Sismología

Sismología ( / s aɪ z m ɒ l ə dʒ i / ; de Ancient griegas σεισμός ( seísmos ) significa "terremoto" y -λογία ( -logía ) significa "estudio de") es el estudio científico de los terremotos y la propagación de elástico ondas a través de la Tierra o de otros cuerpos planetarios. El campo también incluye estudios de los efectos ambientales de los terremotos , como tsunamis , así como diversas fuentes sísmicas. tales como procesos volcánicos, tectónicos, glaciares, fluviales, oceánicos, atmosféricos y artificiales como explosiones. Un campo relacionado que utiliza la geología para inferir información sobre terremotos pasados ​​es la paleosismología . Una grabación del movimiento de la Tierra en función del tiempo se llama sismograma . Un sismólogo es un científico que investiga en sismología.

Animación del tsunami provocado por el terremoto del Océano Índico de 2004

Historia

El interés de los eruditos en los terremotos se remonta a la antigüedad. Las primeras especulaciones sobre las causas naturales de los terremotos se incluyeron en los escritos de Tales de Mileto (c. 585 a. C.), Anaxímenes de Mileto (c. 550 a. C.), Aristóteles (c. 340 a. C.) y Zhang Heng (132 d. C.).

En 132 EC, Zhang Heng de la dinastía Han de China diseñó el primer sismoscopio conocido . ^{[1] [2] [3]}

En el siglo XVII, Athanasius Kircher argumentó que los terremotos fueron causados ​​por el movimiento del fuego dentro de un sistema de canales dentro de la Tierra. Martin Lister (1638 a 1712) y Nicolas Lemery (1645 a 1715) propusieron que los terremotos fueron causados ​​por explosiones químicas dentro de la tierra. ^[4]

El terremoto de Lisboa de 1755 , coincidiendo con el florecimiento general de la ciencia en Europa, puso en marcha los intentos científicos intensificados para comprender el comportamiento y las causas de los terremotos. Las primeras respuestas incluyen trabajos de John Bevis (1757) y John Michell (1761). Michell determinó que los terremotos se originan dentro de la Tierra y eran ondas de movimiento causadas por "masas de rocas cambiantes millas por debajo de la superficie". ^[5]

A partir de 1857, Robert Mallet sentó las bases de la sismología instrumental y llevó a cabo experimentos sismológicos con explosivos. También es el responsable de acuñar la palabra "sismología". ^[6]

En 1897, los cálculos teóricos de Emil Wiechert lo llevaron a concluir que el interior de la Tierra consiste en un manto de silicatos, rodeando un núcleo de hierro. ^[7]

En 1906, Richard Dixon Oldham identificó la llegada separada de ondas P, ondas S y ondas superficiales en sismogramas y encontró la primera evidencia clara de que la Tierra tiene un núcleo central. ^[8]

En 1909, Andrija Mohorovičić , uno de los fundadores de la sismología moderna, ^{[9] [10] [11]} descubrió y definió la discontinuidad de Mohorovičić . ^[12] Por lo general se hace referencia como el "Moho discontinuidad" o el "Moho", que es el límite entre la Tierra 's corteza y el manto . Se define por el cambio distinto en la velocidad de las ondas sismológicas a medida que pasan a través de densidades cambiantes de roca. ^[13]

En 1910, después de estudiar el terremoto de San Francisco de abril de 1906 , Harry Fielding Reid presentó la " teoría del rebote elástico " que sigue siendo la base de los estudios tectónicos modernos. El desarrollo de esta teoría dependió del considerable progreso de corrientes de trabajo independientes anteriores sobre el comportamiento de los materiales elásticos y en matemáticas. ^[14]

En 1926, Harold Jeffreys fue el primero en afirmar, basándose en su estudio de las ondas sísmicas, que debajo del manto, el núcleo de la Tierra es líquido. ^[15]

En 1937, Inge Lehmann determinó que dentro del núcleo externo líquido de la Tierra hay un núcleo interno sólido . ^[dieciséis]

En la década de 1960, las ciencias de la Tierra se habían desarrollado hasta el punto en que una teoría completa de la causa de los eventos sísmicos y los movimientos geodésicos se había unido en la ahora bien establecida teoría de la tectónica de placas .

Tipos de onda sísmica

Registros de sismograma que muestran los tres componentes del movimiento del suelo. La línea roja marca la primera llegada de ondas P; la línea verde, la llegada posterior de las ondas S.

