Física de Terremotos – EEWeb

Un terremoto es una serie de movimientos del suelo causados ​​por la liberación rápida de energía almacenada bajo tierra. Estas vibraciones se deben a la deformación de la roca provocada por las ondas sísmicas. Este campo de la geología está ligado a muchos conceptos y leyes de la física relacionados tanto con la propagación de vibraciones como con los sistemas de medición de eventos sísmicos.

terremoto

Los terremotos son causados ​​por el movimiento de placas. No todos esos movimientos causan terremotos. Algunos límites de placas se deslizan unos sobre otros sin provocar eventos sísmicos. Millones de terremotos ocurren cada año en todo el mundo, pero la mayoría son tan débiles que solo pueden ser detectados por instrumentos muy sensibles. Afortunadamente, muy pocos terremotos se caracterizan por grandes intensidades sísmicas. Por lo general, ocurre un gran temblor durante un terremoto, seguido de varias réplicas más pequeñas. Una serie de terremotos puede durar semanas o meses. Los terremotos ocurren cuando las rocas entre dos o más placas tectónicas acumulan energía y tensión, luego se comprimen y liberan grandes cantidades de energía en forma de vibraciones del suelo (ver Figura 1). . En otras palabras, un terremoto ocurre cuando el esfuerzo acumulado excede algún criterio de ruptura en el plano de falla. Una grieta en la roca se llama falla. Las placas se mueven constantemente unos pocos milímetros por año. Hoy en día, los satélites se utilizan para medir con precisión sus movimientos.

La estimación de la magnitud de un terremoto se hace por su magnitud. Calculado indirectamente mediante el análisis de la amplitud de vibración del sismómetro, también puede rastrear el epicentro. Una de las fórmulas más conocidas para calcular las dimensiones de una superficie es:

dónde:

• Como: La amplitud máxima de la componente vertical del movimiento del suelo, expresada en um.
• T: es el periodo de la onda, entre 18 y 22 segundos.
• delta: Distancia vertical entre epicentros, expresada en grados.

La fórmula de la magnitud del volumen, por otro lado, se basa en el análisis de la onda de volumen (P), que llega primero al sismómetro y tiene una velocidad de propagación de unos 7 km/s, y es:

dónde:

• aplicación: es la amplitud de la onda P.
• T: es la duración (aproximadamente 3 segundos).
• Q (delta, h): factor correctivo.

Ambas fórmulas son muy confiables y dan buenos resultados solo para pequeños terremotos.

sismógrafo

Un sismómetro es un dispositivo que detecta y mapea las vibraciones del suelo y se basa en la acción de un péndulo simple. Esta es una masa suspendida cuya posición permanece estacionaria debido a su inercia (al menos en las primeras etapas de un terremoto) (ver Figura 2). La frecuencia de vibración del sismómetro es frecuencia de resonancia del pénduloLa longitud del eje del péndulo determina el tipo de sismómetro y sismo a medir, y la fórmula para determinar el período de oscilación es la siguiente.

dónde:

• T: El período del péndulo expresado en segundos.
• L: La longitud de alambre que soporta la masa.
• gramo: es el valor de la aceleración gravitatoria, equivalente a 9,81 m/s^2 en la Tierra.

La fórmula no tiene en cuenta la masa. Sin embargo, el período de oscilación del péndulo es el mismo ya sea que la masa sea pequeña o grande.

Figura 2: Un péndulo típico junto a un registro sísmico

Las ondas sísmicas se analizan para comprender el origen exacto de los terremotos. Los registros sísmicos registran muchos tipos de ondas sísmicas, y su análisis ayuda a determinar varios parámetros de los terremotos, en primer lugar, la distancia desde el epicentro hasta la estación. Las ondas P llegan primero y son las más rápidas y viajan por compresión y expansión. La siguiente es la onda S. Son más lentas que las ondas P y se propagan perpendicularmente a su dirección como una serpiente. No dejan pasar líquidos y no provocan compactación de rocas. Cuando las ondas P y S alcanzan la superficie de la tierra, dan lugar a otros dos tipos de ondas, las ondas de Rayleigh y las ondas de Love, que hacen que la tierra vibre en el plano horizontal. Al analizar todas estas ondas, podemos calcular la distancia de epicentro a epicentro. La siguiente tabla muestra varios períodos de oscilación, junto con los valores de longitud del péndulo.

