Ciencia y tecnología

Algo más del volcán Popocatépetl y sismos en general

Se les denomina así cuando se registran sismos de manera continua y en ocasiones modulada o con intervalo de algunos segundos; se originan a profundidades superficiales cerca de cráteres activos, se han observado también tremores de origen profundo (20-30 km en Kilauea, Hawai).

Por ejemplo, sismos de explosión en erupciones del tipo hawaiano y estromboliano se presentan en intervalos de aproximadamente 10 segundos, en otros casos, sismos del tipo B se presentan de manera casi continua. Por esta razón a los 2 tipos de eventos sísmicos se les llama tremores volcánicos.

Si realizamos un análisis espectral de este tipo de señales encontraremos diferentes tipos de ondas sísmicas, tales como ondas superficiales del tipo Rayleigh y Love.

No obstante el hecho dramático de que un volcán es una de las fuerzas más poderosas que hay en la Tierra, es uno de los fenómenos de la naturaleza que menos muertes causa. Cabe mencionar, sin embargo, que durante el siglo XX 2 erupciones causaron numerosas muertes: el volcán Pelée, en la isla Martinica en las Antillas (29,000 muertos) y el Nevado de Ruiz en Colombia, en noviembre de 1985, donde se registraron casi 30,000 muertes.

La distancia que separa a la ciudad de Puebla del volcán Popocatépetl es de 45 kilómetros en línea recta, los escenarios ideales de riesgo se estiman a un radio de 30 km o menos. Sin embargo, la caída de ceniza y el desalojo de miles de habitantes de las comunidades cercanas al cono, implican un serio problema estratégico para la propia ciudad de Puebla.

Sismotectónica en el Pacífico Central

Dentro de los modelos de velocidades estructurales donde está la placa de Cocos, que es una zona de subducción, se presentan canales de velocidades bajas, que pudieran ser un indicativo de la existencia de enjambre de energía sísmico.

Los sismos volcánicos y tectónicos se originan bajo procesos parecidos, pero a la vez diferentes; los sismos volcánicos son aquellos que se originan por movimientos internos de presión y lavas subterráneas, pueden ser violentos y destructivos pero en áreas muy limitadas.

Los sismos tectónicos son los causados por movimientos repentinos de grandes masas de roca. Cuando estas rocas están bajo fuertes presiones exceden su límite de elasticidad cediendo repentinamente, por ruptura o falla, ocasionando que ambos lados de esta masa de roca tomen elásticamente posiciones que las liberen total o parcialmente del exceso de presión.

Respecto de las zonas de sismos en el planeta, diremos que la primera zona de grandes terremotos es la que bordea la cuenca del Pacífico, y coincide aproximadamente con la distribución paralela de los volcanes activos y en formación. La segunda zona en importancia es la que va del sur de España y pasa por los Himalayas hacia el oriente de Asia, hasta las Indias Holandesas Orientales y se une con la faja que bordea el Pacífico.

Sabemos que la frecuencia de los sismos varía cada año, y a pesar de que estadísticamente se dice que son cíclicos, hoy en día desconocemos con exactitud cuándo ocurrirá uno de gran magnitud.

La zona de Oaxaca es una región altamente sísmica, la constitución geológica compuesta en su mayor parte por caliza y roca volcánica como los basaltos y las andesitas, nos dan una idea de que dicha zona está en constante cambio geológico tectónico, es decir, una subducción constante que sería una de las causas de propagación de sismos.

Observamos que la mayor parte de los epicentros se encuentran sobre las líneas de contacto entre las placas  de Rivera de Cocos y de Norte-américa. Es importante señalar que desde 1990 se han detectado más de 30 sismos con una magnitud mayor a los 5 grados en la escala Richter cuyos epicentros han estado sobre las costas del Pacífico.

Se sabe casi como un elemento de cultura popular, que las escalas sísmicas más usuales son la Richter que mide la magnitud de los terremotos, y la escala de Mercalli, que mide la intensidad del sismo en un lugar específico.