Las ondas sísmicas son ondas elásticas que se propagan en materiales sólidos o fluidos. Se pueden dividir en ondas corporales que viajan por el interior de los materiales; ondas superficiales que viajan a lo largo de superficies o interfaces entre materiales; y modos normales , una forma de onda estacionaria.

Ondas corporales

Hay dos tipos de ondas corporales, ondas de presión u ondas primarias (ondas P) y ondas cortantes o secundarias (ondas S ). Las ondas P son ondas longitudinales que implican compresión y expansión en la dirección en que se mueve la onda y siempre son las primeras ondas que aparecen en un sismograma, ya que son las ondas que se mueven más rápido a través de los sólidos. Las ondas S son ondas transversales que se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación. Las ondas S son más lentas que las ondas P. Por lo tanto, aparecen más tarde que las ondas P en un sismograma. Los fluidos no pueden soportar ondas elásticas transversales debido a su baja resistencia al corte, por lo que las ondas S solo viajan en sólidos. ^[17]

Ondas superficiales

Las ondas superficiales son el resultado de las ondas P y S que interactúan con la superficie de la Tierra. Estas ondas son dispersivas , lo que significa que diferentes frecuencias tienen diferentes velocidades. Los dos tipos principales de ondas superficiales son las ondas de Rayleigh , que tienen movimientos de compresión y de cizallamiento, y las ondas de Love , que son puramente cizallas. Las ondas de Rayleigh son el resultado de la interacción de las ondas P y las ondas S polarizadas verticalmente con la superficie y pueden existir en cualquier medio sólido. Las ondas de amor están formadas por ondas S polarizadas horizontalmente que interactúan con la superficie, y solo pueden existir si hay un cambio en las propiedades elásticas con la profundidad en un medio sólido, como siempre ocurre en las aplicaciones sismológicas. Las ondas superficiales viajan más lentamente que las ondas P y las ondas S porque son el resultado de estas ondas que viajan a lo largo de trayectorias indirectas para interactuar con la superficie de la Tierra. Debido a que viajan a lo largo de la superficie de la Tierra, su energía decae con menos rapidez que las ondas corporales (1 / distancia ² frente a 1 / distancia ³ ) y, por lo tanto, el temblor causado por las ondas superficiales es generalmente más fuerte que el de las ondas corporales, y el Las ondas superficiales primarias son a menudo las señales más grandes en los sismogramas de terremotos. Las ondas superficiales se excitan fuertemente cuando su fuente está cerca de la superficie, como en un terremoto poco profundo o una explosión cerca de la superficie, y son mucho más débiles para las fuentes de terremotos profundos. ^[17]

Modos normales

Tanto las ondas corporales como las superficiales son ondas viajeras; sin embargo, los grandes terremotos también pueden hacer que toda la Tierra "suene" como una campana resonante. Este timbre es una mezcla de modos normales con frecuencias discretas y períodos de aproximadamente una hora o menos. El movimiento en modo normal causado por un terremoto muy grande se puede observar hasta un mes después del evento. ^[17] Las primeras observaciones de los modos normales se realizaron en la década de 1960 cuando el advenimiento de instrumentos de mayor fidelidad coincidió con dos de los terremotos más grandes del siglo XX, el terremoto de Valdivia de 1960 y el terremoto de Alaska de 1964 . Desde entonces, los modos normales de la Tierra nos han dado algunas de las limitaciones más fuertes en la estructura profunda de la Tierra.

Temblores

Uno de los primeros intentos de estudio científico de los terremotos siguió al terremoto de Lisboa de 1755. Otros terremotos notables que estimularon importantes avances en la ciencia de la sismología incluyen el terremoto de Basilicata de 1857 , el terremoto de San Francisco de 1906, el terremoto de Alaska de 1964, el terremoto de Sumatra-Andaman de 2004 y el Gran terremoto del este de Japón de 2011 .

