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22 de noviembre de 2017
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¿Cómo ves?
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Sismos
¿Cómo ves?

Sismos

Sergio de Régules

Los terremotos son un fenómeno natural. Cuando nos causan daños graves hablamos de desastres. Aunque el fenómeno natural aún no es predecible, los desastres se pueden prevenir. La ciencia nos da los conocimientos para hacerlo.

“La naturaleza no tiene palabra”, dijo Carlos Valdés, director general del Centro Nacional para la Prevención de Desastres, tras los terremotos de septiembre de 2017. Se refería a que los temblores siempre nos toman por sorpresa. Aún no sabemos calcular los plazos secretos que cumplen las rocas subterráneas.

En el siglo XIX, un autor menos conciso pero más elocuente, Charles Darwin, experimentó en Chile un temblor sobre el que escribió: “Un terremoto intenso destruye en un instante nuestras más antiguas asociaciones: la tierra, emblema de solidez, se ha movido bajo nuestros pies como una fina corteza sobre un fluido –un segundo de tiempo ha creado en la mente una extraña sensación de inseguridad que horas de reflexión no nos habrían provocado”. Es exactamente lo que sentimos los habitantes de las regiones afectadas por los sismos del 7 y el 19 de septiembre de 2017.

Suelo inquieto

Quizá la tierra sea para nosotros emblema de solidez, como dijo Darwin, pero es por un error de perspectiva: somos minúsculos y nuestra vida es demasiado breve para darnos cuenta de que el suelo firme es todo menos firme. Si pasamos de nuestras insignificantes escalas de espacio y tiempo a la escala geológica de millones de años y de kilómetros cuadrados, la superficie terrestre se vuelve tan agitada como una pista de carritos chocones. La corteza exterior del planeta, llamada litosfera, está partida como un plato roto en extensas placas de entre 15 y 200 kilómetros de grosor que flotan sobre roca semifundida y arremeten unas contra otras como adolescentes en un mosh pit. Los choques, deslizamientos y roces de estas placas tectónicas alteran el dibujo de los continentes, levantan montañas y hacen aflorar volcanes (véase ¿Cómo ves?, No. 13). También son la causa de los sismos.

Frente a las costas del Pacífico mexicano corre una larga fosa submarina, o trinchera, en la que se libra una encarnizada batalla entre placas tectónicas. La fosa es el choque frontal de la gruesa, pero ligera, placa continental de Norteamérica (sobre la que va montado México) contra dos placas más delgadas y pesadas hechas de suelo oceánico: la placa del Pacífico y la placa de Cocos. En estos encontronazos tectónicos las placas oceánicas llevan todas las de perder por estar hechas de rocas más pesadas que las placas continentales, las cuales las someten y las obligan a hundirse (decimos que las “subducen”). La placa oceánica se mete por debajo de la placa continental como una alfombra que se desliza bajo la otra con tremenda fricción. En su deslizamiento, las placas se atoran, pero el movimiento de subducción no se detiene. La placa superior se comprime, acumulando energía elástica como un resorte. Esta compresión insostenible acaba por romper las rocas trabadas y la energía acumulada se libera en un paroxismo de ondas que se propagan en todas direcciones, como la reverberación de un alarido.

Lenguaje Sísmico

La escala de Richter, propuesta por Charles Richter en 1935, fue la primera escala de magnitud más o menos objetiva pero ya no se usa, por lo que ya no añadimos “grados en la escala de Richter” tras reportar la magnitud: simplemente decimos “magnitud 7.1”, “magnitud 8” (o M7.1, M8). También ha caído en desuso especificar si un sismo fue “trepidatorio” u “oscilatorio” porque hoy sabemos que todos los sismos producen movimientos de los dos tipos y que la distinción es artificial.

Las escalas de magnitud están graduadas de tal manera que un aumento de dos puntos en la escala equivale a 1 000 veces más energía liberada. Así, un temblor de M8 no es como dos de M4, sino como un millón.

Magnitud e intensidad

Cada temblor, como cada persona, es diferente, e igual que en las personas las diferencias tienen que ver con: 1) cómo nacieron y 2) cómo interactúan con el mundo.

Lo primero se mide por medio de la magnitud del sismo, que se relaciona con la energía liberada en el desgarramiento que le dio origen. Si un terremoto fuera un alarido, la magnitud sería la cantidad de decibeles medidos junto a la persona que lo profiere (o bien, como el wattaje de un foco, que da su potencia intrínseca, pero no dice cómo se verá a lo lejos). La intensidad, en cambio, es una propiedad de la interacción de las ondas sísmicas con el subsuelo, y por lo tanto es particular de cada localidad. Si el epicentro está lejos, la intensidad será baja como la de un grito en la lejanía, pero las propiedades locales del suelo pueden amplificar el grito y hacerlo reverberar.

Hay varios tipos de magnitud. Una se calcula a partir de la duración, otra de la amplitud máxima de las vibraciones, otra más (llamada magnitud de momento) se relaciona con el área del degajamiento rocoso. Unas magnitudes son adecuadas para sismos leves, otras para sismos fuertes, e incluso hay dos especiales para los sismos que provienen de las costas de Guerrero.

