Semana 05
DEFORMACIÓN DE LA CORTEZA TERRESTRE Y
LOS SISMOS
Mecánica de la deformación de rocas.
Definición: Es la
ciencia teórica y aplicada que trata del comportamiento mecánico de las rocas
que se encuentran bajo la acción de fuerzas producidas por fenómenos naturales
o impuestos por el hombre.
Origen:El desarrollo de pliegues, fallas
y estructuras menores de diferentes tipos son causados por fuerzas y campos de
stress que resultan de los movimientos dentro del manto y la corteza, activados
termal y gravitacionalmente.
Las deformaciones tectónicas están
asociadas al movimiento de las placas de la corteza terrestre, mientras las no
tectónicas están asociadas a los efectos gravitacionales de las masas de tierra
y a las cargas que soportan las rocas por esfuerzos dinámicos externos
diferentes a los movimientos tectónicos.
Diastrofismo:
Es el conjunto de muchos procesos y
fenómenos geológicos de deformación, alteración y dislocación de la corteza
terrestre por efecto de las fuerzas internas.
Dependiendo de la dirección del
movimiento, el diastrofismo de divide en:
Movimientos espirogénicos:Se realizan en
sentido vertical, producen fracturas en las rocas y abarcan grandes
extensiones. Se trata de movimientos lentos de levantamiento y hundimiento de enormes
porciones de corteza terrestre. Su efecto se aprecia en el cambio de las líneas
de la costa y en la transformación del aspecto de los continentes. De ellos se
derivan las siguientes deformaciones:
- Fracturas: Son grietas en la roca sólida.
- Fisuras: Es una fractura mayor por donde puede ascender lava.
- Fallas: Se originan cuando hay un desplazamiento apreciable y posterior a la formación de fracturas y fisuras, es decir, cuando un bloque de capas rocosas se ve sometido a una fuerza tectónica que lo divide en dos partes: una superior y una inferior.
Dependiendo de la dirección que tome el
desplazamiento de los bloques, las fallas pueden ser verticales u horizontales.
Las primeras de crean cuando un bloque se levanta y otro se hunde; por el
contrario, la falla es horizontal si alguno de los bloques se mueve hacia la
derecha o hacia la izquierda, o si los bloques de movimiento se desplazan
lateralmente a lo largo del plano de la falla.
Movimientos orogénicos: Cuando el recorrido se realiza en sentido horizontal,
de compresión y distensión, el desplazamiento de mineral es considerable por lo
que las rocas se deforman dando origen a:
- Ondulamientos: Son a gran escala. Se deben al arqueamiento o deformación de las capas rocosas más flexibles de la corteza terrestre y hacen que el relieve tome una forma elevada y arqueada.
- Plegamientos: Son similares a los Ondulamientos, pero el arco que se forma es mayor. Se puede hablar de las siguientes partes de un plegamiento:
- Anticlinal: Zona elevada del pliegue convexo hacia arriba.
- Sinclinal: Área hundida o convexa del plegamiento.
- Monoclinal: Porción del plegamiento que presenta una inclinación de las capas rocosas en un mismo sentido.
Diastrofismo.
Es la deformación a gran escala de la corteza terrestre, que origina
continentes, cuencas oceánicas, cordilleras, etcétera.
Sondeformaciones producidas en las rocas por
acción de las fuerzas terrestres. Engloba todos los procesos geológicos que
deforman las rocas por acción de esfuerzos dirigidos, tienen una componente de
dirección clara. Como referencia tridimensional se consideran las rocas en
función de las tres direcciones del espacio, en tres ejes espaciales, vertical,
antero posterior y transverso. Se considera a las rocas como esferas
idealizadas con sus tres ejes de dimensiones idénticas, de modo que, la
actuación de un esfuerzo modificará la “esfera rocosa idealizada en un
elipsoidedetransformación.Las
principales fuerzas diastróficas son los plegamientos y las
fallas.
Diaclasas.
