11.3: Medición de sismos
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Hay dos formas principales de medir los sismos. El primero de ellos es una estimación de la energía liberada, y el valor se conoce como magnitud. Este es el número que suele utilizar la prensa cuando ocurre un gran terremoto. A menudo se le conoce como “magnitud Richter”, pero ese es un nombre inapropiado, y debería ser solo “magnitud”. Hay muchas formas de medir la magnitud, incluido el método de Charles Richter desarrollado en 1935, pero todas son formas de estimar el mismo número, que es proporcional a la cantidad de energía liberada.
La otra forma de evaluar el impacto de un sismo es evaluar qué sintió la gente y cuánto daño se hizo. Esto se conoce como intensidad. Los valores de intensidad se asignan a ubicaciones, más que al sismo en sí, y por lo tanto la intensidad puede variar ampliamente, dependiendo de la proximidad al sismo y los tipos de materiales debajo y las condiciones locales.
Magnitud del terremoto
Antes de mirar más de cerca la magnitud necesitamos revisar lo que sabemos sobre las ondas corporales, y mirar las ondas superficiales. Las ondas corporales son de dos tipos, ondas P u ondas primarias o de compresión (como la compresión de las espiras de un resorte), y ondas S, u ondas secundarias o cortantes (como el movimiento de una cuerda). Un ejemplo de registros de ondas sísmicas P y S se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\). Se etiquetan los parámetros críticos para la medición de la magnitud, incluyendo el intervalo de tiempo entre la llegada de las ondas P y S, que se utiliza para determinar la distancia desde el sismo hasta la estación sísmica, y la amplitud de las ondas S, que se utiliza para estimar la magnitud del terremoto.
Cuando las ondas corporales (P o S) alcanzan la superficie de la Tierra, parte de su energía se transforma en ondas superficiales, de las cuales hay dos tipos principales, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\). Las ondas de Rayleigh se caracterizan por el movimiento vertical de la superficie del suelo, como las olas sobre el agua, mientras que las ondas de Amor se caracterizan por el movimiento horizontal. Tanto las ondas Rayleigh como las Love son aproximadamente 10% más lentas que las ondas S (por lo que llegan más tarde a una estación sísmica). Las ondas superficiales suelen tener mayores amplitudes que las ondas corporales y causan más daño.
Otros términos importantes para describir sismos son hipocentro (o foco) y epicentro. El hipocentro es la ubicación real de un choque sísmico individual a profundidad en el suelo, y el epicentro es el punto en la superficie terrestre verticalmente por encima del hipocentro (Figura\(\PageIndex{3}\)).
En la Tabla 11.1 se enumeran varios métodos para estimar la magnitud. La magnitud local (ML) fue ampliamente utilizada hasta finales del siglo XX, pero la magnitud de momento (MW) ahora se usa más comúnmente porque da estimaciones más precisas (especialmente con sismos más grandes) y se puede aplicar a sismos a cualquier distancia de un sismómetro. Las magnitudes de onda superficial también se pueden aplicar para medir grandes terremotos distantes.
Debido al creciente tamaño de las ciudades en áreas propensas a terremotos (por ejemplo, China, Japón, California) y la creciente sofisticación de la infraestructura, se está volviendo importante tener alertas muy rápidas y estimaciones de magnitud de sismos que ya han ocurrido. Esto se puede lograr usando datos de onda P para determinar la magnitud porque las ondas P llegan primero a las estaciones sísmicas, en muchos casos varios segundos por delante de las ondas S y las ondas superficiales más dañinas. Los operadores de redes eléctricas, tuberías, trenes y otra infraestructura pueden usar la información para apagar automáticamente los sistemas de manera que se puedan limitar los daños y las bajas.
