La sismología ( / s aɪ z ˈ m ɒ l ə dʒ i , s aɪ s -/ ; del griego antiguo σεισμός ( seismós ) que significa " terremoto " y -λογία ( -logía ) que significa "estudio de") es el estudio científico de los terremotos. (o en general, terremotos ) y la generación y propagación de ondas elásticas a través de la Tierra u otros cuerpos planetarios . También incluye estudios de los efectos ambientales de terremotos como tsunamis , así como de diversas fuentes sísmicas como microsismo volcánico, tectónico, glacial, fluvial , oceánico , atmosférico y procesos artificiales como explosiones y actividades humanas . Un campo relacionado que utiliza la geología para inferir información sobre terremotos pasados es la paleosismología . Un registro del movimiento de la Tierra en función del tiempo, creado por un sismógrafo, se llama sismograma . Un sismólogo es un científico que trabaja en sismología básica o aplicada.
El interés de los académicos por 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 el año 132 d.C., 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 eran causados por el movimiento del fuego dentro de un sistema de canales dentro de la Tierra. Martin Lister (1638-1712) y Nicolas Lemery (1645-1715) propusieron que los terremotos eran 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 una intensificación de los intentos científicos por 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 roca en movimiento a kilómetros de profundidad". [5]
En respuesta a una serie de terremotos cerca de Comrie en Escocia en 1839, se formó un comité en el Reino Unido para desarrollar mejores métodos de detección de terremotos. El resultado de esto fue la producción de uno de los primeros sismómetros modernos por James David Forbes , presentado por primera vez en un informe de David Milne-Home en 1842. [6] Este sismómetro era un péndulo invertido, que registraba las mediciones de la actividad sísmica a través de el uso de un lápiz colocado sobre un papel encima del péndulo. Los diseños proporcionados no resultaron eficaces, según informa Milne. [6]
A partir de 1857, Robert Mallet sentó las bases de la sismología instrumental moderna y llevó a cabo experimentos sismológicos con explosivos. También es responsable de acuñar la palabra "sismología". [7]
En 1897, los cálculos teóricos de Emil Wiechert le llevaron a concluir que el interior de la Tierra está formado por un manto de silicatos que rodea un núcleo de hierro. [8]
En 1906, Richard Dixon Oldham identificó en sismogramas la llegada separada de ondas P , ondas S y ondas superficiales y encontró la primera evidencia clara de que la Tierra tiene un núcleo central. [9]
En 1909, Andrija Mohorovičić , uno de los fundadores de la sismología moderna, [10] [11] [12] descubrió y definió la discontinuidad de Mohorovičić . [ 13] Generalmente conocida como "discontinuidad de Moho" o " Moho ", es el límite entre la corteza terrestre y el manto . Se define por el cambio distintivo en la velocidad de las ondas sismológicas a medida que pasan a través de densidades cambiantes de roca. [14]
En 1910, después de estudiar el terremoto de San Francisco de abril de 1906 , Harry Fielding Reid propuso la " teoría del rebote elástico " que sigue siendo la base de los estudios tectónicos modernos. El desarrollo de esta teoría dependió del progreso considerable de corrientes de trabajo independientes anteriores sobre el comportamiento de los materiales elásticos y en matemáticas. [15]
Uno de los primeros estudios científicos sobre las réplicas de un terremoto destructivo se produjo después del terremoto de Xalapa de enero de 1920 . Un sismógrafo Wiechert de 80 kg (180 lb) fue llevado por ferrocarril a la ciudad mexicana de Xalapa después del terremoto. El instrumento fue desplegado para registrar sus réplicas. Los datos del sismógrafo eventualmente determinarían que el sismo principal se produjo a lo largo de una falla de la corteza poco profunda. [dieciséis]
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. [17]
En 1937, Inge Lehmann determinó que dentro del núcleo externo líquido de la Tierra hay un núcleo interno sólido . [18]
En la década de 1960, las ciencias de la Tierra se habían desarrollado hasta el punto en que una teoría integral 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 . [ cita necesaria ]
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.
Hay dos tipos de ondas corporales, las ondas de presión u ondas primarias (ondas P) y las ondas de corte u 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 sólo viajan en sólidos. [19]
Las ondas superficiales son el resultado de la interacción de las ondas P y S 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 tanto de compresión como de corte, y las ondas de Love , que son puramente de corte. Las ondas de Rayleigh resultan de la interacción de ondas P y ondas S polarizadas verticalmente con la superficie y pueden existir en cualquier medio sólido. Las ondas de amor se forman a partir de ondas S polarizadas horizontalmente que interactúan con la superficie y sólo pueden existir si hay un cambio en las propiedades elásticas con la profundidad en un medio sólido, lo que siempre ocurre en las aplicaciones sismológicas. Las ondas superficiales viajan más lentamente que las ondas P y S porque son el resultado de que estas ondas viajan por caminos indirectos para interactuar con la superficie de la Tierra. Debido a que viajan a lo largo de la superficie de la Tierra, su energía decae menos rápidamente que las ondas corporales (1/distancia 2 versus 1/distancia 3 ) y, por lo tanto, la sacudida causada por las ondas superficiales es generalmente más fuerte que la de las ondas corporales, y la Por lo tanto, las ondas superficiales primarias suelen ser 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 en el caso de fuentes sísmicas profundas. [19]
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. [19] Las primeras observaciones de los modos normales se realizaron en la década de 1960, cuando la llegada 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 impuesto algunas de las limitaciones más fuertes sobre la estructura profunda de la Tierra.