Son fracturas sin desplazamiento transversal detectable, solo con poco
movimiento extensional. Son las fracturas más frecuentes en todos los tipos de
rocas. En la superficie son más frecuentes como en altas profundidades. Tienen
una extensión de milímetros, centímetros hasta pocos metros. Normalmente
existen en una masa rocosa grupos de diaclasas y/o sistemas de diaclasas. Los
grupos de diaclasas son estructuras paralelas o subparalelas. Los sistemas de
diaclasas se cortan entre sí en ángulos definidos y tienen una cierta simetría.
Algunas diaclasas muestran un relleno (secundario) de calcita, cuarzo, yeso u
otros minerales.
Plegamientos:
Es una deformación de las rocas,
generalmente sedimentarias, en la que elementos de carácter horizontal, como
los estratos o los planos de esquistosidad (en el caso de rocas metamórficas),
quedan curvados formando ondulaciones alargadas y más o menos paralelas entre
sí.
Los pliegues se originan por esfuerzos de
compresión sobre las rocas que no llegan a romperlas; en cambio, cuando sí lo
hacen, se forman las llamadas fallas.
Por lo general se ubican en los bordes de
las placas tectónicas y obedecen a dos tipos de fuerzas: laterales, originados
por la propia interacción de las placas (convergencia) y verticales, como
resultado del levantamiento debido al fenómeno de subducción a lo largo de una
zona de subducción más o menos amplia y alargada, en la que se levantan las
cordilleras o relieves de plegamiento.
Elementos de un pliegue:
- Charnela: zona de mayor curvatura del pliegue.
- Línea de charnela o eje de pliegue: línea que une los puntos de mayor curvatura de una superficie del pliegue.
- Dirección: ángulo que forma el eje del pliegue con la dirección geográfica norte-sur.
- Plano axial: plano que contiene todas las líneas de charnela y corta el pliegue.
- Núcleo: parte más comprimida y más interna del pliegue.
- Flancos: mitades en que divide el plano axial a un pliegue.
- Cabeceo: ángulo que forma el eje de pliegue con una línea horizontal contenida en el plano axial.
- Cresta: zona más alta de un pliegue convexo hacia arriba.
- Valle: zona más baja de un pliegue cóncavo hacia arriba.
Características de un pliegue:
- Inmersión: ángulo que forman una línea de charnela y el plano horizontal.
- Dirección: ángulo formado entre un eje del pliegue y la dirección norte - sur.
- Buzamiento: ángulo que forman las superficies de cada flanco con la horizontal (tomando siempre la máxima pendiente para cada punto).
- Vergencia: dirección hacia la que se inclina el plano axial de un anticlinal no recto (también dirección hacia la que se desplaza el bloque superior de un cabalgamiento).
Tipos de Pliegues:
- Pliegue anticlinal: se denomina anticlinal a un pliegue de la corteza terrestre en forma de lomo cuyos flancos se inclinan en sentidos opuestos.
- Pliegue sinclinal: Los elementos son los mismos, con la diferencia que el manteo de los flancos son convergentes.
- Pliegue monoclinal: Es el que presenta una simple inflexión de los estratos, con cierta frecuencia, estos pliegues degeneran en fallas al producirse un estiramiento y fractura de la rama monoclinal del pliegue.
- Pliegue simétrico: Tiene el plano axial esencialmente vertical y los flancos poseen el mismo ángulo de inclinación pero en direcciones opuestas.
- Pliegue asimétrico: El plano axial es inclinado y ambos flancos se inclinan en direcciones opuestas pero con ángulos diferentes.
- Pliegue volcado o sobrepliegue: El plano axial es inclinado y ambos flancos inclinan en la misma dirección, generalmente con ángulos diferentes.
- Pliegue recumbente: Es aquel pliegue cuyo plano axial se acerca a la horizontal.
- Pliegue Isoclinal: Los flancos tienen la misma inclinación y el mismo sentido o sea que son paralelos. El plano axial los corta simétricamente.
- Pliegue en abanico: Es un pliegue simétrico de plano axial vertical, muy particular, en el que los flancos son convergentes en los anticlinales y divergentes en los sinclinales.
