Francisco Javier Barba Regidor

2013Origen de la figura:

http://www.elmensajero.cl/

IntroducciónCada día: hay alrededor de 50 terremotos lo suficientemente fuertes como para ser sentidos localmente por la población: algunos de ellos producen ondas sísmicas que se pueden detectar y medir con instrumentos sensibles en cualquier lugar de la Tierra.Cada pocos días: hay un terremoto lo suficientemente fuerte como para dañar estructuras.

¿Qué es la Sismología?Es el estudio científico de las ondas sísmicas producidas por los terremotos.Objetivos científicos y prácticos de la SismologíaConocer la estructura de la Tierra (es imposible observar directamente las partes profundas del planeta) y la física de los terremotos.Hacer más seguro el entorno modificado por el hombre.

Las etapas de la historia de la sismología

La Sismología en una ciencia joven, con sólo 150 años de edad.Antes de que comenzaran los estudios científicos, las ideas sobre terremotos se basaron en gran parte mitos y supersticiones.En el desarrollo de la historia de la Sismología se destacan las siguientes etapas.

Comienzos del siglo XIXLa teoría de la propagación de ondas elásticas en materiales sólidos es desarrollada por Cauchy, Poisson, Stokes, Rayleigh y otros. Estos autores describen los cuerpos de ondas primarias y secundarias (ondas P y S) y los de las ondas superficiales.

De izquierda a derecha y de arriba abajo: Cauchy, Poisson,

Stokes y Rayleigh.

1857R. Mallet, ingeniero irlandés, viaja a Italia para estudiar los daños ocasionados por un terremoto cerca de Nápoles.Su trabajo es considerado generalmente como el primer intento serio de una sismología observacional.Sus contribuciones:• Las ondas de los terremotos irradian desde un punto central o

foco.• Los terremotos pueden ser localizados mediante la proyección

de estas ondas hacia atrás, hacia la fuente.• Los observatorios deberían ser instalados para monitorizar los

terremotos.

1875

F. Cecci construye en Italia el primer sismógrafo de registro de tiempos de llegada (arriba, ejemplo del registro obtenido en Moncalieri, Italia, el 23 febrerode 1887; imagen de: http://inventors.about.com/od/weirdmuseums).Posteriormente, científicos británicos desarrollan en Japón instrumentos de mayor calidad. Estos primeros instrumentos perdían la amortiguación y por lo tanto daban mediciones inexactas tras los primeros ciclos de agitación.

1897 (1)Se instala el primer sismógrafo en Estados Unidos en el Observatorio Lick, cerca de San José, California.Este instrumento recogerá el terremoto de San Francisco en 1906.

Imagen de las secuelas del terremoto de San Francisco (1906) en la Avenida Van Ness .

Tomada de http://www.jbmonaco.com/earthquake/21_st

reet_van_ness.html

1897 (2)E. Wiechertdesarrolla el primer sismómetro con amortiguación viscosa, capaz de producir un registro útil de la duración completa de los temblores de tierra.

A la izquierda, Emil Wiechert (http://verplant.org/history‐geophysics/Wiechert.htm).

A la derecha, sismógrafo horizontal de Wiechert, de 1200 kilos 1910 (http://sismoclub2011‐

1.wikispaces.com/Tipos+de+Sismografos)

Comienzos del siglo XXB.B. Galitzen desarrolla el primer sismógrafo electromagnético, en el cual, el movimiento del péndulo genera una corriente eléctrica en una bobina y establece una red de estaciones sísmicas en Rusia.El nuevo diseño resulta ser mucho más preciso y fiable que los instrumentos mecánicos anteriores; todos los sismógrafos modernos son electromagnéticos.

Sismómetro electromagnético ruso tipo Galizten. Imagen de

http://sismicidad.wikispaces.com/Tipos+de+sismografos

1906El ingeniero norteamericano H.F. Reid estudia líneas de deformación progresiva a través de la falla de San Andrés medidas antes y después del terremoto de 1906 en San Francisco.A partir de los datos recogidos, propone la teoría del "rebote elástico“ para explicar el origen de los terremotos.Según este modelo, la energía elástica acumulada es liberada súbitamente por deslizamiento en la falla.

