En sismología , un microsismo se define como un leve temblor de tierra provocado por fenómenos naturales. [1] [2] A veces denominado "zumbido", [3] no debe confundirse con el fenómeno acústico anómalo del mismo nombre . El término se utiliza más comúnmente para referirse a las señales de ruido electromagnético y sísmico de fondo dominantes en la Tierra, que son causadas por las ondas de agua en los océanos y lagos. [4] [5] [6] [7] [8] Bhatt analiza las características del microsismo. [8] Debido a que las oscilaciones de las olas del océano son estadísticamente homogéneas durante varias horas, la señal de microsismo es una oscilación continua del suelo durante mucho tiempo. [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 ondas sísmicas es muy débil, la amplitud de los movimientos del suelo asociados a los microsismos generalmente no supera los 10 micrómetros.
Como se señaló al principio de la historia de la sismología, [10] los microsismos se detectan y miden muy bien mediante un sismógrafo de período largo . Esta señal se puede registrar en cualquier lugar de la Tierra.
Las señales de microsismo dominantes de los océanos están vinculadas a períodos característicos de oleaje oceánico y, por lo tanto, ocurren entre aproximadamente 4 y 30 segundos. [11] El ruido microsísmico suele presentar dos picos predominantes. El más débil es para los períodos más largos, típicamente cercanos a los 16 s, y puede explicarse por el efecto de las ondas de gravedad superficiales en aguas poco profundas. Estos microsismos tienen el mismo periodo 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 (la 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 la denomina "zumbido de la Tierra". [12] Para períodos de hasta 300 s, el desplazamiento vertical corresponde a ondas de Rayleigh generadas como los microsismos primarios, con la diferencia de que involucra la interacción de ondas de infragravedad con la topografía del fondo del océano. [13] Las fuentes dominantes de este componente de zumbido vertical probablemente estén ubicadas 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 . Puede utilizarse para estimar las propiedades de las olas oceánicas y su variación, en escalas de tiempo de eventos individuales (desde unas pocas horas hasta unos pocos días) hasta su evolución estacional o multidecenal. Sin embargo, el uso de estas señales requiere una comprensión básica de los procesos de generación de microsismos.
Los detalles del mecanismo primario fueron dados por primera vez por Klaus Hasselmann [ 5] con una expresión simple de la fuente del microsismo 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 microsismo observadas, y esto no es realista. En cambio, las características topográficas del fondo a pequeña escala no necesitan ser tan pronunciadas, y la generación de microsismos primarios es más probable que sea un caso particular de un proceso de interacción onda-ola en el que una onda está 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. [14]
Para una topografía realista del fondo marino, que tiene un amplio espectro espacial, las ondas sísmicas se generan con todas las longitudes de onda y en todas las direcciones. Debido a que las presiones dinámicas de las olas del océano disminuyen exponencialmente con la profundidad, el mecanismo primario de fuente de microsismo está restringido a regiones menos profundas del océano mundial (por ejemplo, menos de varios cientos de metros para una energía de onda de 14 a 20 s).
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 como resultado los conjuntos habituales de ondas que viajan a la velocidad del grupo, que es más lenta que la velocidad de fase de las ondas del agua (ver animación). Para las olas oceánicas típicas con un período de alrededor de 10 segundos, la velocidad de este grupo es cercana a los 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 ) siendo 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 número de ondas), 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 equivale, en primer orden , 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, lo que importa no es la amplitud de los trenes de ondas individuales (líneas rojas y negras en las figuras), sino la amplitud de la suma, los grupos de ondas (línea azul en las figuras).
Las olas del océano 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, como las ondas sísmicas son mucho más rápidas que las ondas del agua, la fuente del ruido sísmico es isotrópica: se irradia la misma cantidad de energía en todas direcciones. En la práctica, la fuente de energía sísmica es más fuerte cuando hay una cantidad significativa de energía de las olas que viaja en direcciones opuestas. Esto ocurre cuando el oleaje de una tormenta se encuentra con olas del mismo período de otra tormenta, [6] o cerca de la costa debido al reflejo costero.
Dependiendo del contexto geológico, el ruido registrado por una estación sísmica en tierra puede ser representativo del estado del mar cerca de la estación (a unos pocos cientos de kilómetros, por ejemplo en el centro de California), o de una cuenca oceánica completa (por ejemplo, en Hawaii). ). [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 del grupo y la transferencia de energía de las ondas del agua superficial a las ondas de Rayleigh. La generación de ondas Love de microsismo secundario implica la conversión de modo mediante batimetría no plana y, internamente, a través de la homogeneidad de la velocidad de las ondas sísmicas dentro de la Tierra. [15]
La variación estacional de los microsismos ofrece información valiosa sobre la dinámica de los procesos de la superficie y el subsuelo de la Tierra. Los microsismos observables a nivel mundial son generados por las olas del océano. Los cambios estacionales en las condiciones oceánicas y atmosféricas, como la altura de las olas, la actividad de las tormentas y los patrones del viento, contribuyen a las variaciones observadas en la intensidad y el contenido de frecuencia del microsismo. Por ejemplo, durante los inviernos de los hemisferios norte y sur, la actividad de las tormentas y la energía de las olas son en promedio mayores en los hemisferios invernales correspondientes y las señales de microsismo se vuelven más pronunciadas. Por el contrario, durante los veranos hemisféricos, cuando las condiciones oceánicas y atmosféricas son relativamente más tranquilas, la señal de microsismo exhibe su intensidad anual más baja. Al estudiar la variación estacional de los microsismos, los investigadores pueden comprender mejor los procesos físicos subyacentes y su influencia en los sistemas dinámicos de la Tierra. [16] Debido a que son impulsadas por la energía de las olas del océano, las señales de microsismo alrededor de la Tierra también muestran grandes variaciones a escala espacial que reflejan la energía de las olas promedio en grandes extensiones de los océanos globales.
Estudios a escala decenal han demostrado que la energía del microsismo está creciendo a medida que las tormentas globales y sus olas asociadas aumentan en intensidad [17] debido al aumento de las temperaturas en los océanos y la atmósfera atribuido al calentamiento global antropogénico [18] [19] [20]
Los microsismos de ondas corporales son un tipo de onda sísmica que se propaga por el interior de la Tierra, a diferencia de las ondas superficiales. Estos microsismos son generados por diversas fuentes, incluidas las fluctuaciones de la presión atmosférica, las interacciones oceánicas y las actividades antropogénicas. A diferencia de las ondas superficiales, que viajan predominantemente a lo largo de la superficie de la Tierra, los microsismos de ondas corporales se propagan a través de las capas más profundas de la Tierra. Se han informado variaciones estacionales en el ruido de las ondas corporales, consistentes con diferencias en la actividad de las tormentas entre el hemisferio norte y sur. [21]