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| Tipo | Gama M | Dist. Rango | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Local o Richter (M L) | 2 a 6 | 0 a 400 kilómetros | La relación de magnitud original definida en 1935 por Richter y Gutenberg. Se basa en la amplitud máxima de las ondas S registradas en un sismógrafo de torsión Wood‑Anderson. Los valores de ML se pueden calcular utilizando datos de instrumentos modernos. L significa local porque sólo se aplica a sismos relativamente cercanos a la estación sísmica. |
| Momento (M W) | Mayor a 3.5 | Todos | Basado en el momento sísmico del sismo, que es igual a la cantidad promedio de desplazamiento en la falla multiplicada por el área de falla que se deslizó. También se puede estimar a partir de datos sísmicos si el sismómetro está sintonizado para detectar ondas corporales de largo período. |
| Onda superficial (M S) | 5 a 8 | 20 a 180° | Una magnitud para sismos distantes basada en la amplitud de las ondas superficiales medida en un periodo cercano a los 20 segundos. |
| Onda P | 2 a 8 | Local | Basado en la amplitud de las ondas P. Esta técnica se está utilizando cada vez más para proporcionar estimaciones de magnitud muy rápidas para que se puedan enviar alertas tempranas a los operadores de servicios públicos y de transporte para apagar los equipos antes de que lleguen las ondas S y las olas superficiales más grandes (pero más lentas). |
Utilice esta herramienta de cálculo de magnitud de momento para estimar la magnitud del momento en función de los valores aproximados de longitud, anchura y desplazamiento proporcionados en la siguiente tabla:
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| Longitud (kilómetros) | Ancho (kilómetros) | Desplazamiento (metros) | Terremoto | MW? |
|---|---|---|---|---|
| 60 | 15 | 4 | El terremoto de la isla de Vancouver en 1946 | |
| 0.4 | 0.2 | .5 | El pequeño terremoto de la isla de Vancouver mostrado en la Figura\(\PageIndex{1}\) | |
| 20 | 8 | 4 | El terremoto de Nisqually de 2001 descrito en el Ejercicio 11.3 | |
| 1,100 | 120 | 10 | El terremoto del Océano Índico de 2004 | |
| 30 | 11 | 4 | El terremoto de Haití de 2010 | |
El sismo más grande registrado tuvo una magnitud de 9.5. ¿Podría haber un 10? Puedes responder esa pregunta usando esta herramienta. Consulta qué números se necesitan para hacer MW = 10. ¿Son razonables?
Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 11.2 respuestas.
La escala de magnitud es logarítmica; de hecho, la cantidad de energía liberada por un sismo de M4 es 32 veces mayor que la liberada por uno de M3, y esta relación se aplica a todos los intervalos en la escala. Si asignamos un nivel de energía arbitrario de 1 unidad a un sismo M1 la energía para terremotos de hasta M8 será como se muestra en la siguiente tabla:
| Magnitud | Energía |
|---|---|
| 1 | 1 |
| 2 | 32 |
| 3 | 1,024 |
| 4 | 32,768 |
| 5 | 1,048,576 |
| 6 | 33,554,432 |
| 7 | 1,073,741,824 |
| 8 | 34,359,738,368 |
En un año determinado, cuando hay un gran terremoto en la Tierra (M8 o M9), la cantidad de energía liberada por ese evento probablemente superará la energía liberada por todos los eventos sísmicos más pequeños combinados.
Intensidad sísmica
La intensidad del temblor sísmico en cualquier lugar está determinada no sólo por la magnitud del sismo y su distancia, sino también por el tipo de roca subyacente o materiales no consolidados. Si los edificios están presentes, el tamaño y el tipo de edificios (y sus vibraciones naturales inherentes) también son importantes.
Las escalas de intensidad fueron utilizadas por primera vez a finales del siglo XIX, y luego adaptadas a principios del siglo XX por Giuseppe Mercalli y modificadas posteriormente por otros para formar lo que sabemos llamar la escala de intensidad de Mercalli modificada (Cuadro 11.4). Las estimaciones de intensidad son importantes porque nos permiten caracterizar partes de cualquier región en áreas que son especialmente propensas a fuertes sacudidas versus aquellas que no lo son. El factor clave en este sentido es la naturaleza de los materiales geológicos subyacentes, y cuanto más débiles sean esos, más probable es que haya fuertes sacudidas. Las áreas sustentadas por un sólido lecho rocoso tienden a experimentar mucho menos temblores que las sustentadas por sedimentos de ríos o lagos no consolidados.
