Sismología Introducción:
El conocimiento, teorías y modelos sobre la estructura y los procesos en el interior de la Tierra se han obtenido a partir de la observación de fenómenos que los mismos procesos generan. Uno de los procesos, el relacionado con la generación y propagación de ondas sísmicas ha sido objeto de amplia investigación a nivel global. La investigación en sismología se ha dividido fundamentalmente en dos categorías: 1. el estudio de la propagación de las ondas y la estructura de la Tierra asociada: identificación de las diferentes capas (corteza, manto y núcleo) y su heterogeneidad, las Diferencias entre continente y océano, las zonas de subducción, las propiedades de los materiales (inelásticas y anisotropías), entre otros. 2. el estudio de la fuente y sus fenómenos asociados: tipificación y localización de fuentes, energía liberada, geometría, ´area y desplazamiento de las fallas, estudios de predicción, etc.
Gran parte de la observación sismológica se hace de manera instrumental. A partir de registros sísmicos instrumentales se obtienen resultados cuantitativos con base en las siguientes relaciones:
fenómenos internos como el fallamiento, movimiento del magma, explosión minera, circulación hidráulica, y fenómenos externos como el viento, la presión atmosférica, las ondas y mareas oceánicas y el ruido cultural involucran movimientos rápidos que producen ondas sísmicas detectables (Fig. 2.1).
Figura 2.1: Ejemplo de vibraciones producidas por fenómenos internos y externos y registrados instrumentalmente (la escala de tiempo para cada vibración es diferente).
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Los movimientos elásticos producidos por un sistema de fuerzas pueden ser representados por la ecuación de Newton ( Fuerza = masa * aceleración) para predecir las ondas resultantes.
la Tierra vibra cuando las ondas sísmicas pasan a través de ella, a lo largo de su superficie, las vibraciones producidas pueden ser instrumentalmente registradas (Fig. 2.1).
El movimiento o vibración del suelo u(t) registrado por un instrumento puede ser expresado como el resultado de la combinación de una función de fuente s(t), una función de propagación g(t) y una función del instrumento que lo registra i(t) (generalmente conocida).
A partir de de esta relación relación se pueden estimar estimar tanto tanto la función función de fuente fuente s(t) como la función de propagación g(t) mediante diversos métodos.
Escalas de Intensidad:
Para poder describir poder describir de forma cuantitativa los terremotos. Una es la escala de Richter —nombre del sismólogo estadounidense Charles Francis Richter — que mide la energía liberada en el foco de un sismo. Es una escala logarítmica con valores entre 1 y 9; un temblor de magnitud 7 es diez veces más fuerte que uno de magnitud 6, cien veces más que otro de magnitud 5, mil veces más que uno de magnitud 4 y de este modo en casos análogos. Se estima que al año se producen en el mundo unos 800 terremotos con magnitudes entre 5 y 6, unos 50.000 con magnitudes entre 3 y 4, y sólo 1 con magnitud entre 8 y 9. En teoría, la escala de Richter no tiene cota máxima, pero hasta 1979 se creía que el sismo más poderoso posible tendría magnitud 8,5. Sin embargo, desde entonces, los progresos en las técnicas de medidas sísmicas han permitido a los sismólogos redefinir la escala; hoy se considera 9,5 el límite práctico. La otra escala, introducida al comienzo del siglo XX por el sismólogo italiano Giuseppe Mercalli, mide la intensidad de un temblor con gradaciones entre I y XII. Puesto que los efectos sísmicos de superficie disminuyen con la distancia desde el foco, la medida Mercalli depende de la posición del sismógrafo. Una intensidad I se define como la de un suceso percibido por pocos, mientras que se asigna una intensidad XII a los eventos catastróficos que provocan destrucción total. Los temblores con intensidades entre II y III son casi equivalentes a los de magnitud entre 3 y 4 en la escala de Richter, mientras que los niveles XI y XII en la escala
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Historia Sísmica en el Perú: Introducción:
A través de los años, años, el Perú Perú está signado signado por por una cadena cadena de movimientos movimientos telúricos que han dejado una historia de drama y dolor. Nuestro país, está ubicado dentro del “Cinturón de Fuego” y casi al borde del encuentro de dos placas tectónicas. La Sudamericana y la de Nasca, las que como explican los especialistas, alternan entre ellas, produciéndose un efecto llamado de subducción, el que ha provocado en los últimos años un gran número de sismos de gran poder destructivo en la parte occidental de nuestro territorio. Los sismos locales y regionales tienen su origen en la existencia de fallas geológicas locales. Estos movimientos telúricos son de menor magnitud, pero al producirse muy cerca de la superficie, han tienen un gran poder destructor.
