En sismología , un microsísmo se define como un leve temblor de tierra causado por fenómenos naturales. [1] [2] A veces denominado "zumbido", [3] no debe confundirse con el fenómeno acústico anómalo del mismo nombre . El término se usa más comúnmente para referirse a las señales de ruido sísmico y electromagnético de fondo dominantes en la Tierra, que son causadas por ondas de agua en los océanos y lagos. [4] [5] [6] [7] [8] Bhatt analiza las características del microsísmo. [8]Debido a que las oscilaciones de las olas del océano son estadísticamente homogéneas durante varias horas, la señal de microsísmo es una oscilación prolongada del suelo. [9] Las ondas sísmicas más energéticas que componen el campo microsísmico son las ondas de Rayleigh , pero las ondas de Love pueden constituir una fracción significativa del campo de ondas, y las ondas corporales también se detectan fácilmente con matrices. Debido a que la conversión de las olas del océano a las ondas sísmicas es muy débil, la amplitud de los movimientos del suelo asociados a los microsismos generalmente no excede los 10 micrómetros.
Detección y características
Los microsismos se detectan y miden muy bien mediante un sismógrafo de banda ancha y se pueden registrar en cualquier lugar de la Tierra.
Las señales de microsísmo dominantes de los océanos están vinculadas a períodos característicos de oleaje oceánico y, por lo tanto, ocurren entre 4 y 30 segundos aproximadamente. [10] El ruido microsísmico generalmente muestra dos picos predominantes. El más débil es para los períodos más largos, típicamente cerca de 16 s, y puede explicarse por el efecto de las ondas de gravedad superficiales en aguas poco profundas. Estos microsismos tienen el mismo período que las ondas de agua que los generan, y suelen denominarse 'microsismos primarios'. El pico más fuerte, durante períodos más cortos, también se debe a las ondas de gravedad superficiales en el agua, pero surge de la interacción de ondas con frecuencias casi iguales pero direcciones casi opuestas (los clapotis ). Estos temblores tienen un período que es la mitad del período de la onda de agua y generalmente se denominan "microsismos secundarios". Una excitación incesante leve, pero detectable, de las oscilaciones libres de la Tierra, o modos normales , con períodos en el rango de 30 a 1000 s, y a menudo se denomina "zumbido de la Tierra". Para periodos de hasta 300 s, el desplazamiento vertical corresponde a ondas de Rayleigh generadas como los microsísmos primarios, con la diferencia de que implica la interacción de ondas de infragravedad con la topografía del fondo del océano. [11] Las fuentes dominantes de este componente de zumbido vertical probablemente se encuentran a lo largo de la ruptura de la plataforma, la región de transición entre las plataformas continentales y las llanuras abisales.
Como resultado, desde los 'microsismos secundarios' de período corto hasta el 'zumbido' de período largo, este ruido sísmico contiene información sobre el estado del mar . Se puede utilizar para estimar las propiedades de las olas del océano y su variación, en escalas de tiempo de eventos individuales (unas pocas horas a algunos días) hasta su evolución estacional o de varias décadas. Sin embargo, el uso de estas señales requiere una comprensión básica de los procesos de generación de microsismos.
Generación de microsismos primarios
Los detalles del mecanismo primario fueron dados por primera vez por Klaus Hasselmann , [5] con una expresión simple de la fuente de microsísmo en el caso particular de un fondo con pendiente constante. Resulta que esta pendiente constante debe ser bastante grande (alrededor del 5 por ciento o más) para explicar las amplitudes del microsísmo observadas, y esto no es realista. En cambio, las características topográficas del fondo a pequeña escala no necesitan ser tan empinadas, y la generación de microsismos primarios es más probablemente un caso particular de un proceso de interacción onda-onda en el que una onda es fija, el fondo. Para visualizar lo que sucede, es más fácil estudiar la propagación de ondas sobre una topografía de fondo sinusoidal. Esto se generaliza fácilmente a la topografía del fondo con oscilaciones alrededor de una profundidad media. [12]
Para un fondo real, que tiene un amplio espectro, las ondas sísmicas se generan con todas las longitudes de onda y en todas las direcciones.
Generación de microsismos secundarios
La interacción de dos trenes de ondas superficiales de diferentes frecuencias y direcciones genera grupos de ondas . Para ondas que se propagan casi en la misma dirección, esto da los conjuntos habituales de ondas que viajan a la velocidad del grupo, que es más lenta que la velocidad de fase de las ondas de agua (ver animación). Para olas oceánicas típicas con un período de alrededor de 10 segundos, esta velocidad de grupo es cercana a 10 m / s.
