4.7: Diferentes métodos para determinar el intervalo de recurrencia
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¿Por qué el desacuerdo sobre el riesgo sísmico en Nuevo Madrid?
La Zona Sísmica Nueva Madrid presenta un problema difícil. Sabemos que en el pasado han ocurrido grandes sismos. Si hoy sucedieran sismos de esa magnitud, los daños y la recuperación serían difíciles. Aquí está el problema: ¿qué tan grandes fueron en realidad esos sismos históricos? ¿Qué probabilidades hay de que vuelvan a ocurrir? ¿Cómo se debe ponderar el costo de la retroadaptación frente al costo previsto de un gran terremoto? Científicos y formuladores de políticas tienen diferente formación. Los científicos están capacitados para evaluar el intervalo de recurrencia y estimar el movimiento del suelo de eventos hipotéticos, mientras que los formuladores de políticas están capacitados para evaluar problemas normativos (es decir, dado un riesgo sísmico en algún nivel, ¿qué debemos hacer al respecto?)
En los análisis de datos que acabas de completar, te familiarizaste con los catálogos de terremotos, incluyendo sus fortalezas y limitaciones. Practicó mirando diagramas de frecuencia-magnitud y utilizó estos datos para estimar el intervalo de recurrencia para sismos de varios tamaños. De hecho, los datos sismológicos son solo una de las herramientas que los científicos utilizan para estimar el intervalo de recurrencia del terremoto. En la actividad de lectura de la siguiente página, se dividirán en grupos para investigar otros métodos de estudio del NMSZ.
Encuestas geodésicas
En los últimos diez o quince años, los datos satelitales del sistema de posicionamiento global se han convertido en una herramienta invaluable para medir el movimiento de la placa y la acumulación de tensión entre fallas. Estos datos se recopilan mediante la instalación de marcadores geodésicos en el suelo. Luego, los científicos utilizan receptores GPS en los sitios de los marcadores para averiguar sus ubicaciones exactas a partir de los satélites. Con el tiempo, la posición de algunos marcadores puede cambiar entre sí; por ejemplo, los marcadores en lados opuestos de una falla pueden acercarse o alejarse más o estar desplazados lateralmente a medida que pasan los años. Este movimiento se puede utilizar para inferir la tasa de deformación en la corteza. En el caso de la Zona Sísmica Nueva Madrid, las fallas están enterradas, por lo que los datos GPS pueden ayudar a averiguar exactamente dónde están las fallas y determinar la dirección y extensión del movimiento a lo largo de ellas.
Crédito: Jason Philbrook/Wikipedi
Después de varios años de mediciones repetidas, se evalúa el movimiento de los marcadores durante el periodo de tiempo de medición. En los límites de las placas activas, como a lo largo de la falla de San Andrés en la costa oeste de Estados Unidos, se han utilizado estudios geodésicos en conjunto con registros detallados de sismicidad para estimar la acumulación de estrés en fallas y predecir el peligro sísmico. Por ejemplo, se puede colocar un conjunto de marcadores geodésicos alrededor de una falla de interés. Después de muchas mediciones, el movimiento de los marcadores entre sí puede confirmar la sensación de movimiento en la falla, qué tan rápido se mueven las placas a ambos lados de la falla y si la falla en sí está arrastrándose o bloqueada.
Ha habido varias campañas GPS en la última década cuyo propósito ha sido descubrir cuánta tensión se está acumulando en la Zona Sísmica de Nuevo Madrid. Este trabajo ha sido complicado porque las fallas involucradas no están bien mapeadas, por lo que la decisión sobre dónde colocar los marcadores no ha sido sencilla. El debate continúa sobre si las tasas de deformación son altas, lo que plantea un gran riesgo sísmico, o si las tasas de deformación son bajas, lo que plantea un menor riesgo sísmico para la zona.
El siguiente mapa muestra las estaciones GPS actuales que operan en Estados Unidos.
Crédito: NGS
Paleoseismología
Algunas fallas pueden ser excavadas y mapeadas geológicamente para conocer el intervalo de recurrencia para grandes sismos. Este tipo de trabajo a menudo se realiza cavando una zanja grande con una retroexcavadora y luego tratando de fechar cualquier compensación grande que se encuentre. Esta técnica es útil porque los sismos más grandes posibles de fallas incluso bastante activas suelen ocurrir con varios cientos de años de diferencia. (Recuerda el rango de intervalos de recurrencia que estimaste en tu ejercicio de análisis de datos). Simplemente no tenemos registros de sismicidad que se remonten tan lejos en este país. Las fechas de los sismos prehistóricos se pueden estimar utilizando las fechas de los sedimentos que han sido interrumpidos por un sismo o algún poco de material orgánico, como el carbón vegetal, en una capa adyacente que se puede fechar. En la Zona Sísmica de Nuevo Madrid, las compensaciones de arroyos y las evidencias de licuefacción (golpes de arena y diques) causadas por fuertes temblores también son pistas de sismos pasados. Los paleosismólogos utilizan todas estas pistas para tratar de armar una línea de tiempo de intervalo de recurrencia y la magnitud aproximada del terremoto para una falla en particular. Estos datos pueden vincularse con catálogos de sismicidad y estudios geodésicos para obtener una imagen más completa del peligro sísmico.