Uno de los primeros intentos de estudio científico de los terremotos siguió al terremoto de Lisboa de 1755. Otros terremotos notables que impulsaron importantes avances en la ciencia de la sismología incluyen el terremoto de Basílicata de 1857 , el terremoto de San Francisco de 1906, el terremoto de Alaska de 1964 , el terremoto de Sumatra-Andamán de 2004 y el Gran Terremoto del Este de Japón de 2011 .
Las ondas sísmicas producidas por explosiones o fuentes vibratorias controladas son uno de los principales métodos 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 sido 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 utilizando mapas sísmicos del petróleo. exploración . [20]
Los sismómetros son sensores que detectan y registran el movimiento de la Tierra provocado por ondas elásticas. Los sismómetros pueden instalarse en la superficie de la Tierra, en bóvedas poco profundas, en pozos 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 rápida localización de los terremotos hace posible las alertas de tsunami porque las ondas sísmicas viajan considerablemente más rápido que las ondas de tsunami. Los sismómetros también registran señales de fuentes no sísmicas que van desde explosiones (nucleares y químicas), pasando por ruidos locales del viento [21] o actividades antropogénicas, hasta señales incesantes generadas en el fondo del océano y las costas inducidas por las olas del océano (el microsismo global ). a eventos criosféricos asociados con grandes icebergs y glaciares. Los sismógrafos han registrado impactos de meteoritos sobre el océano con energías de hasta 4,2 × 10 13 J (equivalente a la liberada por una explosión de diez kilotones de TNT), al igual que una serie de accidentes industriales y bombas y acontecimientos terroristas (un campo de estudio denominado sismología forense ). Una motivación importante a largo plazo para la vigilancia sismográfica mundial ha sido la detección y el estudio de los ensayos nucleares .
Debido a que las ondas sísmicas comúnmente se propagan eficientemente cuando 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 provoca 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 las lecturas de muchos sismómetros mediante tomografía sísmica , los sismólogos han cartografiado el manto de la Tierra con 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 . [22]
Pronosticar el momento probable, la ubicación, la 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 eficaces para predicciones precisas de terremotos, incluido el método VAN . La mayoría de los sismólogos no creen que todavía se haya desarrollado un sistema que proporcione advertencias oportunas para terremotos individuales, y muchos creen que es poco probable que dicho sistema proporcione advertencias útiles sobre eventos sísmicos inminentes. Sin embargo, los pronósticos más generales predicen habitualmente el peligro sísmico . Dichos pronósticos estiman la probabilidad de que un terremoto de un tamaño particular afecte a una ubicación particular dentro de un lapso de tiempo particular, y se utilizan de manera rutinaria en ingeniería sísmica .
La controversia pública sobre la predicción del terremoto estalló después de que las autoridades italianas acusaran a seis sismólogos y a 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 provocado 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 celebrada en L'Aquila la semana anterior al terremoto, los científicos y funcionarios estaban más interesados en pacificar a la población que en proporcionar información adecuada sobre el riesgo y la preparación ante terremotos. [23]
La sismología de ingeniería es el estudio y la aplicación de la sismología con fines de ingeniería. [24] Generalmente se aplica a la rama de la sismología que se ocupa de la evaluación del peligro sísmico de un sitio o región para los fines de la ingeniería sísmica. Se trata, por tanto, de un vínculo entre las ciencias de la tierra y la ingeniería civil . [25] Hay dos componentes principales de la sismología de ingeniería. En primer lugar, estudiar la historia de los terremotos (p.ej. catálogos históricos [25] e instrumentales [26] de sismicidad) y tectónica [27] 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 las sacudidas esperadas en futuros terremotos de características similares. Estos fuertes movimientos del suelo podrían ser observaciones de acelerómetros o sismómetros o aquellos simulados por computadoras utilizando diversas técnicas, [28] que luego se utilizan a menudo para desarrollar ecuaciones de predicción del movimiento del suelo [29] (o modelos de movimiento del suelo)[1].
Los instrumentos sismológicos pueden generar grandes cantidades de datos. Los sistemas para procesar dichos datos incluyen:
El sistema CUSP (Procesamiento sísmico Caltech-USGS) consta de rutinas en línea de adquisición de datos de formas de onda de terremotos en tiempo real, junto con un conjunto fuera de línea de procesos de archivo, sincronización y reducción de datos. Es un sistema completo para el procesamiento de datos de terremotos locales...