En el caso de la dirección de propagación opuesta, los grupos viajan a una velocidad mucho mayor, que ahora es 2π ( f 1 + f 2 ) / ( k 1 - k 2 ) con k 1 y k 2 los números de onda de las ondas de agua que interactúan.
Para trenes de ondas con una diferencia muy pequeña en frecuencia (y por lo tanto en números de onda), este patrón de grupos de ondas puede tener la misma velocidad que las ondas sísmicas, entre 1500 y 3000 m / s, y excitará modos acústico-sísmicos que irradian.
En lo que respecta a las ondas sísmicas y acústicas, el movimiento de las olas del océano en aguas profundas es, en primer lugar , equivalente a una presión aplicada en la superficie del mar. [5] Esta presión es casi igual a la densidad del agua multiplicada por la velocidad orbital de la onda al cuadrado. Debido a este cuadrado, no es la amplitud de los trenes de ondas individuales lo que importa (líneas rojas y negras en las figuras) sino la amplitud de la suma, los grupos de ondas (línea azul en las figuras).
Las olas oceánicas reales están compuestas por un número infinito de trenes de olas y siempre hay algo de energía que se propaga en la dirección opuesta. Además, debido a que las ondas sísmicas son mucho más rápidas que las ondas del agua, la fuente del ruido sísmico es isótropa: se irradia la misma cantidad de energía en todas las direcciones. En la práctica, la fuente de energía sísmica es más fuerte cuando hay una cantidad significativa de energía de las olas viajando en direcciones opuestas. Esto ocurre cuando el oleaje de una tormenta se encuentra con olas con el mismo período de otra tormenta, [6] o cerca de la costa debido a la reflexión costera.
Dependiendo del contexto geológico, el ruido registrado por una estación sísmica en tierra puede ser representativo del estado del mar cerca de la estación (dentro de unos cientos de kilómetros, por ejemplo, en el centro de California), o una cuenca oceánica completa (por ejemplo, en Hawai). ). [7] Para comprender las propiedades del ruido, es necesario comprender la propagación de las ondas sísmicas.
Las ondas de Rayleigh constituyen la mayor parte del campo microsísmico secundario. Tanto el agua como las partículas sólidas de la Tierra son desplazadas por las ondas a medida que se propagan, y la capa de agua juega un papel muy importante en la definición de la celeridad, la velocidad de grupo y la transferencia de energía de las ondas superficiales del agua a las ondas Rayleigh. La generación de ondas de amor de microsismo secundario implica la conversión de modo por batimetría no plana e, internamente, a través de la homogeneidad de la velocidad de onda sísmica dentro de la Tierra. [13]
Ver también
Referencias
- ↑ The American Heritage Dictionary of the English Language (Cuarta ed.), Houghton Mifflin Company, 2000
- ^ Ebel, John E. (2002), "Observando el tiempo usando un sismógrafo" , Cartas de investigación sismológica , 73 (6): 930-932, doi : 10.1785 / gssrl.73.6.930 .
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- ^ Longuet-Higgins, MS (1950), "Una teoría del origen de los microsísmos", Transacciones filosóficas de la Royal Society A , 243 (857): 1-35, Bibcode : 1950RSPTA.243 .... 1L , doi : 10.1098 /rsta.1950.0012 , S2CID 31828394
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- ^ Ruff, LJ "Temporada de huracanes y microsismos" . MichSeis. Archivado desde el original el 29 de mayo de 2008 . Consultado el 26 de agosto de 2008 .
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- ^ Gualtieri, Lucia (9 de noviembre de 2020). "El origen de las ondas de amor microsísmo secundario" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 117 (47): 29504-29511. doi : 10.1073 / pnas.2013806117 .
Fuentes
- Aster, R .; McNamara, D .; Bromirski, P. (2008), "Variabilidad multidecenal inducida por el clima en microsismos", Cartas de investigación sismológica , 79 (2): 194-202, doi : 10.1785 / gssrl.79.2.194
- Rhie, J .; Romanowicz, B; Romanowicz, B. (2004), "Excitación de las oscilaciones libres continuas de la Tierra por acoplamiento atmósfera-océano-fondo marino", Nature , 431 (7008): 552–556, Bibcode : 2004Natur.431..552R , doi : 10.1038 / nature02942 , PMID 15457256 , S2CID 4388114