Crédito: M. Tuttle y Asociados
¡Mira esto!
Para ver la excavación y el mapeo en acción, mira este breve video de Teachers' Domain y NOVA Online sobre el trabajo de Kerry Sieh, paleosismólogo del Observatorio de la Tierra de Singapur (Fue profesor en Caltech cuando hicieron este video).
Video: NOVA: La obra de Kerry Sieh (3:19)
NOVA: La obra de Kerry Sieh
- Haga clic aquí para obtener una transcripción de NOVA: La obra de Kerry Sieh .
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PRESENTADOR: Un joven geólogo llamado Kerry Sieh inició trabajos que conducirían a un nuevo enfoque de la predicción de terremotos basado en el registro prehistórico. La teoría de la tectónica de placas le dijo que la acumulación de tensión a lo largo de la falla era constante. Quizás hubo cierta regularidad en el lanzamiento.
Otro sismo de 10 metros podría ocurrir cuando se hubieran acumulado otros 10 metros de tensión. Kerry necesitaba averiguar la velocidad a la que se estaba acumulando la cepa. Un arroyo que había sido desviado de rumbo por una serie de sismos ofrecía una pista tentadora.
KERRY SIEH: Reconocemos que este canal en un momento fluyó a través de la falla en línea recta, pero ahora se ha desplazado 130 metros. Pero ahora tiene un dogleg en él a lo largo de la falla y luego continúa fluyendo hacia el valle.
PRESENTADOR: Si Kerry pudiera determinar cuánto tiempo hace que el arroyo corría recto por la falla, entonces simplemente dividiendo la distancia que se había movido por el número de años que había tardado, llegaría a la tasa de acumulación de tensión. La historia del lecho de corriente ahora seco se podía leer en la forma en que los sedimentos se habían depositado a lo largo de los siglos.
Una zanja de 12 pies de profundidad ha sido cortada a través de la falla. Se expone un registro sedimentario de los últimos 3,000 años. Cada capa es identificada y marcada. Las roturas en las capas son el resultado de sismos. Finalmente, se recogerán muestras y se fecharán los sismos. Los sismos individuales se pueden identificar con la ayuda de un diagrama, como este realizado en un sitio llamado Pallett Creek.
KERRY SIEH: A medida que los sedimentos se han ido acumulando en los últimos dos milenios, han registrado la historia de la Falla de San Andrés. La razón por la que lo han hecho es que cada cien o un par de cientos de años, la falla de San Andrés rompe e interrumpe estos sedimentos, como puedes ver aquí.
Ahora veamos, por ejemplo, este lugar en particular. Esta capa era la superficie del suelo en 1480 d.C., aproximadamente la época en que Colón estaba descubriendo América. Así que puedes imaginar a un pequeño niño nativo americano parado aquí a unos cuatro pies de altura en este viejo suelo pantanoso y pantanoso. Si hubiera estado parado aquí mismo, lo que habría visto, mirando hacia afuera de esta manera, es que el suelo cae repentinamente y se desplaza de esta manera durante el gran sismo.
Lo que se formó era una escarpa de aproximadamente un pie de altura, o de unos 30 centímetros de altura, aquí. Se puede ver que esta capa se ha desprendido de su continuación por aquí. En los siguientes 100 o 200 o 300 años, estas capas de arena y limo y turba acumularon y enterraron esa falla escarpa completamente. Entonces aquí estamos aquí tenemos un hermoso ejemplo de una escarpa de falla enterrada producida por un sismo paleo, o un antiguo terremoto prehistórico, sobre la época en que Colón estaba poniendo un pie en América del Norte.Crédito: NOVA
Este video se comparte bajo una licencia PBS LearningMedia Educational
PRESENTADOR: Un joven geólogo llamado Kerry Sieh inició trabajos que conducirían a un nuevo enfoque de la predicción de terremotos basado en el registro prehistórico. La teoría de la tectónica de placas le dijo que la acumulación de tensión a lo largo de la falla era constante. Quizás hubo cierta regularidad en el lanzamiento.
Otro sismo de 10 metros podría ocurrir cuando se hubieran acumulado otros 10 metros de tensión. Kerry necesitaba averiguar la velocidad a la que se estaba acumulando la cepa. Un arroyo que había sido desviado de rumbo por una serie de sismos ofrecía una pista tentadora.
KERRY SIEH: Reconocemos que este canal en un momento fluyó a través de la falla en línea recta, pero ahora se ha desplazado 130 metros. Pero ahora tiene un dogleg en él a lo largo de la falla y luego continúa fluyendo hacia el valle.