El terremoto más destructivo en la historia peruana se produjo en mayo de 1970, el cual causó alrededor de 70 000 víctimas, entre muertos y desaparecidos, en su mayor parte en el departamento de Ancash. Lima tiene una larga historia de sismos. El más grande terremoto fue el de 1746. De 3 000 casas existentes en la ciudad, sólo quedaron 25 en pie. En el puerto del Callao, debido al tsunami ocurrido después del sismo, de un total de 4 000 personas sólo sobrevivieron 200. Otro terremoto importante ocurrió en 1940, de 8,2 grados Richter, causó 179 muertos y 3 500 heridos. En Arequipa, en 1948, ocurrió un terremoto de 7,5 grados con efectos en Moquegua, Tacna y Puno. Nuevamente en Arequipa hubo un sismo destructivo en 1958 de 7 grados y dos años después otro de 6 grados. En 1979 un terremoto de 6,9 y en 1988 otro de 6,2 grados. El terremoto más reciente en el sur (Arequipa, Moquegua y Tacna) se dio en junio del 2001, con una magnitud de 6,9 grados. Causó importantes daños en un área de 55 500 km2, afectando gran parte del suroccidente del Perú. Aspecto histórico:
La noticia de los terremotos que acaecieron en el antiguo Perú, data prácticamente desde la conquista española; es el relato de los efectos por ellos causados, de las pérdidas de vidas, junto con otras observaciones. Lo dilatado y agreste del territorio, la escasa densidad de población, la falta de medios de
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datos de que se dispone son incompletos y se encuentran esparcidos endiversas obras inéditas o poco conocidas, en las crónicas de los religiosos, o en las narraciones de los viajeros ilustres que visitaron esta parte del continente. El historiador don José Toribio Polo (1904), analizando todas esas fuentes y otras, estimó que se habían producido más de 2,500 temblores en territorio peruano, desde la conquista hasta fines del siglo XIX y advirtió que por varias causas no se anotaron muchos sismos, en el período de 1600 a 1700. Los daños materiales fueron cuantiosos debido a que las construcciones eran inadecuadas para resistir los violentos movimientos del suelo. Se construía aprovechando los materiales de cada región y de acuerdo con las condiciones climáticas, primando las construcciones de adobe y de quincha en la costa, las de piedra en las regiones altas, como en Arequipa donde se construyó con sillar, un tufo volcánico fácil de manejar. A mediados mediados del Siglo Siglo XVII, Lima, Lima, principal principal metrópoli de la América América del Sur, había había desarrollado y adquirido una fisonomía peculiar; sus calles rectas, sus edificaciones de ladrillo y adobe con balconearía de madera, y sus setenta templos y campanarios eran motivo de orgullo. El terremoto de 1687 destruyó toda esa magnificencia arquitectónica y aunque reconstruida por el Virrey don Melchor de Navarra y Rocafull, Duque de La Plata, volvió a ser íntegramente destruida por el gran sismo de 1746, que acompañado de un tsunami arrasó el puerto del Callao. Llano y Zapata (1748), decía pesimista "se acabó lo que se había trabajado en doscientos once años, para construir magníficos templos y suntuosos edificios; pérdida tan grande que en otros dos siglos y doscientos millones, dudo con fundamento, pueda ser tiempo bastante para su reedificación, ni cantidad suficiente para sus costos". El Virrey don José Manso de Velasco acometió con éxito la tarea de la reconstrucción según los planos del célebre cosmógrafo francés Luis Godín. En ese período otras incipientes ciudades del Perú fueron igualmente destruidas por formidables movimientos sísmicos; Arequipa lo fue sucesivamente en 1582, 1600 y 1784; la ciudad imperial del Cuzco en 1650; Trujillo en 1619 y 1725. Durante el siglo XIX sucedieron varios sismos; uno de los principales por su intensidad fue el de 1868, que devastó Arequipa, Tacna y Arica. Este movimiento fue seguido de un tsunami que puso en conmoción a todo el Oceáno Pacífico, llegando a las alejadas playas del Japón, Nueva Zelandia y Australia.