Explicación de la teoría del “rebote elástico”. Imagen

procedente de dc373.4shared.com

1900‐1910Se dispone ya de sismogramas de muchos terremotos registrados amuchas distancias.R. Oldham identifica las ondas P, las ondas S, y las ondas de superficie, y consigue detectar el núcleo líquido de la Tierra por la ausencia de las ondas directas a ciertas distancias.A. Mohorovicic identifica el límite entre la corteza y el manto de la Tierra (Moho).Zöppritz publica las primeras tablas de tiempo de viaje que se vienen utilizando.

1914Beno Gutenberg publica las tablas de tiempo que incluyen las fases del núcleo (ondas sísmicas que penetran o se reflejan en el núcleo), y calcula con precisión la profundidad a que se encuentra el núcleo líquido (2900 km.).

Fotografía de B. Gutenberg. Procedente de http://www.fotosimagene

s.org/beno‐gutenberg

Gráfica que muestra la variación de la velocidad de las ondas P y S y que marcan la posición del límite Manto‐Núcleo (discontinuidad de Gutenberg). Imagen de http://geofrik.wordpress.com/

Década de 1920Se desarrollan en los Estados Unidos métodos de estudio sísmicos utilizando explosiones y otras fuentes artificiales para la exploración de petróleo y otros recursos en la corteza superficial.Posteriormente, en la década de los 50 se desarrollan métodos de rastreo de apilamientos con reducción de ruido.Equipos Vibroseis (figura lateral).

Varios camiones como los de la figura emiten simultáneamente ondas que penetran en el

terreno, en puntos previamente marcados por topógrafos. Fuente:

http://www.diariodeleon.es/

1935C. Richter propone una escala de magnitud para especificar el tamaño de los terremotos en el sur de California.La escala de Richter es logarítmica y permite medir convenientemente una amplia gama de tamaños de terremotos.Aunque fue definida para una región específica, un rango específico de distancia, un determinado tipo y periodo de onda y un instrumento concreto, la idea se adapta rápidamente a otras casuísticas.Los sismos sentidos más pequeños son de magnitud 3, mientras que son más raros los grandes terremotos de magnitud 8 a 9.

Charles F. Richter (1900‐1985)

A la izquierda, fotografía de C.F. Richter, procedente de http://es.wikipedia.org/wiki/Charles_Francis_Richter.

A la derecha, esquema de la escala de magnitudes sísmicas o de Richter, comparada con algunas catástrofes famosas y con la energía liberada por explosiones. Tomada de

http://www.edu4hazards.org/when_earthquake_it.html

1936Inge Lehmann descubre el núcleo interno sólido.

Ejemplos de registros de ondas conseguidos en 1936 y modelo simple estructura terrestre utilizada en su argumentación de un núcleo interno sólido. Las

primeras observaciones sismológicas mostraron una zona de sombra en la llegada de las ondas P. Figura del

artículo de Bruce Bolt sobre la geofísica (http://www.physics.ucla.edu/~cwp/articles/bolt.html)

Fotografía de I. Lehmann.

De http://www.hypatiamaze.org/portraits/ga

llery2.html

1940H. Jeffreys y K. Bullen publican las versiones finales de sus tablas de tiempo para varias fases sísmicas.Son lo suficientemente precisas para estar en uso todavía hoy.

Harold Jeffreys. Imagen de http://todayinsci.com/4/4_22.htm

Keith Edward Bullen. Imagen de http://science.org.au/fellows/memoirs/bullen.html

(ver artículo)

Distribución de densidades de Bullen

Figura tomada de http://science.org.au/fellows/memoirs/bullen.html#3

Gráficas de Jeffreys y Bullen

http://www.geo.umn.edu/courses/1001/1001_moskowitz/Lectures/LO16.xraying_the_earth.html

Las décadas de la Guerra Fría:de los 50 y 60En la década de los 50, las pruebas nucleares soviéticas suscitan gran interés en los militares de EE.UU. Se insta a la detección y medición de las explosiones nucleares, y se financian numerosos programas de sismología tanto del gobierno como académicos académicos (consecuencias de la escalada de tensiones generada por la Guerra Fría).En 1961 se establece la red sismográfica estandarizada mundial (WWSSN), un conjunto bien calibrado de corto y largo periodo.Este conjunto de datos de alta calidad contribuirá a los numerosos avances producidos en sismología.