PRESENTADOR: Si Kerry pudiera determinar cuánto tiempo hace que el arroyo corría recto por la falla, entonces simplemente dividiendo la distancia que se había movido por el número de años que había tardado, llegaría a la tasa de acumulación de tensión. La historia del lecho de corriente ahora seco se podía leer en la forma en que los sedimentos se habían depositado a lo largo de los siglos.
Una zanja de 12 pies de profundidad ha sido cortada a través de la falla. Se expone un registro sedimentario de los últimos 3,000 años. Cada capa es identificada y marcada. Las roturas en las capas son el resultado de sismos. Finalmente, se recogerán muestras y se fecharán los sismos. Los sismos individuales se pueden identificar con la ayuda de un diagrama, como este realizado en un sitio llamado Pallett Creek.
KERRY SIEH: A medida que los sedimentos se han ido acumulando en los últimos dos milenios, han registrado la historia de la Falla de San Andrés. La razón por la que lo han hecho es que cada cien o un par de cientos de años, la falla de San Andrés rompe e interrumpe estos sedimentos, como puedes ver aquí.
Ahora veamos, por ejemplo, este lugar en particular. Esta capa era la superficie del suelo en 1480 d.C., aproximadamente la época en que Colón estaba descubriendo América. Así que puedes imaginar a un pequeño niño nativo americano parado aquí a unos cuatro pies de altura en este viejo suelo pantanoso y pantanoso. Si hubiera estado parado aquí mismo, lo que habría visto, mirando hacia afuera de esta manera, es que el suelo cae repentinamente y se desplaza de esta manera durante el gran sismo.
Lo que se formó era una escarpa de aproximadamente un pie de altura, o de unos 30 centímetros de altura, aquí. Se puede ver que esta capa se ha desprendido de su continuación por aquí. En los siguientes 100 o 200 o 300 años, estas capas de arena y limo y turba acumularon y enterraron esa falla escarpa completamente. Entonces aquí estamos aquí tenemos un hermoso ejemplo de una escarpa de falla enterrada producida por un sismo paleo, o un antiguo terremoto prehistórico, sobre la época en que Colón estaba poniendo un pie en América del Norte.
Crédito: NOVA
Crédito: Universidad de Michigan
Este mapa muestra contornos codificados por colores de la distribución global del flujo de calor en la superficie de la corteza terrestre. También se muestran los límites de las placas principales y los contornos del continente. Los datos fundamentales plasmados en este mapa son las más de 24,000 mediciones de campo tanto en terrenos continentales como oceánicos, complementados con estimaciones del flujo de calor en las regiones no encuestadas. Las estimaciones se basan en valores característicos empíricamente determinados para el flujo de calor en diversos entornos geológicos y tectónicos. Las observaciones del flujo de calor oceánico han sido corregidas por pérdida de calor por circulación hidrotermal a través de la corteza oceánica. El conjunto de datos globales así ensamblado se sometió luego a un análisis armónico esférico. El mapa es una representación del flujo de calor en grado armónico esférico y orden 12.
¿Qué tiene esto que ver con la Zona Sísmica de Nuevo Madrid? Al mirar el mapa de arriba, se puede ver que la cantidad de calor que fluye fuera de la Tierra no es uniforme sobre la superficie del planeta. Algunas áreas tienen un flujo de calor mucho mayor que otras y estas áreas suelen estar asociadas con la actividad tectónica como el vulcanismo y los límites de las placas. Por ejemplo, los límites de la placa norteamericana, la cordillera del Atlántico Medio y el sistema de fallas de San Andrés, ambos aparecen como lugares “cálidos” en este mapa. Se han realizado mediciones de flujo de calor en la Zona Sísmica de Nuevo Madrid para ver si se trata de un área de flujo de calor alto en comparación con lo que se esperaría para el interior de un continente. (La sabiduría geofísica convencional sostiene que el interior de los continentes debe ser viejo, frío y estable). Si el flujo de calor es mayor de lo esperado, esto sería evidencia de por qué ocurren los sismos en esta zona. Esto sigue siendo un punto de contención científica. Encuestas anteriores concluyeron que el flujo de calor era alto en el NMSZ, pero los estudios más recientes no están de acuerdo con esos hallazgos anteriores.
El siguiente mapa proviene de la Base de Datos Global de Flujo de Calor, de la Universidad de Dakota del Norte. Tienen mapas de flujo de calor y archivos de datos para todas las diferentes partes del mundo. Este mapa en particular muestra datos de pozos para Estados Unidos. Los colores cálidos denotan un flujo de calor más alto que los colores fríos (ver la leyenda, que muestra milivatios por metro cuadrado valores codificados por colores). Observe que este mapa se ve diferente al mapa global anterior. Se ve diferente porque muestra mediciones exactas de pozo en lugar de valores suavizados que se han interpolado en todo el mapa. ¿Dónde está el flujo de calor más alto? ¿Dónde está más bajo? Compara este mapa con el mapa de arriba para ver si son consistentes para EU.
Crédito: La Comisión Internacional de Flujo de Calor