.0
de magnitud y 1024 veces más que uno de 6.0 de magnitud.
Por
otro lado, los primero intentos para clasificar los temblores se hicieron a
partir de sus efectos. En 1902 el físico italiano Giuseppe Mercalli propuso una
tabla – revisada en 1931, a la cual se le llama escala modificada de Mercalli-
que consta de 12 niveles, expresados en números romanos. El I indica que el
movimiento sólo fue sentido por algunas personas. La escala llega hasta el XII,
que se refiere a la destrucción total. Los datos generados de la escala
modificada de Mercalli son muy útiles, principalmente para las construcciones,
sin embargo, hoy los registros sísmicos de aceleración proporcionan mayor
información respecto al comportamiento del suelo, por lo que esta escala es
poco usada para ese fin.
Los sismos más importantes en México
Desde
1900 en el país se han registrado 83 sismos mayores de 7.0 de magnitud, cuatro
de ellos han sido mayores o iguales a 8.0 de magnitud. Los sismos más grandes,
ambos de 8.2 de magnitud, sucedieron el 3 de junio de 1932 en las costas de
Colima y Jalisco, y el 7 de septiembre de 2017 en el Golfo de Tehuantepec. El
primero fue un sismo de subducción y ocurrió en el contacto de las placas de
Rivera y Norteamérica; el segundo fue un sismo intraplaca en la de Cocos.
Por
su parte, la Ciudad de México ha experimentado dos sismos que causaron grandes
daños y un número considerable de pérdidas humanas; por casualidad, ambos
ocurrieron un 19 de septiembre. El primer
fue en 1985 tuvo una magnitud de 8.1 y fue la subducción entre las placas de
Cocos y Norteamérica. El segundo ocurrió en 2017, tuvo una magnitud de 7.1 y
fue un sismo intraplaca, en la de Cocos.
En
la Figura 5 se pueden apreciar otros sismos, marcados con azul, que también han
sido importantes. Éstos no ocurrieron en el límite entre placas ni dentro de la
placa subducida, sino también fueron intraplaca, pero se llaman corticales,
pues tienen su origen dentro de la placa continental (en nuestro caso, la de
Norteamérica).
Comentarios finales
Los
sismos son resultado de la acumulación de esfuerzos y deformaciones que se
producen principalmente por el movimiento de las placas. Nuestro país, se
encuentra en el marco de un contexto tectónico complicado, por lo que es
proclive a la ocurrencia de sismos grandes. Si bien son más comunes los que
tienen origen en el contacto entre las placas que subducen (Rivera, Cocos y
Norteamérica), también pueden ocurrir sismos dentro de las placas, con
epicentros en el continente, más cerca de las poblaciones. Por lo anterior, es
importante estar preparados para recibirlos.