- Anticlinorio: Es un gran anticlinal compuesto por muchos pliegues menores.
- Sinclinorio: Es un gran sinclinal compuesto por muchos pliegues menores.
Fallas:
Es una superficie de discontinuidad, es
decir una fractura en la que se ha producido deslizamiento relativo de una de
las partes con respecto a la otra.
Tipos de fallas
- Falla normal o directa: son aquellas donde el labio hundido se apoya sobre el plano de falla mientras el borde que contiene el suelo queda levantado. Estas fallas se producen cuando la roca se ve sometida a distención de forma que los esfuerzos se compensan a lo largo de una fractura plana de 45° de ángulo a más. Un caso particular son las fallas verticales.
- Falla inversa: son aquellas donde el labio levantado apoya sobre el plano de la falla mientras que el borde que contiene el techo queda hundido. Las fallas inversas son consecuencias que sufre la roca. Estas fallas pueden originar el cabalgamiento del labio levantado cuando el ángulo del plano de la falla sea < 30° generando un manto de corrimiento sobre el labio hundido.
- Falla de rumbo: Es la que se presenta solo desplazamiento en sentido horizontal. Las fallas de rumbo se clasifican, según el sentido de movimiento de los bloques (referenciado a la posición de un observador situado sobre un bloque), como sinistrales cuando el bloque opuesto al que ocupa el observador se mueve a la izquierda; y dextrales cuando el bloque se mueve a la derecha.
Las fallas dip-slip se clasifican como
normales cuando el bloque colgante se desplaza hacia abajo relativo al bloque
yaciente; e inversas (también corrimientos o cabalgamientos) cuando el bloque
colgante se mueve hacia arriba respecto del yaciente. Las fallas oblicuas se
describen simplemente como una combinación de la terminología de las
anteriores, por ejemplo falla sinistral -inversa, dextral-normal, etc.
Elementos
de una falla
Plano de falla: Plano o superficie a lo
largo de la cual se desplazan los bloques que se separan en la falla. Este
plano puede tener cualquier orientación (vertical, horizontal, o inclinado). La
orientación se describe en función del rumbo (ángulo entre el rumbo Norte y la
línea de intersección del plano de falla con un plano horizontal) y el buzamiento
o manteo (ángulo entre el plano horizontal y la línea de intersección del plano
de falla con el plano vertical perpendicular al rumbo de la falla).
Bloques de falla: Son las dos porciones
de roca separadas por el plano de falla. Cuando el plano de falla es inclinado,
el bloque que se haya por encima del plano de falla se denomina bloque colgante
o levantado y al que se encuentra por debajo, bloque yaciente o hundido.
Desplazamiento: Es la distancia neta y
dirección en que se ha movido un bloque respecto del otro.
Diaclasas:
Es una fractura en las rocas que no va
acompañada de deslizamiento de los bloques que determina, no siendo el
desplazamiento más que una mínima separación transversal. Se distinguen así de
las fallas, fracturas en las que sí hay deslizamiento de los bloques. Son
estructuras muy abundantes.
Características
de una diaclasa
La orientación de una diaclasa, como la
de otras estructuras geológicas, se describe mediante dos parámetros:
- Dirección: ángulo que forma una línea horizontal contenida en el plano de la diaclasa con el eje norte - sur.
- Buzamiento: ángulo formado por la diaclasa y un plano horizontal imaginario.
- Las diaclasas no tienen por qué ser en general planas, ni responder a ninguna geométrica regular, así que los parámetros indicados pueden variar de un punto a otro.
Asociaciones de diaclasas
Las diaclasas no suelen aparecer
aisladas, sino asociadas a fallas y a pliegues. Cuando, como suele ocurrir,
existen dos o más conjuntos de diaclasas, se habla de un sistema de diaclasas o
"jointsystem". Los más sencillos son:
Sistema de diaclasas paralelas: todas las diaclasas tienen igual dirección y
buzamiento.
Sistema de diaclasas que se cortan: las
diaclasas tienen distintas direcciones y buzamientos y, por lo tanto, se cortan
en determinados puntos. El caso más común suele ser el de familias de diaclasas
conjugadas, con dos o tres direcciones predominantes de diaclasas producidas
por el mismo fenómeno tectónico (distensión o compresión).