Después de un temblor el Servicio Sismológico Nacional reporta primero una magnitud calculada automáticamente por un programa de computadora a partir de la duración del sismo; luego —con más datos e intervención humana— la magnitud de momento. Por eso a veces el cálculo final de la magnitud difiere de la primera estimación.

La intensidad se mide en parámetros que van desde la percepción subjetiva de las personas (expresada en una escala originalmente inventada por Giuseppe Mercalli en 1901, hoy modificada), hasta variables medidas con instrumentos científicos o calculadas matemáticamente, como la aceleración máxima de los vaivenes de la tierra durante el temblor y la aceleración que experimentaron los edificios, que varía según el número de pisos. Cuando decimos “el temblor se sintió muy fuerte en mi casa” nos referimos a la intensidad, no a la magnitud.

 

Geometría subterránea

En 1990 un equipo dirigido por Gerardo Suárez, del Instituto de Geofísica de la UNAM, publicó en la revista Nature un artículo que revelaba una peculiaridad de la placa de Cocos. A partir de los registros sismográficos de muchos temblores ocurridos en Guerrero en 1986 y en 1987 (que son como ultrasonidos del subsuelo porque contienen información acerca del interior del planeta), Suárez y sus colaboradores dedujeron que la placa de Cocos no se hunde en el manto terrestre inmediatamente después de desaparecer bajo la placa de Norteamérica, como ocurre en otras placas que se subducen. Tras una primera rampa descendente en la que las placas están en contacto y se traban, llamada “zona de subducción”, la placa de Cocos se vuelve horizontal, formando una especie de rellano de unos 200 kilómetros de longitud por debajo de la placa de Norteamérica: un mezzanine tectónico antes de curvarse decididamente hacia abajo y sumergirse para siempre en la roca candente del manto terrestre.

Esta geometría subterránea se ha confirmado en varios estudios más. Entre 2005 y 2007 una colaboración internacional de la UNAM con dos universidades estadounidenses tendió una línea de 100 sismómetros a intervalos de unos cinco kilómetros desde Acapulco casi hasta Tampico pasando por la Ciudad de México para obtener una radiografía sísmica más precisa. El proyecto MASE (siglas en inglés de Experimento Mesoamericano de Subducción) nos ha dejado un mapa más detallado de la subducción de la placa de Cocos por debajo del territorio del centro y el sur de México.

Septiembre

La anomalía en la subducción de la placa de Cocos explica algunas peculiaridades de los sismos de septiembre, en especial del que ocurrió el 19, que nos causó cierta perplejidad por la ubicación de su epicentro: ¿el temblor vino de Morelos?

En el centro del país estamos acostumbrados a que los terremotos nos lleguen de las costas de Michoacán, Guerrero y Oaxaca bajo las cuales se encuentra la zona de subducción, que genera sismos por ciclos irregulares de compresión y relajamiento de la placa superior. Estos “sismos de subducción” —o interplaca— son los más comunes y ocurren a entre cinco y 30 kilómetros de profundidad.

Los terremotos de septiembre, empero, fueron sismos intraplaca, que ocurren placa adentro, apartados de la zona de subducción y a profundidades superiores a los 50 kilómetros. No los causa la compresión de las placas, sino al contrario, la tensión debida al peso de la parte profunda de la placa de Cocos, que tira hacia abajo de la alfombra tectónica. Cuando ésta se desgarra, la ruptura de las rocas produce sacudidas sísmicas. Los terremotos intraplaca son menos comunes que los de subducción, pero tampoco son nada del otro jueves. El sismo del 7 de septiembre ocurrió a las 11:49 de la noche, cuando un tramo de 100 kilómetros de longitud de la placa de Cocos se desgarró a 70 kilómetros de profundidad frente a las costas de Chiapas. Con una magnitud de 8.1, es el sismo más grande que se ha registrado en México después de uno de magnitud estimada 8.6 que asoló el sur del país en 1787.

El sismo del 7 dejó 98 muertos y más de 300 heridos en Chiapas, Oaxaca y Tabasco al venirse abajo las construcciones en las que se encontraban.

A la 1:14 de la tarde del 19 de septiembre otra ruptura en la parte subterránea de la placa de Cocos a 57 kilómetros de profundidad puso a temblar la región de Puebla, Cuernavaca y la Ciudad de México. Este sismo liberó 32 veces menos energía que el de Oaxaca (y que el de 1985), pero ocurrió seis veces más cerca de esta región. Es el sismo fuerte más cercano a la Ciudad de México que se haya registrado. La cercanía se tradujo en destrucción y muerte: casi 400 personas murieron y en la Ciudad de México se vinieron abajo unos 40 edificios. Otros 2 000 quedaron dañados, la gran mayoría concentrados en una franja orientada de norte a sur al poniente de la ciudad. Este patrón de destrucción no es ninguna coincidencia.