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| Nivel de intensidad | Descripción |
|---|---|
| No se sentía (1) | No se sentía excepto por muy pocos en condiciones especialmente favorables |
| Débil (2) | Sentido solo por unas pocas personas en reposo, especialmente en pisos superiores de edificios |
| Débil (3) | Se sintió bastante notablemente por personas en interiores, especialmente en pisos superiores de edificios; muchas personas no lo reconocen como un terremoto; los autos de motor de pie pueden mecerse ligeramente; vibraciones similares al paso de un camión; duración estimada |
| Luz (4) | Se sintió en el interior por muchos, al aire libre por pocos durante el día; por la noche, algunos despertaron; platos, ventanas, puertas perturbadas; paredes hacen un sonido de agrietamiento; sensación como camión pesado golpeando edificio; autos de motor de pie se balancearon notablemente |
| Moderado (5) | Sentido por casi todos; muchos despiertos; algunos platos, ventanas rotas; objetos inestables volcados; los relojes de péndulo pueden detenerse |
| Fuerte (6) | Sentido por todos, muchos asustados; algunos muebles pesados movidos; algunos casos de yeso caído; daños leves |
| Muy Fuerte (7) | Daños insignificantes en edificios de buen diseño y construcción; leves a moderados en estructuras ordinarias bien construidas; daños considerables en estructuras mal construidas o mal diseñadas; algunas chimeneas rotas |
| Grave (8) | Daños leves en estructuras especialmente diseñadas; daños considerables en edificios ordinarios sustanciales con colapso parcial; daños grandes en estructuras mal construidas; caída de chimeneas, pilas de fábricas, columnas, monumentos, paredes; muebles pesados volcados |
| Violento (9) | Daños considerables en estructuras especialmente diseñadas; estructuras de marco bien diseñadas arrojadas fuera de plomada; daños grandes en edificios sustanciales, con colapso parcial; edificios desplazados de cimientos |
| Extremo (10) | Algunas estructuras de madera bien construidas destruidas; la mayoría de las estructuras de mampostería y marco destruidas con cimientos; rieles |
| Extremo (11) | Pocas, si las hay (mampostería), las estructuras permanecen en pie; puentes destruidos; amplias fisuras en el suelo; tuberías subterráneas completamente fuera de servicio; caídas de tierra y resbalones de tierra en terrenos blandos; rieles doblados mucho |
| Extremo (12) | Daño total; olas vistas en superficies del suelo; líneas de visión y nivel distorsionadas; objetos arrojados hacia arriba al aire |
Un ejemplo de este efecto es el sismo M8 de 1985 que azotó la región Michoacán del oeste de México, al suroeste de la Ciudad de México. Hubo relativamente poco daño en la zona alrededor del epicentro, pero hubo un daño tremendo y cerca de 5 mil muertes en la ciudad de México densamente poblada a unos 350 kilómetros del epicentro. La razón clave de esto es que la Ciudad de México se construyó en gran parte sobre el sedimento no consolidado y saturado de agua del antiguo lago Texcoco. Estos sedimentos resuenan a una frecuencia de aproximadamente dos segundos, lo que fue similar a la frecuencia de las ondas corporales que llegaron a la ciudad. Por la misma razón que un poderoso cantante de ópera puede romper una copa de vino cantando la nota correcta, la amplitud de las ondas sísmicas fue amplificada por los sedimentos lacustres. Sobrevivientes del desastre relataron que el suelo en algunas zonas se movió hacia arriba y hacia abajo unos 20 centímetros cada dos segundos durante más de dos minutos. Los daños fueron mayores a edificios de entre 5 y 15 pisos de altura, porque también resonaron alrededor de dos segundos, lo que amplificó el temblor.
Las siguientes observaciones fueron realizadas por residentes de la zona de Nanaimo durante el terremoto de M6.8 Nisqually cerca de Olympia, Washington en 2001. Estimar las intensidades de Mercalli usando el Cuadro 11.4.