Concepto
Movimientos sísmicos son los
movimientos superficiales de la tierra por el choque de dos placas tectónicas
(fragmentos de litosfera que se mueven como bloquesrígidos).
Los movimientos sísmicos, son
rompimientos y vibraciones violentas y repentinas de las rocas en el interior
de la Tierra.
Tiene como causa principal y directa a la
tectónica de placas.
Durante los movimientos sísmicos se
registran los siguientes elementos:
Hipocentro, parte de la corteza
donde se presenta la súbita liberación de la energía generada por el
rozamiento entre bloques.
Epicentro, es el punto de la
superficie de la tierra ubicado directamente sobre el foco sísmico
Dentro de la Tierra y sobre ella las
perturbaciones mecánicas se propagan en forma de ondas sísmicas, que pueden ser
de dos tipos principales: transversales y longitudinales.
Causas
a. tectónica:
Se refiere a que los sismos se originan
por el desplazamiento de las placas que conforman la corteza.
Las zonas más extensas de mayor actividad
sísmica son aquellas donde también tienen lugar los terremotos más profundos
(200 a 600 km). De acuerdo a lo que se acaba de indicar los sismos de mayor
intensidad están ubicados en las zonas más profundas donde se producen los
roces entre las placas (zona de Benioff).
Cuando las placas se ven sometidas a
tensiones mayores a las que pueden resistir, permiten que éstas se fracturen
para desprender la presión acumulada qué se extiende en ondas concéntricas, es
el caso de la falla de San Andrés (California).
La causa tectónica es la que más genera
sismos, pues las zonas sísmicas co¬inciden con las zonas de impacto o roce de
las placas.
b. volcánica:
Es muy poco frecuente, pero cuando la
erupción es violenta genera grandes sacudidas que afectan sobre todo a los
lugares cercanos, pero a pesar de ello su campo de acción es reducido, en
comparación con los de origen tectónico, que afectan grandes extensiones.
c. hundimiento:
Cuando al interior de la corteza, se ha
producido la acción erosiva de las aguas subterráneas, va dejando un vacío, el
cual termina por ceder ante el peso de la parte superior, es esta caída que
genera vibraciones, que en este caso sería lo que conocemos como sismos. Su
ocurrencia es poco frecuente y de poca extensión.
d. explosiones atómicas:
Las que se realizan como ensayos, parece
que guardan relación con los movimientos sísmicos. Es el caso de las seis
pruebas nucleares que realizó Francia en 1996 en el atolón de Mururoa, el que
se ubica en el archipiélago de Tuamotu (Polinesia).
Causas
Aunque la interacción entre Placas Tectónicas es la principal causa de los sismos no es la única. Cualquier proceso que pueda lograr grandes concentraciones de energía en las rocas puede generar sismos cuyo tamaño dependerá, entre otros factores, de qué tan grande sea la zona de concentración del esfuerzo. Las causas más generales se pueden enumeran según su orden de importancia en:
Aunque la interacción entre Placas Tectónicas es la principal causa de los sismos no es la única. Cualquier proceso que pueda lograr grandes concentraciones de energía en las rocas puede generar sismos cuyo tamaño dependerá, entre otros factores, de qué tan grande sea la zona de concentración del esfuerzo. Las causas más generales se pueden enumeran según su orden de importancia en:
o TECTÓNICA: son
los sismos que se originan por el desplazamiento de las placas tectónicas que
conforman la corteza, afectan grandes extensiones y es la causa que más genera
sismos.
o
VOLCÁNICA: es poco
frecuente; cuando la erupción es violenta genera grandes sacudidas que afectan
sobre todo a los lugares cercanos, pero a pesar de ello su campo de acción es
reducido en comparación con los de origen tectónico.
o
HUNDIMIENTO: cuando al interior de
la corteza se ha producido la acción erosiva de las aguas subterráneas, va
dejando un vacío, el cual termina por ceder ante el peso de la parte superior.