Fuentes sísmicas controladas

Las ondas sísmicas producidas por explosiones o fuentes controladas vibratorias son uno de los métodos principales de exploración subterránea en geofísica (además de muchos métodos electromagnéticos diferentes , como la polarización inducida y la magnetotelúrica ). La sismología de fuente controlada se ha utilizado para mapear domos de sal , anticlinales y otras trampas geológicas en rocas que contienen petróleo , fallas , tipos de rocas y cráteres de meteoritos gigantes enterrados durante mucho tiempo . Por ejemplo, el cráter Chicxulub , que fue causado por un impacto que ha estado implicado en la extinción de los dinosaurios , se localizó en América Central mediante el análisis de eyecciones en el límite Cretácico-Paleógeno , y luego se demostró físicamente su existencia mediante mapas sísmicos de petróleo. exploración . ^[18]

Detección de ondas sísmicas

Instalación de una estación sísmica temporal en las tierras altas del norte de Islandia.

Los sismómetros son sensores que detectan y registran el movimiento de la Tierra que surge de las ondas elásticas. Los sismómetros pueden desplegarse en la superficie de la Tierra, en bóvedas poco profundas, en perforaciones o bajo el agua . Un paquete completo de instrumentos que registra señales sísmicas se llama sismógrafo . Las redes de sismógrafos registran continuamente los movimientos del suelo en todo el mundo para facilitar el seguimiento y el análisis de los terremotos globales y otras fuentes de actividad sísmica. La ubicación rápida de los terremotos hace posibles las advertencias de tsunamis porque las ondas sísmicas viajan considerablemente más rápido que las olas de los tsunamis. Los sismómetros también registran señales de fuentes no sísmicas que van desde explosiones (nucleares y químicas), hasta ruido local del viento ^[19] o actividades antropogénicas, hasta señales incesantes generadas en el fondo del océano y las costas inducidas por las olas del océano (el microsísmo global ), a eventos criosféricos asociados con grandes icebergs y glaciares. Los ataques de meteoritos sobre el océano con energías tan altas como 4.2 × 10 ¹³ J (equivalente a la liberada por una explosión de diez kilotones de TNT) han sido registrados por sismógrafos, al igual que varios accidentes industriales y bombas y eventos terroristas (un campo de estudio denominado sismología forense ). Una de las principales motivaciones a largo plazo de la vigilancia sismográfica mundial ha sido la detección y el estudio de los ensayos nucleares .

Mapeo del interior de la Tierra

Velocidades sísmicas y límites en el interior de la Tierra muestreados por ondas sísmicas

Debido a que las ondas sísmicas comúnmente se propagan de manera eficiente a medida que interactúan con la estructura interna de la Tierra, proporcionan métodos no invasivos de alta resolución para estudiar el interior del planeta. Uno de los primeros descubrimientos importantes (sugerido por Richard Dixon Oldham en 1906 y demostrado definitivamente por Harold Jeffreys en 1926) fue que el núcleo externo de la tierra es líquido. Dado que las ondas S no atraviesan líquidos, el núcleo líquido produce una "sombra" en el lado del planeta opuesto al terremoto donde no se observan ondas S directas. Además, las ondas P viajan mucho más lentamente a través del núcleo externo que el manto.

Al procesar lecturas de muchos sismómetros mediante tomografía sísmica , los sismólogos han mapeado el manto de la tierra a una resolución de varios cientos de kilómetros. Esto ha permitido a los científicos identificar células de convección y otras características a gran escala, como las grandes provincias de baja velocidad de corte cerca del límite entre el núcleo y el manto . ^[20]

Sismología y sociedad

Predicción de terremotos

Pronosticar un tiempo, ubicación, magnitud y otras características importantes de un próximo evento sísmico se denomina predicción de terremotos . Los sismólogos y otros han realizado varios intentos para crear sistemas efectivos para predicciones precisas de terremotos, incluido el método VAN . La mayoría de los sismólogos no creen que aún se haya desarrollado un sistema para proporcionar alertas oportunas para terremotos individuales, y muchos creen que es poco probable que dicho sistema brinde una advertencia útil de eventos sísmicos inminentes. Sin embargo, los pronósticos más generales predicen de forma rutinaria el peligro sísmico . Dichos pronósticos estiman la probabilidad de que un terremoto de un tamaño particular afecte a una ubicación particular dentro de un período de tiempo particular, y se utilizan de forma rutinaria en la ingeniería sísmica .