Un sismómetro puede tener una estructura muy simple, como un péndulo con una masa suspendida conectada a un sistema de escritura en papel, o una estructura muy simple creada con acelerómetros, computadoras personales y software muy sofisticado. También puede tener estructuras sofisticadas. Los sismógrafos se pueden clasificar en términos generales en las siguientes categorías:

• Un sismómetro de período corto con una alta frecuencia de resonancia y sensibilidad a frecuencias superiores a la señal de 4 Hz. Se utilizan para detectar terremotos locales y eventos volcánicos.
• Los sismógrafos de mediano plazo son sensibles a señales con frecuencias entre 0,5 Hz y 4 Hz. Se utilizan para detectar terremotos a distancias medias.
• Los sismómetros de período largo son sensibles a señales con frecuencias inferiores a 0,5 Hz. Se utilizan para detectar terremotos muy distantes (telesis).
• Un sismómetro de banda ancha muy sofisticado puede detectar frecuencias de vibración de 0,01 Hz a 10 Hz.

Uno de los péndulos más importantes del mundo es el péndulo de Foucault, que consiste en una esfera de 28 kg suspendida por un cable de 67 m de largo de la cúpula del Panteón de París. Por tanto, su periodo de oscilación es de 16.423 segundos. Este es un péndulo que oscila libremente en cualquier dirección durante aproximadamente 24 horas, lo que indica la presencia de la rotación de la Tierra. La “fuerza” de un terremoto se mide calculando su magnitud, la energía liberada en el epicentro (fuente sísmica). Es una medida física de la energía de un terremoto y se calcula con instrumentos que miden el desplazamiento del suelo, la velocidad y la aceleración. La magnitud del terremoto se mide utilizando la escala de Richter. La escala de Richter va de 0 a 13 grados, correspondiendo 1,5 a la intensidad de una pequeña explosión explosiva y 13 a la intensidad de un asteroide que podría acabar con la vida en la Tierra. La escala de Richter es logarítmica en base 10. Esto significa que entre un grado y el siguiente, hay una diferencia de diez veces en la amplitud del movimiento del suelo y una diferencia de alrededor de treinta veces en la energía emitida. La siguiente tabla muestra 10 grados Richter en comparación con explosiones equivalentes.

solicitud de negligencia

La mayoría de los terremotos son causados ​​por fallas mecánicas cerca de fallas vulnerables. Puede haber diferentes tipos de esfuerzos que determinan el movimiento del suelo. El cortante máximo ocurre en el plano en un ángulo de 45° con respecto a la tensión máxima y mínima. Mirando la Figura 3, las tensiones son:

• incapacidad normal;
• falla de empuje;
• Falla de rumbo.

Figura 3: Diferentes tipos de estrés en fallas

Estadísticas sobre la magnitud de los terremotos

Afortunadamente, los terremotos pequeños son mucho más comunes en el mundo que los grandes. La cantidad de pequeños eventos es suficiente para derivar algún tipo de estadística y crear una enorme base de datos, pero los grandes eventos son mucho más raros y el período de observación es, por ejemplo, desde la década de 1950 en adelante, suficiente para implementar estadísticas confiables. y precisa. La siguiente tabla ofrece una descripción general de la cantidad de terremotos que ocurren cada año.

Las tendencias estadísticas en el número de terremotos también se explican por la ley de Gutenberg-Richter. Muestra la relación entre el tamaño de la escala de Richter y el número de terremotos. La fórmula es:

Dónde está:

• N es el número de eventos de cierta magnitud.
• M es el tamaño mínimo.
• “a” y “b” son constantes empíricas.

Aunque los valores de ‘a’ y ‘b’ pueden variar mucho según la región o el tiempo, la relación entre la magnitud del terremoto y la frecuencia del temblor es sorprendentemente poderosa. El parámetro ‘b’ es de particular interés sismológico y representa la tasa de incidencia del terremoto. Por lo tanto, es un indicador de la actividad del epicentro. Un aumento en ‘b’ indica posible reactivación de fallas y riesgo sísmico. El valor de la constante ‘b’ suele estar muy cerca de 1,0 en regiones sísmicamente activas. El valor “b” varía entre 0,5 y 2 según la ubicación de la fuente. En cambio, la constante ‘a’ representa el número de terremotos en esa área.

Conclusión

Lo que he explicado en este artículo es solo una pequeña parte de lo que piensa la geología sísmica. La predicción de terremotos aún no es una ciencia exacta. El método científico debe devolver los siguientes parámetros de predicción:

• La fecha y hora exactas del terremoto.
• la magnitud exacta del terremoto;
• Coordenadas precisas de eventos sísmicos.

No podemos hablar de predicciones precisas de terremotos a menos que tengamos una manera de proporcionar esta información. En cualquier caso, la base de datos global de observaciones se está llenando cada vez más de eventos sísmicos, lo que nos permitirá mejorar nuestros cálculos y crear nuevos modelos predictivos más confiables. Esperamos que los científicos puedan obtener información valiosa de dichos datos para que esa predicción puede convertirse en una ciencia precisa y salvar millones de vidas.