La teoría de la tectónica de placas ha demostrado que la acción de las Placas de Cocos, del Pacífico, de Rivera y la de Norteamérica en sus constantes movimientos seguirán produciendo sismos. Lo que lleva a pensar a los investigadores que se está ante la probabilidad de que en los próximos años ocurra un sismo mayor o igual a la magnitud 8 en la escala de Richter.

Por desgracia aún no puede pronosticarse con exactitud, dónde y cuándo ocurrirá un sismo, lo que sí puede saberse es que por estudios estadísticos y sondeos geofísicos determinada región sea propensa a alguna actividad tectónica; cabe señalar que todos los fenómenos naturales son cíclicos.

Se sabe que en el terremoto del 19 de septiembre de 1985 un fragmento de aproximadamente 250 kilómetros de longitud de la Placa de Cocos presionó sobre la de Norteamérica, se hundió en la fosa de subducción deslizándose aproximadamente 2 metros y liberó energía en forma de vibraciones, lo que provocó los daños más importantes en México por un sismo.

Sabemos que la distribución en el pasado geológico de los sismos es distinta de la distribución actual. Por ello encontramos una distribución de fallas y rocas volcánicas, en lugares relativamente libres de trastornos sísmicos y completamente inactivos desde el punto de vista volcánico.

A causa de terremotos en muchos lugares se han iniciado deslizamientos de tierra; uno de los más importantes ocurrió en Kansu, en el norte de China, en 1920, fue tan fuerte que se sintió en un área de un millón 500,000 millas cuadradas, y su área de destrucción fue de 15,000 millas cuadradas.

Existen ondulaciones de mareas producidas por terremotos submarinos que han causado grandes daños en algunas costas; estas ondulaciones son conocidas como tsunamis, es decir a los terremotos que ocurren en el mar se les conoce como tsunamis, se presentan por lo general en las costas de Japón, Chile y las islas de Hawai.

Ahora se sabe que las ondulaciones de marea en el Pacífico avanzan a una velocidad de 455 millas por hora y son muy destructivas. Sin embargo, no todas las ondulaciones de este tipo son el resultado de terremotos ya sabemos que algunas son causadas por explosiones volcánicas y otras son producidas excepcionalmente por el viento.

Ondas del movimiento

Las vibraciones que determinan un sismo se inician en un espacio limitado y se propagan en todas direcciones. Este espacio o área central de iniciación, bajo la superficie de la tierra, se llama hipocentro, área focal o foco, y el punto de la superficie terrestre situada directamente encima de ella, donde el movimiento es más intenso, se llama epicentro o área epicentral.

Por estudios y observaciones de instrumentos sísmicos, así como de procesamiento de datos, los focos de la mayor parte de los terremotos se encuentran a profundidades de menos de 16 kilómetros. Sin embargo, muchos se han originado entre los 16 y 48 kilómetros, y estudios recientes demuestran que hay sismos que su foco estaba a más de 600 kilómetros de profundidad.

Físicamente las vibraciones se transmiten a través de las rocas como ondas elásticas de diversos tipos. La onda más veloz que avanza con la misma velocidad con la que se desplazaría el sonido dentro de la misma roca, es de tipo longitudinal o de compresión, ya que las rocas vibran hacia atrás y hacia adelante, en la dirección de la propagación de la onda. Esta onda es conocida como primaria, de compresión o P. Existe un segundo tipo de onda de menor velocidad, ésta es transversal y las partículas de la roca vibran en ángulo recto con la dirección de la propagación, esta onda se conoce como secundaria, de deformación o S. Esta onda hace que gráficamente alguna partícula se mueva hacia arriba o hacia abajo.