La controversia pública sobre la predicción del terremoto estalló después de que las autoridades italianas acusaron a seis sismólogos y un funcionario del gobierno por homicidio involuntario en relación con un terremoto de magnitud 6,3 en L'Aquila, Italia, el 5 de abril de 2009 . La acusación ha sido ampliamente percibida ^{[¿ por quién? ]} como acusación por no predecir el terremoto y ha generado la condena de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia y la Unión Geofísica Estadounidense . La acusación afirma que, en una reunión especial en L'Aquila la semana antes de que ocurriera el terremoto, los científicos y funcionarios estaban más interesados ​​en pacificar a la población que en brindar información adecuada sobre el riesgo y la preparación para el terremoto. ^[21]

Sismología de ingeniería

La sismología de ingeniería es el estudio y la aplicación de la sismología con fines de ingeniería. ^[22] Generalmente se aplica a la rama de la sismología que se ocupa de la evaluación de la amenaza sísmica de un sitio o región con fines de ingeniería sísmica. Es, por tanto, un vínculo entre las ciencias de la tierra y la ingeniería civil . ^[23] Hay dos componentes principales de la sismología de ingeniería. En primer lugar, estudiar la historia de los terremotos (por ejemplo , catálogos históricos ^[23] e instrumentales ^[24] de sismicidad) y tectónica ^[25] para evaluar los terremotos que podrían ocurrir en una región y sus características y frecuencia de ocurrencia. En segundo lugar, estudiar los fuertes movimientos del suelo generados por terremotos para evaluar el temblor esperado de futuros terremotos con características similares. Estos fuertes movimientos del suelo podrían ser observaciones de acelerómetros o sismómetros o aquellos simulados por computadoras usando varias técnicas, ^[26] que luego se utilizan a menudo para desarrollar ecuaciones de predicción del movimiento del suelo ^[27] (o modelos de movimiento del suelo) [1] .

Herramientas

Los instrumentos sismológicos pueden generar grandes cantidades de datos. Los sistemas para procesar dichos datos incluyen:

• CUSP (procesamiento sísmico Caltech-USGS) ^[28]
• Software sísmico RadExPro
• SeisComP3 ^[29]

Sismólogos notables

• Aki, Keiiti
• Ambraseys, Nicolás
• Anderson, Don L.
• Bolt, Bruce
• Claerbout, Jon
• Dziewonski, Adam Marian
• Ewing, Maurice
• Galitzine, Boris Borisovich
• Gamburtsev, Grigory A.
• Gutenberg, Beno
• Hough, Susan
• Jeffreys, Harold
• Jones, Lucy
• Kanamori, Hiroo
• Keilis-Borok, Vladimir
• Imitación, Leon
• Lehmann, Inge
• Mazo, Robert
• Mercalli, Giuseppe
• Milne, John
• Mohorovičić, Andrija
• Oldham, Richard Dixon
• Omori, Fusakichi
• Sebastião de Melo, marqués de Pombal
• Prensa, Frank
• Richards, Paul G.
• Richter, Charles Francis
• Sekiya, Seikei
• Sieh, Kerry
• Paul G. Silver
• Stein, Ross
• Tucker, Brian
• Vidale, John
• Wen, Lianxing
• Winthrop, John
• Zhang Heng

Ver también

• Astrosismología  - Estudio de oscilaciones en estrellas (terremotos)
• Criosísmo
• Geología de ingeniería  : aplicación de la geología a la práctica de la ingeniería
• Temblor armónico
• Heliosismología
• Consorcio IRIS
• Mapa isoseismal
• Inversión sísmica lineal  : interpretación de datos sísmicos utilizando un modelo lineal
• Sismología lunar  - Estudio de los movimientos terrestres de la Luna
• Marsquake
• Terremoto (fenómeno natural)  : temblor de la superficie de los cuerpos interestelares en general
• Interferometría sísmica
• Carga sísmica
• Migración sísmica
• Ruido sísmico
• Análisis de desempeño sísmico
• Sismita  - Sedimento / estructura sacudida sísmicamente
• Sismo-electromagnetismo
• Sismotectónica

Notas

1. Needham, Joseph (1959). Ciencia y Civilización en China, Volumen 3: Matemáticas y Ciencias de los Cielos y la Tierra . Cambridge: Cambridge University Press. págs. 626–635. Bibcode : 1959scc3.book ..... N .
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Referencias

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enlaces externos

• Centro Sismológico Europeo-Mediterráneo , sitio web de información sísmica en tiempo real.
• Sociedad Sismológica de América .
• Instituciones de investigación incorporadas para la sismología .
• Programa de Riesgos de Terremotos del USGS .
• Una breve historia de la sismología hasta 1910 (UCSB ERI)