SISMOLOGÍA

INTRODUCCIÓN

La Tierra esta compuesta de silicato y materiales de aleación de hierro, bajo condiciones de presión y temperatura.  Los materiales responden en forma casi elástica bajo la aplicación de fuerzas transitorias de pequeñas magnitudes, pero actúan en forma viscosa  bajo la aplicación de grandes fuerzas, esta dependencia del tiempo de las propiedades de los materiales significa que la Tierra “suena como una campana”, cuando fuerzas cortas tales como el deslizamiento súbito de la roca a través de la superficie de falla, o la detonación de explosiones enterradas, esto ocurre mientras el flujo de fluido de la convección global continuamente reforma la superficie e interior del planeta sobre escalas de tiempo geológico.

Las vibraciones mecánicas resultan del comportamiento casi elástico de la Tierra, involucrando excitación y propagación de ondas elásticas en el interior, estas ondas son movimientos físicos del movimiento del terreno los cuales son registrados a través de SISMOMETROS, para su análisis.  La naturaleza de estas ondas elásticas y el análisis de sus registros comprenden tópicos de la Sismología.

La Sismología proporciona una visión en el proceso de producción de terremotos destructivos,  es el estudio de la generación, propagación y registro de ondas elásticas en la Tierra (y otros cuerpos celestes) y las fuentes que aquellas producen.  Las fuentes naturales y  artificiales  de energía deformacional pueden producir ondas sísmicas, las propiedades de las ondas sísmicas, son gobernadas por la física de los sólidos elásticos (elastodinámica)

El procedimiento sismológico,  proporciona una alta resolución de la estructura de la tierra en relación a cualquier método geofísico.  Las ondas elásticas tienen longitudes de ondas cortas  que de cualquier “onda geofísica”.

Los registros del movimiento del terreno, como una función del tiempo o sismogramas, proporciona los datos básicos que los sismólogos usan para estudiar las ondas elásticas, Un ejemplo de Sismología moderna se muestra en la Fig. 1.1.

Registro sísmico

Un gran rango en escalas se considera en Sismología, para los varios tipos de fuentes y la diversidad de ondas sísmicas.  Un pequeño microsismo detectable tiene un Momento sísmico (una cantidad física importante igual al producto de la superficie del área de la falla, la rigidez de la roca, y el promedio de desplazamiento en la falla) en el orden de 105 Nm, y grandes terremotos tienen momentos de 1023 Nm.
Las amplitudes de los movimientos de las ondas sísmicas son directamente proporcionales a los momentos sísmicos.

Las ondas sísmicas usadas en exploración sísmica, tienen frecuencias altas como de 200Hz, mientras las ondas producidas por los terremotos tienen frecuencias alrededor de 2x10-4 Hz. y las Mareas de la Tierra sólida tiene frecuencias de 2.0 x10-5. 

Los movimientos del terreno tienen un rango de frecuencia de 107 Hz. que son  de interés.  En técnicas modernas de imagen-superficial, se utilizan frecuencias de Kilohertz.
Uno de los grandes retos en la Sismología ha sido la construcción de sismómetros de Banda ancha, capaz de registras todas la señales útiles contra un background de ruido ambiental.  Existen alrededor de 3000 observatorios sismológicos a nivel mundial que cada Nación participa en el esfuerzo de registrar ondas sísmicas en forma continua.

La falla que generó el Terremoto de Chile de 1985, rompió alrededor de 100 km, con movimientos de deslizamiento en la falla, con una duración de 50s.  Y las diferentes ondas del registro son debido a ondas de interacción con el medio de transmisión, arribos impulsivos y movimientos oscilatorios de período largo.

Los sismólogos han desarrollado métodos matemáticos como  la teoría inversa geofísica.  Los rápidos avances en el conocimiento de la estructura de la Tierra han permitido la comprensión del fallamiento sísmico y su rol en la Tectónica de Placas.

También ahora es posible construir movimientos predecibles  del terreno, para compararlos con los observados.  Esto sirve como una base para la inversión sísmica para los parámetros de fallamiento
La Sismología es la disciplina de la Geofísica de la Tierra sólida con un alto impacto social, evaluando y reduciendo el peligro de los peligros naturales.

Desarrollo histórico de la sismología global


La Sismología es una ciencia relativamente joven.  Los chinos tuvieron el primer sismómetro operativo, 132 AD.  El aspecto teórico se desarrollo en los años de 1800, desde la introducción en 1660 de la ley de Hooke indicando una proporcionalidad entre los esfuerzos y la deformación desarrollando las ecuaciones para la teoría de la elasticidad por Navier y Cauchy en 1821-1822

En el año de 1800 las leyes de la conservación de la energía y la masa se combinaron para desarrollar las ecuaciones del movimiento para los sólidos.
En el año de 1830, Poisson uso las ecuaciones del movimiento y las leyes elásticas para mostrar que dos tipos fundamentales de ondas se propagan a través del interior del sólido homogéneo: Las ondas P y S.