Existe un tercer tipo de onda llamada inducida, que se desplaza a lo largo de la superficie superior de la roca afectada, esta onda es más lenta y más larga que las ondas P o S, y de mayor amplitud, a esta onda se le conoce como onda L, superficial o larga. Las ondas preliminar y secundaria, longitudinal y transversal, se mueven a través de la tierra por los mismos caminos y con una relación de velocidades constantes. De manera que se da la diferencia de tiempo de llegada de las ondas P y S a una estación determinada por lo que se puede calcular la distancia de esa estación al centro del terremoto.

En la transmisión de las ondas de los sismos, la órbita descrita por cada partícula individual de roca, es de poca magnitud, generalmente menor a una pulgada. Los efectos más perjudiciales se manifiestan en los terrenos sueltos y blandos como en los depósitos aluviales o los rellenos. Existe un efecto conocido como licuefacción, que es cuando las ondas viajan a través de la combinación de tierra y agua, como sucede en la ciudad de México.

Esto se compara frecuentemente con el efecto que puede inducirse en un recipiente con gelatina al moverse y ver el comportamiento que ésta tiene.

Las vibraciones de los sismos se registran con aparatos llamados sismó-metros, la mayoría de los cuales tienen un alto grado de exacto y una gran sensibilidad. Se puede determinar el tiempo de un modo preciso y la sincronización de tiempos de diferentes estaciones receptoras ha sido de gran ayuda en estudios sísmicos. Las vibraciones recogidas como zigzag se fijan en papel fotográfico llamado sismograma, que muestran el impulso vibratorio y el tiempo de iniciación y de duración, indicando las llegadas de los diferentes tipos de ondas.

La duración de los sismos generalmente es de algunos segundos, entre mayor sea la duración sus efectos destructores aumentan notablemente. Después de ocurrido un terremoto se registran varios sismos de menor intensidad durante días o meses.

Una de las posibles zonas de energía acumulada durante más de 30 años es la región de Guerrero, lugar donde podría originarse un sismo de grandes magnitudes en los próximos años; esto podría ocasionar severos daños a las poblaciones del centro del país.

Si las ondas sísmicas de dicha región se originan a 300 km, el tiempo de llegada sería de aproximadamente 80 segundos para la ciudad de Puebla, si se toma en cuenta que los límites de las placas del Pacífico, de Rivera y de Norteaméricana serían el punto de fractura.

Existe además un complejo sistema de redes geológicas que han sido ocasionadas por la naturaleza y por el hombre (por ejemplo falta de compactación adecuada en el suelo), por lo que se pretende modelar estructuralmente los datos sísmicos y cartográficos, que pudieran confirmar la teoría del expansionismo terrestre.

Para la ingeniería geológica, los estudios se orientan en la interacción suelo-estructura y la respuesta geológica de valles y montañas con depósitos sedimentarios, además de los 3 tipos de rocas principales (andesitas, basaltos y calizas) ante la ocurrencia de sismos fuertes.

Estudio de zonas por medio de movimientos fuertes

Dentro de esta rama de la ingeniería geológica se hace uso de acelerogramas, el objetivo es poder contar con los cálculos confiables de magnitudes, atenuación sísmica, análisis de los patrones de ocurrencia sísmica y el cálculo de los parámetros de fuente sísmica.

Se analizan y modelan los registros de aceleración en las zonas de estudio, en términos de máximas aceleraciones y de estructura geológica; se identifican los factores de mayor influencia en la energía radiada por sismos en determinados lugares, así como la modelación teórica de éstos.

Modelo de la teoría de ondas en medios estructurales

Esta técnica consiste en un entendimiento claro de la elastodinámica de medios con microestructuras y su aplicación en la propagación de ondas sísmicas en una variedad de medios reales, tales como medios porosos o medios compuestos, zonas acuosas como el efecto de licuefacción o licuación y materiales no consolidados.

Este método ha desarrollado una teoría matemáticamente correcta y físicamente consistente, sobre la propagación de ondas en medios porosos de 2 componentes. La teoría realiza predicciones que son consistentes con experimentos efectuados en laboratorio (modelación computacional) y proporcionan una idea clara de la atenuación sísmica intrínseca.

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