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(1947), Cuzco (1950), Tumbes (1953), Arequipa (1958-1960), Lima (1966), Chimbote y Callejón de Huaylas (1970), Lima (1974). A través de toda la información información de que que se dispone dispone y que cubre un período período de más de cuatrocientos años, los sismos han dejado en el Perú un saldo trágico aproximado de ochenta mil muertos, decenas de millares de heridos y una destrucción material valuada en el orden de decenas de miles de millones de soles. En el futuro es de esperar que los efectos de los sismos se reduzcan a un mínimo. Las construcciones de concreto armado y ladrillo están paulatinamente reemplazando a las de adobe en casi todas las principales ciudades del Perú, dejando de lado las ornamentaciones, a la vez que se contemplan códigos de construcción. Después de la gran catástrofe de 1970, el Gobierno nombró una comisión (CRYRZA) para que realizara estudios técnicos de toda la zona afectada como base de una labor planificadora del desarrollo regional urbano y de vivienda. ESTRUCTURA GEOLOGICA:
Recientemente Cobbing y Pitcher* han presentado una síntesis generalizada de la estructura geológica del Perú tomando como base las numerosas contribuciones del Instituto de Geología y Minería. Presentan a los Andes del Perú y Bolivia como dos fajas plegadas subparalelas: una de edad mesozoica-terciaria que constituye la Cordillera Occidental y otra de edad paleozoica la Cordillera Oriental. Estas dos fajas plegadas están separadas por el Altiplano, una amplia meseta intermontana rellenada con molasa terciaria. Esta meseta está presente en Bolivia y ocupa la parte Sur del Perú hasta Abancay y por el Norte en donde un giro de la faja plegada del Paleozoico hace juntarse a las dos fajas, eliminando al Altiplano como unidad estructural. La faja plegada paleozoica se divide luego en dos partes. Un grupo grueso de cuarcitas pizarrosas negras al Sur de Huancayo contrasta con las pelitas de facies verde-esquistosas al Norte. Es importante el observar que las dos últimas están asociadas con gneiss que puede representar un basamento pre-cámbrico. La faja plegada mesozoica-terciaria también es susceptible de dividirse en dos partes: una faja miogeosinclinal oriental con clásticos y carbonatos plegados y una
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sobre andesitas de edad triásica que a su vez reposan sobre esquistos y filitas del paleozoico inferior o edad precámbrica. Al Sur de Ica, las rocas metamorfizadas regionalmente incluyen gneiss y migmatitas, rocas estratificadas falladas dentro de la faja de rocas recientes, luego las rocas fanerozoicas están revestidas por cristalinos antiguos que tienen probablemente un inmenso espesor de 50-70 km. de corteza. ACTIVIDAD SISMICA:
Es manifestación de un tectonismo profundo la gran actividad sísmica que se desarrolla a lo largo del margen Pacífico y Oriental de la Cordillera de los Andes. Las determinaciones epicentrales (USCGS, ISC), cuya cantidad aumenta a partir del año Geofísico Internacional y cuya calidad mejora en detectibilidad debido a la instalación de la red uniforme de sismógrafos VELA, permiten tener una mejor idea de la repartición de focos sísmicos en el territorio peruano. Como una regla a lo establecido por Gutenberg-Richter (1954), los focos superficiales (0-65 Km.) bordean la región costera y el flanco occidental de la Cordillera entremezclándose con algunos focos de profundidad intermedia (65-300 Km.). Superpuestos algunas veces y preferentemente intermedios se los encuentra en el flanco oriental. Profusamente intermedios y mostrando su asociación con el volcanismo reciente, están presentes al Sur del Paralelo 16°. Los focos profundos (300-700 km.) se sitúan al Este de los Andes, cerca de la frontera con Brasil. Esta distribución vertical de hipocentros, hace postular un plano de falla denominado plano de Benioff (1949) que se encuentra inclinado bajo el lado continental; todo lo cual no constituye sino parte de las características que señalan esos autores para las estructuras arqueadas de tipo circumpacífico. Dentro de los arcos hay zonas falladas a bloques, relacionadas con terremotos de foco superficial, algunos destructivos en el Perú. Dentro del marco de la tectónica global (Isacks y Oliver, 1968), los fenómenos sísmicos son resultado de la interacción entre bordes de grandes placas litosféricas que convergen junto a las márgenes continentales activos. A lo largo largo de la costa costa occidental occidental de la América América del Sur, Sur, entre el Ecuador y la Cordillera de Chile en el Pacífico, existe una zona de convergencia. Isacks (1970),
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Para Abe (1972) que ha estudiado el mecanismo focal de los terremotos de 1966 y 1970, a base de las ondas de superficie, el de 1966 representa una falla inversa a bajo ángulo cuyo vector de deslizamiento es casi perpendicular a la fosa, y el de 1970 representa una falla normal, extendiéndose las fracturas hasta 100 km. de profundidad. LIBERACION DE ENERGIA SISMICA:
Gutenberg y Richter (1949), Benioff (1949) y Ritsema (1953) desarrollaron métodos para determinar la sismicidad de una región. Demostraron que el valor numérico de la liberación de tensión de un sismo era proporcional a E1/2, donde E es la energía total en ergs. Liberada en un terremoto. Richter (1958) indica que la energía está relacionada a la magnitud por las siguientes relaciones: Log E = 11.4 + 1.5 M Log E = 5.8 + 2.4 m Donde "M" y "m" representan respectivamente las magnitudes determinadas a base de las ondas de superficie y de las ondas internas. Si esas relaciones son válidas para las diferentes regiones del globo, se les puede utilizar para cartografiar la sismicidad del Perú. Ocola (1966), empleando el concepto de área-promedio de liberación de energía sísmica, analiza la distribución espacial de la actividad sísmica en Perú entre 1947 - 1963, y encuentra tres diferentes zonas sísmicas en el Manto Superior bajo los Andes Peruanos Peruanos,, que van van desde el el nivel superficial superficial hasta el profundo profundo de setecientos cincuenta kilómetros. La liberación de energía sísmica en el Perú durante el período 1960 - 1974. Se han utilizado las magnitudes determinadas por el USCGS. El valor de E1/2 se ha
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Se trataría de fallas complejas en la parte inferior de la corteza y en la superior del manto. Sin embargo, se necesita aún de mayor número de observaciones para una mejor interpretación. Conceptos Sismológicos: Falla:
Superficie de contacto entre dos bloques que se desplazan o han sido desplazados en el pasado en forma diferencial uno con respecto al otro y que en el momento de formación estaban unidos. Se pueden extender espacialmente por varios cientos de km y en forma temporal por varios millones de años. Una falla activa es aquella en la cual ha ocurrido desplazamiento en los últimos 2 millones de años.