Es esta caída que genera vibraciones conocidas como sismos. Su ocurrencia es
poco frecuente y de poca extensión.
o
DESLIZAMIENTOS: el propio peso de las
montañas es una fuerza enorme que tiende a aplanarlas y que puede producir
sismos al ocasionar deslizamientos a lo largo de fallas, pero generalmente no
son de gran magnitud.
o
EXPLOSIONES ATÓMICAS: realizadas
por el ser humano y que al parecer tienen una relación con los movimientos
sísmicos.
Escalas sísmicas
La escala
sismológica de magnitud de momento (MW) es una
escala logarítmica usada para medir y comparar terremotos. Está basada en la
medición de la energía total que se libera en un sismo. Fue introducida en 1979
por Thomas C. Hanks y Hiroo Kanamori como la sucesora de la escala sismológica de
Richter.
Una ventaja de la
escala de magnitud de momento es que no se satura cerca de valores altos. Es
decir, a diferencia de otras escalas, ésta no tiene un valor por encima del
cual todos los terremotos más grandes reflejen magnitudes muy similares.
Otra ventaja que
posee esta escala es que coincide y continúa con los parámetros de la escala
sismológica de Richter.
Fue desarrollada
por Charles Francis Richter con la colaboración de Beno Gutenberg en 1935,
ambos investigadores del Instituto de Tecnología de California, con el
propósito original de separar el gran número de terremotos pequeños de los
menos frecuentes terremotos mayores observados en California en su tiempo. La
escala fue desarrollada para estudiar únicamente aquellos terremotos ocurridos
dentro de un área particular del sur de California cuyos sismogramas hubieran
sido recogidos exclusivamente por el sismómetro de torsión de Wood-Anderson.
Richter reportó inicialmente valores con una precisión de un cuarto de unidad,
sin embargo, usó números decimales más tarde.
donde:
= amplitud de las ondas en milímetros, tomada
directamente en el sismograma.
= tiempo en segundos desde el inicio de las ondas
P (Primarias) al de las ondas S (Secundarias).
= magnitud arbitraria pero constante a terremotos
que liberan la misma cantidad de energía.
El uso del
logaritmo en la escala es para reflejar la energía que se desprende en un
terremoto. El logaritmo incorporado a la escala hace que los valores asignados
a cada nivel aumenten de forma logarítmica, y no de forma lineal. Richter tomó
la idea del uso de logaritmos en la escala de magnitud estelar, usada en la
astronomía para describir el brillo de las estrellas y de otros objetos
celestes. Richter arbitrariamente escogió un temblor de magnitud 0 para
describir un terremoto que produciría un desplazamiento horizontal máximo de 1
μm en un sismograma trazado por un sismómetro de torsión Wood-Anderson
localizado a 100 km de distancia del epicentro. Esta decisión tuvo la intención
de prevenir la asignación de magnitudes negativas. Sin embargo, la escala de
Richter no tenía límite máximo o mínimo, y actualmente habiendo sismógrafos
modernos más sensibles, éstos comúnmente detectan movimientos con magnitudes
negativas.
Debido a las
limitaciones del sismómetro de torsión Wood-Anderson usado para desarrollar la
escala, la magnitud original ML no puede ser calculada para
temblores mayores a 6,8. Varios investigadores propusieron extensiones a la
escala de magnitud local, siendo las más populares la magnitud de ondas
superficiales MS y la magnitud de las ondas de cuerpo Mb.
Problemas de la escala sismológica de Richter
El mayor problema
con la magnitud local ML o de Richter radica en que es
difícil relacionarla con las características físicas del origen del terremoto.
Además, existe un efecto de saturación para magnitudes cercanas a 8,3-8,5,
debido a la ley de Gutenberg-Richter del escalamiento del espectro sísmico que
provoca que los métodos tradicionales de magnitudes (ML, Mb,
MS) produzcan estimaciones de magnitudes similares para
temblores que claramente son de intensidad diferente. A inicios del siglo XXI,
la mayoría de los sismólogos consideró obsoletas las escalas de magnitudes
tradicionales, siendo éstas reemplazadas por una medida físicamente más
significativa llamada momento sísmico, el cual es más adecuado para relacionar
los parámetros físicos, como la dimensión de la ruptura sísmica y la energía
liberada por el terremoto.