En 1887 Lord Rayleigh, demostró la existencia de soluciones adicionales de ecuaciones elásticas de movimiento para cuerpos con superficies libres, estas son las Ondas Rayleigh, que son ondas confinadas  y se propagan a lo largo de la superficie del cuerpo (Fig.1.2)

TIPOS DE ONDAS


En 1911, un segundo tipo de ondas superficiales producido en un cuerpo limitado con propiedades de materiales en capa, fue caracterizado por Love, llamado Ondas Love.
Las Ondas Rayleigh y Love son ondas superficiales y resultan de la interacción de las ondas P y S.
El primer sismómetro fue desarrollado por Filippo Cecchi en Italia en 1875. (Fig.1.3)

Primer sismómetro

 

Sismómetro Filippo Cecchi

En 1889 el primer registrador exacto de sismos distantes fue desarrollado en Potsdam.
En 1892, John Milne desarrolló un sismómetro que fue lo suficientemente compacto que pudo instalarse en 40 observatorios a nivel mundial. 
Oldham, descubrió el núcleo de la Tierra en 1906.
En 1913, Gutemberg, determinó la profundidad exacta del núcleo (2900 Km, y el valor preferido actual es de 2889)
En 1909, Mohorovicic, descubrió un contraste de velocidad abrupta que lo referimos como el “Moho”, y se interpreta como la base de la Corteza.

En 1936 Inge Lehman, descubrió el Núcleo interno de la Tierra.
Sir Harold Jeffrey compiló los tiempos de recorrido de miles de arribos sísmicos y desarrolló la primera sección vertical de la Tierra desde la Superficie  al centro.
En 1910, Reid enunció “La Teoría del Rebote elástico” de terremotos de fallamiento
En 1928 se reconoció la existencia de sismos profundos por Wadati.
En 1930, Ritcher desarrolló la primera medida cuantitativa del tamaño relativo del sismo. (Ml)
En 1940, la distribución global de los terremotos fue mapeado exactamente.
Gutemberg uso una estación sísmica para determinar la primera explosión nuclear (Trinity) el 16 de julio de 1945.
En los años de 1950 se desarrolló la red de la World Wide Standard Seismograph Network (120 estaciones)

Mitos y leyendas


El naturista romano Plinio "El viejo" (23 al 79 antes de Cristo) propuso que los terremotos se producían como consecuencia del enojo de la madre tierra por las perforaciones que realizaba el hombre para extraer minerales.                                    
Para los aztecas, la tierra y el sol habían sido previamente destruidos cuatro veces por los jaguares, el viento, la lluvia y el agua. El quinto castigo impuesto por sus dioses eran los terremotos.
La cultura maorí en Nueva Zelanda creía que Ruaumoko, el dios de los terremotos y volcanes, era un hijo de la madre tierra que quedó accidentalmente atrapado debajo de la superficie terrestre, siendo los terremotos una expresión de su enojo.
Cuando uno de los ocho elefantes que transportan la tierra se cansa (hindú)
Cuando una rana que lleva el mundo se mueve (Mongolia)
Cuando el gigante en cuyo cabeza todos vivimos, estornuda o rayas (África)
Cuando la atención del dios Kashima (que se ocupa del gigante bagre Namazu que soporta la Tierra y evita el hundimiento en el océano) y debilita los movimientos Namazu (Japón)
Cuando el dios Maimas decide contar la población en el Perú, sus pasos agitan la Tierra. Luego los nativos deben correr fuera de sus chozas y gritar: estoy aquí, estoy aquí! (Fig. 1.4)

Mitos y Leyendas_Sismología

Concepto de sismología;
La Sismología es una Ciencia bastante joven (segunda mitad del siglo 19).  Es la ciencia relacionada a todos los aspectos sísmicos:

Sismología observacional
- Registro de sismos (micro-sismología)
- Catalogamiento sísmico
- Efectos sísmicos de observación (macro-sismología)

Ingeniería sismológica
- Estimación del peligro y riesgo sísmico
- Construcción antisísmica

Sismología física
- Estudio del las propiedades del interior de la Tierra
- Estudio de las características de fuentes sísmicas

Sismología de exploración
- Aplicación de métodos sísmicos

Así mismo la Sismología es una Ciencia, internacional y multidisciplinaria, que junta la física con las geociencias (geología, geografía).