Hipocentro o Foco:
Punto en el interior de la Tierra, en el cual se da inicio a la liberación de energía causada por la ruptura y generación de un sismo, este punto indica la localización de la fuente sísmica.
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Distancia hipocentral:
Distancia calculada entre el hipocentro sísmico (ubicación de la fuente sísmica) y un punto sobre la superficie de la Tierra. Epicentro:
Punto exacto en la superficie que se localiza sobre el hipocentro de un sismo, representación en superficie de la ubicación de la fuente sísmica (Ver figura Hipocentro). Límite de placa:
Es el lugar donde dos o más placas están en contacto, existen tres límites de placa: limites divergentes límites convergentes y límites transformantes.
Placa (tectónica):
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Estación sismográfica o sismológica:
Sitio en donde uno o más sismógrafos son instalados con el fin de registrar ondas sísmicas.
Hora o tiempo local:
Tiempo que corresponde a una región en el globo terrestre de acuerdo a la longitud geográfica con respecto al meridiano estándar de referencia: El Meridiano de Greenwich o París. Cada 5° de longitud corresponden a una hora de tiempo. Para el caso de Colombia la diferencia horaria es de menos 5 horas con respecto a la hora universal (UTC). Hora o tiempo origen:
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Hora o tiempo Universal:
Tiempo que corresponde al meridiano universal de referencia: Meridiano de Greenwich o París. Este tiempo, por convención internacional, se utiliza para la observación y descripción de todo fenómeno geofísico y astrofísico. Profundidad de un sismo:
La profundidad de un sismo es la medida desde la superficie de la tierra en el punto llamado epicentro hasta el punto exacto donde se produjo el sismo, llamado hipocentro. Esta medida es muy importante para los sismólogos, pues con ella se pueden determinar las características del sismo y su comportamiento en la superficie. Los sismos se pueden categorizar como cortical (sismos de profundidad superficial menores a 70 km), intermedios (sismos cuya profundidad está entre los 70 y 180 km) y profundos (profundidades mayores a 180 km). Intensidad:
Medida de los efectos producidos por un sismo en personas, animales, estructuras y terreno en un lugar particular. Los valores de Intensidad se denotan con números romanos en la Escala de Intensidades de Mercalli Modificada (Wood y Neumann, 1931) que clasifica los efectos sísmicos con doce niveles ascendentes en severidad. La intensidad no sólo depende de la fuerza del sismo (magnitud) sino que también de la distancia epicentral, la geología local , la naturaleza del terreno y el tipo de construcciones del lugar. Magnitud:
Generalmente, el tamaño de los sismos se lo indica en términos de magnitud la cual está relacionada con la energía liberada en la fuente sísmica. Es un parámetro único que no depende de la distancia a la que se encuentre el
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Intervalo de recurrencia:
Tiempo aproximado entre los terremotos de una área específica y activamente sísmica. Licuefacción:
Proceso por el cual un sólido, roca o depósito no consolidado (arena, lodo, arcilla), asume las características de un líquido como resultado de un aumento en la presión de los poros, produciendo una reducción en la tensión, esto hace que algunas rocas se comporten como fluidos durante procesos que incrementan la presión de poros (p.e. en un Evento sísmico).
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Onda:
Una onda es una perturbación que se propaga desde el punto en que se produjo hacia el medio que rodea ese punto. Las ondas materiales (todas menos las electromagnéticas) requieren un medio elástico para propagarse. El medio elástico se deforma y se recupera vibrando al paso de la onda.