En 1979, los
sismólogos Thomas C. Hanks y Hiroo Kanamori, investigadores del Instituto de
Tecnología de California, propusieron la escala sismológica de magnitud de
momento (MW), la cual provee una forma de expresar momentos
sísmicos que puede ser relacionada aproximadamente a las medidas tradicionales
de magnitudes sísmicas.[1]
Tabla de magnitudes
A continuación se
describen los efectos típicos de los sismos de diversas magnitudes, cerca del
epicentro. Los valores son estimados y deben tomarse con extrema precaución, ya
que la intensidad y los efectos en la tierra no sólo dependerán de la magnitud
del sismo, sino también de la distancia del epicentro, la profundidad, el foco
del epicentro y las condiciones geológicas (algunos terrenos pueden amplificar
las señales sísmicas). (Basado en documentos de U.S. Geological Survey.)[2]
|
Magnitud (MW=Mayores de 6,9°
ML=De 2,0° a 6,9°) |
Descripción
|
Efectos de un sismo
|
Frecuencia de ocurrencia
|
|
Menos de 2,0
|
Micro
|
Los microsismos no son perceptibles.
|
Alrededor de 8.000 por día
|
|
2,0-2,9
|
Menor
|
Generalmente no son perceptibles.
|
Alrededor de 1.000 por día
|
|
3,0-3,9
|
Perceptibles a menudo, pero rara vez provocan daños.
|
49.000 por año.
|
|
|
4,0-4,9
|
Ligero
|
Movimiento de objetos en las habitaciones que genera ruido. Sismo
significativo pero con daño poco probable.
|
6.200 por año.
|
|
5,0-5,9
|
Moderado
|
Puede causar daños mayores en edificaciones débiles o mal
construidas. En edificaciones bien diseñadas los daños son leves.
|
800 por año.
|
|
6,0-6,9
|
Fuerte
|
Pueden llegar a destruir áreas pobladas, en hasta unos 160
kilómetros a la redonda.
|
120 por año.
|
|
7,0-7,9
|
Mayor
|
Puede causar serios daños en extensas zonas.
|
18 por año.
|
|
8,0-8,9
|
Gran
|
Puede causar graves daños en zonas de varios cientos de kilómetros.
|
1-3 por año.
|
|
9,0-9,9
|
Devastadores en zonas de varios miles de kilómetros.
|
1-2 en 20 años.
|
|
|
10,0+
|
Épico
|
Nunca registrado; ver tabla de más abajo para el equivalente de
energía sísmica.
|
En la historia de la humanidad (y desde que se tienen registros
históricos de los sismos) nunca ha sucedido un terremoto de esta magnitud.
|
Estructura interna
de la tierra
La energía del interior de la Tierra llega a la
superficie debido a que el calor se transfiere desde la zona más caliente a la
más fría.
El calor del Núcleo se transfiere al Manto.
Los materiales del manto, en contacto con el núcleo,
se calientan, se dilatan y aumentan de tamaño. En este estado, ascienden
empujando a los materiales que se encuentran por encima de ellos hasta alcanzar
la capa superior del manto. Estas corrientes se conocen con el nombre de
Corrientes de Convección.
En contacto con las capas superiores, los materiales
se enfrían, disminuyen de volumen y se contraen. Este hecho provoca que aumente
su densidad y se hundan en el Manto hasta alcanzar de nuevo el Núcleo donde se
calentarán otra vez.
Los materiales del manto actúan sobre las capas
superiores y las desgastan. En algunos casos llegan a romper la Placa
Litosférica y el material sale por la zona de rotura, liberando el calor al
exterior.
En otras ocasiones, los materiales arrastran a las
placas haciendo que unas choquen contra otras, provocando la formación de
montañas o de volcanes.
No hay comentarios:
Publicar un comentario