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| Tipo de Edificio | Piso | Sacudiendo el fieltro | Cuánto duró (en segundos) | Descripción de Motion | ¿Intensidad? |
|---|---|---|---|---|---|
| Casa | 1 | no | 10 | Escuché un gran estruendo que duró ni siquiera 10 segundos, el espejo se balanceó | |
| Casa | 2 | moderado | 60 | Velas, fotos y CDs en estantería se movieron, toallas se cayeron de bastidores | |
| Casa | 1 | no | Las ollas colgando sobre la estufa se movieron y se estrellaron | ||
| Casa | 1 | débil | Sensación rodante con una parada repentina, imagen se cayó del manto, silla movida | ||
| Departamento | 1 | débil | 10 | Sonaba como un camión grande entonces todo se sacudió por un corto período | |
| Casa | 1 | moderado | 20-30 | Tazas de té sacudieron pero no se cayeron | |
| Institución | 2 | moderado | 15 | Sonidos crujidos, movimiento oscilante de estanterías | |
| Casa | 1 | moderado | 15-30 | Cama golpeando contra la pared conmigo en ella, perro ladrando agresivamente | |
Consulte el Apéndice 3 para el Ejercicio 11.3 respuestas.
En la Figura se muestra un mapa de intensidad para el terremoto M7.3 de la isla de Vancouver de 1946\(\PageIndex{4}\). La intensidad fue mayor en la región insular central donde, en algunas comunidades, se dañaron chimeneas en más del 75% de los edificios, algunas carreteras se hicieron intransitables y se produjo un importante deslizamiento de roca. El terremoto se sintió tan al norte como Prince Rupert, tan al sur como Portland Oregon, y tan al este como las Rockies.
Descripciones de las imágenes
Descripción de la\(\PageIndex{1}\) imagen de la figura: Ondas P y ondas S de un pequeño terremoto (M4) cerca de la isla de Vancouver en 1997. La onda P llegó en 0.7 segundos con una amplitud que varió de negativos 0.7 milímetros por segundo a 1.1 milímetros por segundo y durando hasta la llegada de la onda S. La onda S llegó a 8.7 segundos, con una amplitud mínima de 2.8 milímetros negativos por segundo y una amplitud máxima de 2.7 milímetros por segundo. La amplitud neta de la onda S disminuyó gradualmente en los siguientes 5 segundos. [Volver a la figura\(\PageIndex{1}\)]
Descripción de la\(\PageIndex{4}\) imagen de la figura: Intensidad graduada del terremoto de 1945 M7.3 en la isla de Vancouver basado en la escala de intensidad de Mercalli modificada. El área que rodeó el epicentro del sismo que incluyó el centro de la isla de Vancouver osciló entre una intensidad muy fuerte (7) y severa (8). El siguiente anillo incluyó las partes norte y sur de la isla de Vancouver, así como una parte de la costa terrestre principal incluyendo Vancouver y gran parte de la costa Sunshine una fuerte (6) intensidad. El siguiente anillo, que alcanzó experimentó una intensidad moderada (5), incluyó Seattle y gran parte del interior BC. El anillo más exterior osciló entre la intensidad no sentida (1) y la luz (4). Se sintió tan al norte como el Príncipe Rupert y el extremo sur de Hida Gwaii, al sureste de BC, y tan al sur como el noroeste de Oregón. [Volver a la figura\(\PageIndex{4}\)]
Atribuciones de medios
- Figura\(\PageIndex{1}\): © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{2}\) (izquierda): “Rayleigh Wave”. Adaptado por Steven Earle. Dominio público.
- Figura\(\PageIndex{2}\) (derecha): “Ola de amor” © Nicoguaro. Adaptado por Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{3}\): © Steven Earle. CC POR.
- Figura\(\PageIndex{4}\): “Isla de Vancouver, Columbia Británica 23 de junio de 1946 — Magnitud 7.3,” © National Resources Canada. Se utiliza bajo los términos que permiten la reproducción no comercial. Esta reproducción es una copia de una obra oficial que es publicada por el Gobierno de Canadá. Esta reproducción no ha sido producida en afiliación con, o con el aval del Gobierno de Canadá.