1966

Se reconocen ampliamente las desventajas de las medidas tradicionales de la magnitud: saturación, incoherencia entre las escalas de magnitud, etc.Keiiti Aki introduce el concepto "momento sísmico" una medida más basada en la física del tamaño del terremoto.

Década de los 60 (1)El aumento del número de estaciones sísmicas establecidas desde 1900 permitió localizar los grandes terremotos que se producen habitualmente, lo que llevó al descubrimiento de que éstos no se encuentran al azar, sino que se concentran en cinturones estrechos en todo el mundo.La importancia de esta observación no fue apreciada hasta la revolución de las tectónica de placas de la década de 1960.Los terremotos son generados donde las placas de la tectónicas se separan (por ejemplo, la dorsal del Atlántico), se consumen en las zonas de subducción (por ejemplo, Japón, Aleutianas) o se deslizan entre sítransformando los límites (por ejemplo, las fallas de San Andrés o Nordanatolia).

Década de los 60 (2)Los sismólogos indican que los "mecanismos focales" de los grandes terremotos que se infieren de los patrones espaciales dela energía radiada son coherentes con las ideas de la tectónica de placas, lo que ayuda a validar la teoría.La evidencia (presentada por primera vez en 1928 por K. Wadati) de que los terremotos profundos se sitúan a lo largo del plano inclinado de inmersión en el manto también desde las zonas de subducción ayuda a validar la teoría de la tectónica de placas.Los sismólogos utilizan registros del gran terremoto chileno de 1960 para estudiar las oscilaciones libres de la Tierra.Los estudios de los modos normales de excitación debidos a los grandes terremotos proporcionan nuevas y potentes perspectivas acerca de la estructura interna de la Tierra.

http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosgeol/01_decouvrir/02_subduction/04_subduction_plaques/01_terrain/img/grandes/02a/05a.htm

http://xxi.ac‐reims.fr/leon‐bourgeois/site/Pedagogie/SVT/svt/terminale/subuctioncollision/caractsubdu.ht

m

Superficie de Wadati‐Benioff

Fuente: https://umdrive.memphis.edu/hdeshon/www/courses.html

Mecanismos focales

Diagrama esquemático del mecanismo focal.

http://crack.seismo.unr.edu/htdocs/WGB/Recent/explanation/

Los ordenadores en la SismologíaLa aplicación de los ordenadores para grandes conjuntos de datos y los problemas relacionados se inicia en la década de 1960:

ubicaciones rutinarias de terremotosproblemas inversossismogramas teóricosespectros de origen y de escala, la distribución de

deslizamiento en la fallamodos normalesimágenes corticales utilizando fuentes artificiales

La década de 1970Se instalan los primeros sismógrafos digitales globales.Se fabrican los primeros sismógrafos portátiles digitales utilizados para estudios especiales (escala fuente, la respuesta del sitio, etc.).Centralización de los archivos de datos sísmicos digitales establecidos.

Sismógrafo portátil digital. Imagen de http://www.ilusionideasweb.com.ar/vacc

aro/

Ingeniería y Sismología de los terremotos

Los terremotos destructivos en el sur de California de 1933 y 1971 llevan a la creación y mejora de elementos sísmicos en los códigos de construcción en los EE.UU.Se establecen y distribuyen redes de sismógrafos de "fuerte movimiento". A diferencia de los sismógrafos convencionales, que están diseñados para la máxima sensibilidad, los instrumentos de movimientos fuertes pueden registrar fuertes sacudidas cerca de terremotos dañinos.Un nuevo campo de trabajo de observación y de desarrollo teórico se refiere al diseño de la ingeniería como necesidad de estimar los movimientos de tierra (por lo general de alta frecuencia) que pueden producir daños para minorar éstos.

El presente documento está basado en el titulado :

A Brief History of Seismology

“Introduction To Seismology”by Peter Shearer, Cambridge University Press

Y ha sido elaborado por F.J. Barba Regidor con fines exclusivamente docentes.

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