Amplificador lacustre

Sabemos por lo menos desde 1964 que en la Ciudad de México el subsuelo lodoso del antiguo lago sobre el que se construyó la urbe concentra y amplifica las ondas sísmicas. Después del terremoto de 1985 muchos geofísicos de la UNAM y sus colaboradores internacionales han llevado a cabo cálculos y simulaciones por computadora del comportamiento de las ondas sísmicas en la cuenca del lago y su periferia. La más reciente y completa es de Víctor Manuel Cruz Atienza, del Instituto de Geofísica de la UNAM, y un grupo de colaboradores de Colombia y Francia. El equipo creó un modelo digital del Valle de México y usó la supercomputadora Miztli de la UNAM para simular las propiedades elásticas del subsuelo y estudiar cómo se propagan las ondas sísmicas en los distintos tipos de terreno del valle, especialmente en el suelo cenagoso del lago. Los resultados se publicaron en la revista Nature en diciembre de 2016.

La simulación muestra que el lago amplifica el movimiento hasta 50 veces respecto al suelo firme, pero además lo prolonga más allá de la duración del sismo original. Es como gritar en una catedral: el ruido reverbera un rato en el recinto. Por si fuera poco, el lago sintoniza las vibraciones: el sismo está compuesto de ondas de muchas frecuencias combinadas, igual que un grito, pero el lago selecciona para amplificar unas u otras, según la profundidad de los sedimentos (que llega a los 100 metros en la región del Aeropuerto Benito Juárez).

El movimiento del suelo lacustre depende también de la composición particular de frecuencias que traiga el sismo y la dirección por la que llegue, entre otras cosas. Así, en el sismo del 19 de septiembre de 2017 se observó que las ondas que completan un vaivén en menos de dos segundos fueron aproximadamente cinco veces más grandes que en 1985. En cambio las ondas de más de dos segundos fueron unas 10 veces más grandes en 85.

Esto explica por qué el sismo de 2017 echó abajo más bien edficios de menor altura (4-7 pisos) que el de 85 (7-14 pisos). Un edificio oscila naturalmente con una frecuencia que depende de su altura. Los más altos son los más lentos. Si la tierra vibra con esa misma frecuencia, el edificio entra en resonancia y sus oscilaciones se hacen más y más amplias. En cada región del lago y cada sismo, resuenan unos edificios más que otros. No necesariamente es cierto que los temblores se sientan más, ni que uno corra más peligro, en los edificios altos, y eso lo mide una variable llamada “aceleración espectral”, que se refiere a la aceleración (o la fuerza) que experimentan los edificios de distintas alturas. No es lo mismo que la aceleración máxima del suelo durante el temblor, otra medida objetiva de intensidad. Los ingenieros civiles usan ambas aceleraciones para calcular las estructuras de los edificios, pero lo importante para la estabilidad de la estructura es la aceleración espectral. En el mapa de aceleraciones espectrales calculadas para el sismo de 2017 se ve que los edificios derruidos o dañados están principalmente en las zonas de mayor aceleración espectral a frecuencias de un segundo. Los edificios que oscilan naturalmente con esta frecuencia son los de entre cuatro y siete pisos.

A falta de predicción, prevención

Aunque no podamos predecir terremotos —y aunque los sismos de septiembre hayan “creado en nuestra mente una extraña sensación de inseguridad”, como escribió Darwin— sí podemos prevenir los desastres. Para eso está el reglamento de construcción de la Ciudad de México, elaborado tomando en cuenta todo lo que sabemos de las particularidades del suelo del Valle de México gracias a las investigaciones de geofísicos e ingenieros. Los ingenieros civiles mexicanos saben perfectamente cómo construir edificios que no se vengan abajo ni con los sismos más intensos de estas regiones. Si se sigue el reglamento, no tendrían por qué derrumbarse construcciones en esta ciudad. Es muy probable que los edficios que se vinieron abajo el 19 de septiembre de 2017 no cumplieran las normas, ya sea porque se construyeron antes de 1985 (si bien aún entonces había un buen reglamento, y ahí están para demostrarlo todos los edificios anteriores que siguen en pie) o porque las normas no se aplicaron. Pero si se aplican —y si se sigue siempre el protocolo de seguridad— podemos reducir mucho los riesgos y vivir más tranquilos.

Escala de Mercalli modificada
I No se siente.
IV Vibraciones como las del paso de un camión pesado, agita coches estacionados, ventanas, vajillas y puertas se sacuden con ruido, los objetos de vidrio tintinean.
VII Se dificulta mantenerse en pie, lo sienten los automovilistas; muebles rotos, paredes dañadas, caen trozos de yeso, ladrillos y azulejos sueltos.
IX Pánico general, las construcciones débiles se derrumban, otras sufren daños importantes, se rompen las tuberías subterráneas, grietas en la tierra.
XII Daño casi total, se desplazan grandes masas de roca, saltan objetos por los aires.

 

Sergio de Régules es divulgador de la ciencia y coordinador científico de esta revista. Su libro más reciente es Cielo sangriento (Fondo de Cultura Económica, Cd. de México 2016)
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